Содержание к диссертации
В в е д е н и є 6
I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВЫХ ОБРАБОТОК НА СТРУКТУРУ, ФИЗИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИАКЕШГОНИТРИЛЬНЫХ ВОЛОКОН .
1.1. Структура полимеров на основе акрилонитрила 10
1.2. Структура ПАН волокон 13
1.2.1. Структура невытянутого волокна 14
1.2.2. Структура вытянутого волокна 16
1.3. Влияние условий сушки на структуру и свойства ПАН волокон 21
1.3.I. Влияние пористости на физико-механические свойства волокон 23
1.4. Влияние термической обработки на структуру и свойства ПАН волокон
1.4.1. Общие закономерности термообработки химических волокон. Термомеханические свойства ПАН волокон 25
1.4.2. Влияние термической обработки на структуру волокна • 30
1.4.3. Влияние термической обработки на механические свойства волокна 32
1.4.4. Термическое вытягивание предварительно ориентированных и высушенных ПАН волокон 33
1.4.5. Химические изменения полиакриловых волокон при термической обработке 35
1.5. Заключение по обзору литературы и задачи исследования 37
ЭКСПЕНЙШТАЛДАЯ ЧАСТЬ
2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Объекты исследования 41
2.2. Сушка волокна 44
2.3. Термическая обработка волокна
2.3.1. Установка. Среда и условия термообработки 48
2.3.2. Метод и программа исследования влияния условий сушки и термообработки на механические свойства ПАН волокон 49
2.3.3. Установка и методика эксперимента по исследованию процесса деформирования предварительно ориентиро ванных и высушенных ПАН волокон 55
2.4. Методы исследования структуры и физико-механических свойств ПАН волокон 59
3. ВЛИЯНИЕ СУШКИ И ТЕБЛИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ФИЗИКО- МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПАН ВОЛОКОН
3.1. Влияние сушки на физико-механические свойства волокна. Макроструктура высушенных ПАН волокон 67
3.2. Влияние изменения параметров сушки и термической обработки на механические свойства волокна, полученного при разных условиях формования 76
3.2.1. Влияние термической обработки на механические свойства волокна 78
3.2.2. Влияние предыстории получения волокна на оптимальные параметры его термической обработки 84
3.3. Заключение о влиянии сушки и термообработки на фико-механические свойства ПАН волоко
4. ВЛИЯНИЕ ЧШШШШЙ ОБРАБОТКИ НА ТЕШОМЕШИЧЕСКИЕ стр. И РЕЛАКСАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПАН ВОЛОКОН
4.1. Зависимость параметров кривых изометрического нагрева от условий формования, сушки и терми ческой обработки волокна
4.1.1. Влияние условий формования на параметры кривых изометрического нагрева 92
4.1.2. Влияние пластификационной вытяжки и деформационного режима сушки волокна на параметры кривых изометрического нагрева 96
4.1.3. Влияние условий термообработки волокна на параметры кривых изометрического нагрева... 101
4.2. Поведение ПАН волокна в процессе деформирования на воздухе при высоких температурах и небольших растягивающих нагрузках
4.2.1. Влияние условий формования, сушки и термообра ботки волокна на температуры его релаксацион ных переходов 106
4.3. Релаксация напряжений в ПАН волокнах НО
4.4. Интерпретация релаксационных характеристик ПАН волокон 115
4.5. Заключение о влиянии термообработки на термомеханические и релаксационные свойства ПАН волокон 120
5. ПОЛУЧЕНИЕ П0ЛЙАКРШЮНИТБШШ1 ВОЛОКОН ТЕШЇЧЕСК0ГО НАЗНАЧЕНИЯ С ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТЬЮ
5.1. Влияние предыстории ПАН волокон на процесс их термического вытягивания 124
5.2. Обратимая и необратимая составляющие полной деформации ПАН волокна при термическом вытягивании 132
5.3. Влияние стадийности термического вытягивания на прочность волокна 138
5.4. Заключение относительно получения ПАН волокон с повышенной разрывной прочностью 143
6. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
6.1. Производство усадочного и безусадочного волокна 145
6.2. Производство расщепляющихся при размоле ПАН волокон 147
6.3. Исходные данные для конструированил аппаратов сушки и термообработки полиакрилонитрильных волокон 149
6.4. Производство технической ПАН нити линейной плотности 1000-3300 текс 152
ВЫВОДЫ 154
ЛИТЕРАТУРА 156
ПРИЛОЖЕНИЯ 171
Введение к работе
Одной из основных задач развития народного хозяйства в одиннадцатой пятилетке остается повышение качества выпускаемой продукции, улучшение её потребительских и технико-экономических свойств. На 22УІ съезде КПСС отмечено, что необходимо повышать качество продукции в соответствии с современными потребностями научно-технического прогресса и запросами населения.
Придание волокну тех или иных свойств осуществляется изменением целого ряда технологических параметров, в том числе и параметров термической обработки волокна. Значительная зависимость физических и механических свойств полиакрилонитрильннх (ПАЕ) волокон от условий формования требует, чтобы технология термической обработки учитывала предысторию их формования с целью получения готовых волокон с такими свойствами, которые диктуются условиями его переработки и эксплуатации. Разработка модели процесса, позволяющей прогнозировать технологические параметры производства волокон с заданными свойствами, приобретает важное значение в связи с развитием в стране крупнотоннажного производства ПАН волокон водно-диметилформамидного способа формования. Серьезное внимание уделяется использованию ПАН волокон для получения углеродных волокон. При этом к исходному волокну предъявляются особые требования по равномерности структуры и его физико-механических свойств, текстильной форме: некрученое волокно, с подкруткой 5-Ю кручений на метр, в виде лент определенной ширины и толщины. Особое внимание уделяется прочности волокна. Необходимость повышения прочности исходного волокна определяется тем, что физико-механические показатели утлеродного волокна непосредственно зависят от свойств исходного волокна [i] . При разработке технологии получения ПАН волокон линейной плотности 1000-3300 текс в качестве сырья для получения изделий специального назначения возникли трудности, связанные с дополнительным упрочнением нити, поскольку существующие в промышленности аппараты (утюги, плиты) не пригодны для проведения качественной термической обработки, так как некрученую нить с филаментностью 2500 и выше практически невозможно провести непосредственно по поверхности плиты из-за различного натяжения, в ней элементарных нитей.
Высокотемпературная переработка и эксплуатация ПАН волокна связана с его нагревом до 513-573 К- Поэтому релаксационные процессы, приводящие к удлинению или усадке волокна в этих условиях, могут сыграть важную роль в формировании свойств, например углеродного волокна. По этой причине немаловажное значение для проведения стадии окисления имеют термомеханические свойства исходного волокна и выяснение влияния на эти свойства условий проведения тепловых обработок на стадии получения исходного волокна.
Актуальность указанных проблем и определила цель и задачи данного исследования.
Цель работы состояла в исследовании и разработке процесса термической обработки для получения ПАН волокон с заданными свойствами.
Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, которая включает и методическую часть работа, выводов и приложений.
В литературном обзоре изложены существующие на сегодняшний день представления о структуре полимеров на основе акрилонитрила, структуре волокна, влиянии сушки и термической обработки на структуру и свойства ПАН волокон с критическим анализом существующих цредставлений. В заключении к данной главе подведен итог и постав лены конкретные задачи исследования.
В методической части дана характеристика объектов исследования и изложены методы исследования полимера и волокна. Исследование выполнено двумя широко применяемыми способами планирования эксперимента.
Для исследования процессов сушки и термообработки в технологическом процессе получения разноусадочных ДАН волокон (цель -управлять технологическим процессом, а не подбирать режим экспериментальным путем) применен метод математического планирования эксперимента.
Изучение процесса термического вытягивания предварительно ориентированного и высушенного волокна разной предыстории, изучение релаксационных процессов в ПАН волокнах при термообработке проведено классическим методом.
В экспериментальной части приведены результаты исследований о влиянии сушки и термообработки на физические, механические и релаксационные свойства ПАН волокон. На основании полученных результатов разработана модель процесса получения волокон с заданными свойствами, предложена интерпретация релаксационных характеристик волокна, показана зависимость максимально достижимой прочности готового волокна от предыстории его формования и сушки. В последнем разделе экспериментальной части приведен материал о практическом использовании результатов работы.
Решение поставленных задач вылилось:
- в разработку технологии сушки и термической обработки ПАН волокон различного назначения: разноусадочных, расщепляющихся при размоле для получения сепарационной бумаги без связующих;
- в создание опытно-промышленного производства ПАН нитей линейной плотности 1000-3300 текс различного ассортимента техни ческого назначения на экспериментальном заводе ВНШСВ и Саратовском ПО "Нитрон". В результате проведенного исследования автор выносит на защиту:
1. Зависимость эффективности термообработки от технологической предыстории получения волокна.
2. Интерпретацию релаксационных характеристик ПАН волокон и представления о влиянии на релаксационные характеристики состава полимера, температурно-деформащонных условий сушки и термообработки волокна.
3. Разработанные технологические режимы получения ПАН различного назначения.
4. Рекомендации по разработке комплекса аппаратуры для получения ПАН волокон текстильного и технического назначения.
