Анализ влияния состава газовых сред на процессы окисления углеродных волокнистых материалов » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Анализ влияния состава газовых сред на процессы окисления углеродных волокнистых материалов

24.06.2021

Интенсивность процессов взаимодействия УВ с кислородом зависит от среды отжига. Наиболее агрессивная среда — атмосфера воздуха. Среды с остаточным давлением 2,25 Па и среда аргона различаются незначительно, хотя содержание кислорода в аргоне выше.

Для анализа влияния содержания кислорода в газовой среде целесообразно рассмотреть процесс окисления УВ постадийно. Известно, что скорость убыли массы УВ при окислении может определяться следующими процессами:

1) массовым переносом кислорода и продуктов реакции через относительно неподвижный слой газа между внешней поверхностью образца и основной массой газа;

2) реакционной способностью углеродных волокнистых материалов по отношению к реагирующему газу.

Первоначально предположим, что массовым переносом кислорода к поверхности УВ можно пренебречь, и скорость реакции окисления углерода зависит только от его реакционной способности. Процесс химического взаимодействия, в свою очередь, может определяться одной или несколькими стадиями:

— хемосорбцией реагирующих веществ;

— перераспределением хемосорбированных молекул или атомов кислорода на поверхности УВ до состояния, в котором может проходить десорбция;

— десорбцией продуктов реакции с поверхности УВ.

Согласно, скорость при взаимодействии углерода с кислородом (скорость убыли массы УВ) пропорциональна произведению доли поверхности, покрытой углеродно-кислородным комплексом (0) на константу скорости реакции 0 — функция величин отдельных констант скоростей образования поверхностных комплексов и их превращения в продукт, способный к быстрой десорбции, а также величины давления реагирующего газа). Если произведение константы скорости образования поверхностных комплексов и давления реагирующего газа велико по сравнению с константой скорости превращения поверхностных кислородных комплексов в продукт, способный к десорбции, то 0 —> 1. С другой стороны, если произведение константы скорости образования кислородных комплексов на поверхности УВ и давление реагирующего газа мало по сравнению с константой скорости превращения кислородных комплексов в продукт, способный к десорбции, то 0 —> 0.

Таким образом, механизм влияния давления кислорода среды на скорость процесса взаимодействия углерода с кислородом (и, соответственно, на убыль массы УВ) следующий: при малых давлениях произведение константы скорости образования кислородных комплексов на поверхности УВ и давления будет мало по сравнению со скоростью превращения поверхностных кислородных комплексов и 0 —> 0; при достаточно высоких давлениях 8 —> 1. Соответственно, с увеличением давления кислорода должна возрастать и скорость реакции окисления.

Давление кислорода в рассмотренных средах уменьшается в ряду: воздушная среда — среда аргона — среда с остаточным давлением 2,25 Па. Из приведенных на рис. 2.5 данных следует, что скорость относительной убыли массы УВ на воздухе максимальна. Однако скорости относительной убыли массы УВ в среде с Pост = 2,25 Па и среде аргона различаются незначительно. Это, очевидно, связано с тем, что аргон способствует накоплению продуктов реакции вблизи поверхности УВ и тем самым затрудняет десорбцию уже превращенных углерод-кислородных комплексов.

Влияние повышения температуры отжига на скорость убыли массы УВ описывается известным соотношением

где dm/dt — скорость реакции на единицу внешней поверхности; Ea — кажущаяся энергия активации; R — газовая постоянная; T — температура.

По многочисленным данным, энергия активации процесса окисления УВ в температурном интервале 700—1000 °C находится в интервале 105—125 кДж/моль.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: