Кинетика процессов взаимодействия углеродных волокон с газовыми кислородсодержащими средами » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Кинетика процессов взаимодействия углеродных волокон с газовыми кислородсодержащими средами

24.06.2021

В практике изготовления композиционных материалов, армированных углеродными волокнами (УВ), применяют различные технологии. Ряд технологий получения углеметаллических KM (в частности, автоклавная) содержат операции, при которых УВ до их погружения в расплав контактируют с кислородсодержащими средами при повышенных температурах. Известно, что УВ обладают высокой реакционной способностью к кислороду. Взаимодействие УВ с кислородом приводит к потерям массы, возникновению дефектов и, как следствие, снижению механических свойств УВ и KM в целом.

В работе изучены процессы взаимодействия УВ с газовыми средами, такими как аргон (ТУ 6-21-42—74), воздух, а также с кислородсодержащей средой при остаточном давлении воздуха в реакционной камере, равном 2,25 Па.

В качестве параметров отклика в работах приняты:

— относительное изменение массы углеродных волокнистых материалов КУЛОН, BMH-4, ЛУ-3 в процессе их отжига в контакте с газовыми кислородсодержащими средами при различных температурно-временных параметрах;

— изменение состояния поверхности и диаметра УВ после их отжига в различных средах при 700 и 900 °С в течение 1 ч;

— изменение прочности при растяжении элементарных волокон углеродных материалов после их отжига в различных средах в течение 1 ч при 900 °С.

Для исследования стойкости углеродных волокон в кислородсодержащих средах при повышенных температурах были проведены эксперименты по изучению кинетики убыли массы углеродных волокон. С этой целью в работе использовали термогравиметр «TAG-24» фирмы «СЕТАРАМ» и дериватограф марки «ОД-102М». На термогравиметре проводили исследования стойкости углеродных волокон в среде технического аргона и в кислородсодержащей среде с остаточным давлением 2,25 Па. Взаимодействие углеродных волокон с воздухом при повышенных температурах изучено путем прецизионного измерения массы образцов с помощью дериватографа. Эксперименты проведены при температурах отжига 700 и 900 °C (нижняя и верхняя температурная граница процесса получения углеалюминиевого композита).

В качестве исследуемых углеродных волокон были взяты наиболее употребимые в настоящее время: 1) высокомодульные углеродные волокна ВМН-4; 2) углеродная лента ЛУ-3; 3) углеродная лента КУЛОН.

Образцы приведенных выше углеродных материалов в виде отрезков скруток длиной 14—30 мм помещали в алундовый тигель и нагревали с постоянной скоростью 10 °С/мин до температуры выдержки, при которой проводили изотермический отжиг волокон в течение 1 ч.

В результате проведения данных экспериментальных работ были получены зависимости убыли массы от времени для различных температур и сред нагрева для нескольких типов углеродных волокон. Морфология поверхности углеродных волокон после их взаимодействия с кислородсодержащими средами изучена с помощью электронного микроскопа «JSM-35».

Взаимодействие углеродных волокнистых материалов с кислородом при повышенных температурах сопровождается переработкой УВ, в результате которой образуются оксид и диоксид углерода. Возможность протекания процесса окисления УВ определяется низкими значениями энергии активации, равной 105-125 кДж/моль в температурном интервале 700—1000 °С.

Результаты исследования процессов взаимодействия различных углеродных волокнистых материалов с газовыми средами приведены на рис. 2.4-2.5.

На рис. 2.4 приведены данные относительной убыли массы при отжиге УВ в атмосфере аргона и в вакууме (Pост = 2,25 Па) в процессе нагрева до 90 и 700 °С соответственно и выдержке при указанной температуре в течение 1 ч. Поведение УВ в процессе их окисления на воздухе при температурах 700 °С и 900 °C характеризуется данными, представленными на рис. 2.5.

Из анализа данных, приведенных на рис. 2.4-2.5, следует, что скорость окисления УВ различна для различных типов волокон, а также зависит от температуры и от среды отжига, различающейся концентрацией кислорода и условиями его доступа к поверхности образцов УВ. В данной части проанализировано влияние каждого из указанных факторов на степень переработки углеродных волокон.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: