Фундаментальное материаловедение
Фундаментальное материаловедение
Фундаментальное материаловедение
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Изучение процесса пиролиза полиакрилонитрила<br />
Потеряева З.А.<br />
студент<br />
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия<br />
E–mail: z_poteryaeva@mail.ru<br />
ВВЕДЕНИЕ<br />
Углеродные волокна, благодаря своим уникальным физико-механическим<br />
характеристикам, находят широкое применение в таких областях как: авиастроение,<br />
ракетостроение, производство спортивных товаров, автомобильная промышленность,<br />
альтернативная энергетика, атомная промышленность. Особенно актуально стоит задача<br />
получения высокопрочных углеродных волокон с прочностью выше 4 ГПа. Технология<br />
получения высокопрочных углеродных волокон заключается в многостадийной<br />
термической обработке волокна на основе полиакрилонитрила (ПАН). На прочностные<br />
характеристики конечного продукта существенно оказывают влияние условия<br />
проведения каждой стадии термообработки. Анализ продуктов, выделяющихся в<br />
газовую фазу, в процессе термообработки дает косвенную информацию о протекающих<br />
процессах. Понимание химических превращений, происходящих в процессе<br />
термостабилизации, карбонизации и графитации ПАН волокна необходимо для<br />
получения углеродных волокон с высокой прочностью.<br />
Цель данной работы - исследование продуктов пиролиза волокон ПАН методом<br />
пиролитической газовой хроматографии масс-спектрометрии.<br />
МЕТОДЫ<br />
Работа проводилась на квадрупольном хроматомасс-спектрометре Trace DSQ II.<br />
Пиролиз изучаемых образцов был выполнен на пиролитической приставке<br />
PYROPROBE.<br />
РЕЗУЛЬТАТЫ<br />
При пиролизе окисленного ПАН волокна помимо летучих продуктов (СО2, Н2О,<br />
О2, N2) происходит выделение большого числа органических веществ, образующихся<br />
при разрушении полимерных цепей.<br />
Проведен ступенчатый пиролиз окисленного ПАН волокна с шагом 200°С. При<br />
нагреве до 200°С зарегистрировано лишь выделение H2O и СО2. В интервале температур<br />
200-400°С наблюдается выделение СО2, СО, N2, H2O, NH3, O2, и небольшого количества<br />
нитрилов С2-С3. Данные продукты свидетельствуют о протекании межмолекулярных<br />
сшивок полимера, реакций дегидратации и декарбоксилирования. На следующем этапе<br />
пиролиза (400-600°C) помимо выделения летучих продуктов (СО2, СО, N2, H2O, NH3, O2)<br />
наблюдалось увеличение количества и числа выделяющихся нитрилов. В отличие от<br />
предыдущего температурного интервала происходило выделение нитрилов С2-С5 и<br />
ароматических нитрилов, что свидетельствует о начале формирования углеродной<br />
структуры в исследуемом образце. Основным продуктом пиролиза при 600-800°С<br />
является N2, нитрилы образуются в следовых количествах.<br />
Показана возможность количественного определения нитрилов, выделяющихся<br />
в процессе пиролиза окисленного ПАН волокна. Среднее значение количества<br />
выделяющегося бензонитрила составило 0.04% от массы исходного окисленного ПАН<br />
волокна. При этом стандартное отклонение составило 5%.<br />
Установлено, что метод пиролитической газовой хроматографии может<br />
использоваться для качественного анализа сополимеров применяемых для получения<br />
ПАН волокна, использующегося в качестве сырья для производства углеродных<br />
волокон.
Change language