Строение поверхности углеродных волокнистых материалов после термоокислительных отжигов » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Строение поверхности углеродных волокнистых материалов после термоокислительных отжигов

24.06.2021

В данном разделе приведены результаты исследований морфологии поверхности УВ (КУЛОН, ВМН-4, ЛУ-3) после их отжига в различных средах при температурах 700 и 900 °С.

Окисление УВ в кислородсодержащих средах приводит к появлению различного типа дефектов на поверхности.

На поверхности УВ, прошедших обработку в атмосфере аргона и в кислородсодержащей среде с Pост = 2,25 Па при 700 °С, хорошо видны следы травления эллиптического вида. При увеличении температуры обработки до 900 °C размеры питтингов увеличиваются, происходит их коагуляция в образования, характеризующиеся большими размерными параметрами.

После отжига УВ на воздухе при температуре 700 °С на волокнах встречаются дефекты в виде бороздок и щелей. Однако повышение температуры до 900 °C приводит к формированию ровной и гладкой поверхности, что связано, очевидно, с удалением концентрических слоев углерода. В результате диаметр моноволокна уменьшается в среднем с -7 до -5 мкм.

Таким образом, из анализа влияния температуры отжига, концентрации кислорода в среде и структурного состояния поверхности волокон на кинетику убыли массы УВ и морфологию поверхности можно сформулировать основные этапы процесса окисления УВ.

На начальном этапе отжига УВ на участках с различной структурной стабильностью на поверхности УВ предпочтительного взаимодействия кислорода среды с участками с неупорядоченным строением углеродного материала формируются «ямки травления» - питтинги. По мере повышения температуры отжига и содержания кислорода в газовых средах размеры эллиптических следов травления увеличиваются и формирующиеся дефекты приобретают вид бороздок. На заключительном этапе окисления УВ на воздухе отмечается сглаживание рельефной поверхности за счет удаления концентрических слоев углерода. На этом этапе происходит окисление поверхностных участков УВ с упорядоченной структурой (структура графита). Заключительная стадия окисления сопровождается уменьшением диаметра элементарного волокна до значений ~5 мкм.

Исследование процессов окисления УВ на воздухе при 700 °С выявило следующие закономерности: при 8-процентной потере массы УВ хорошо видны эллиптические следы травления, которые, объединяясь в процессе дальнейшего отжига, могут образовывать микроскопические бороздки, параллельные оси волокна. Дефекты в виде бороздок наблюдаются на поверхности УВ при потерях массы, меньших 30 %. Дальнейшие потери массы углеродных волокон приводят к уменьшению диаметра УВ с 8 до 6 мкм (потери массы составляют 68 %), причем в этом случае поверхность волокон однородная. При 68%-ной потере массы УВ наблюдается некоторое отклонение размера диаметра по длине образца, которое можно объяснить разными скоростями окисления на разных уровнях относительно центра. Однако данное явление может быть связано и с дефектностью исходных волокон, колебание диаметра которых составляет 2—3 %.

При травлении УВ кислородом воздуха при температурах до 350 °С обнаружено образование внутренних полостей. Данное явление объясняют наличием в УВ более рыхлой сердцевины, также недостаточной проработкой центральной зоны на низкотемпературной стадии получения УВ (окисление ПАН-волокна).

Анализ процесса окисления УВ кислородом позволил сделать следующие выводы: преимущественное разрушение рыхлой сердцевины по сравнению с периферийными слоями может протекать только в кинетической области; травление УВ кислородом в диффузионной области не должно приводить к образованию внутренних пустот.

Наиболее важен в механизме реакции углерода с кислородом вопрос о первичных продуктах реакции — является ли диоксид углерода первичным продуктом реакции или он образуется при окислении в пазовой фазе оксида углерода.

Было показано, что диоксид углерода является первичным продуктом реакции окисления, которая протекает по следующему механизму:

где С - свободный углерод, способный к реакции; С(О), C(O2) - хемосорбированный кислородный атом и молекула.

Было определено также, что отношение CO к CO3 возрастает с увеличением температуры реакции. Данные о стойкости к кислороду воздуха углеродной ткани при температурах 100-900 °С, приведенные на рис. 2.6, показывают, что нагрев в атмосфере воздуха углеродных тканей различной структуры приводит к катастрофической потере массы (при 900 °С потеря массы составляет около 70 %).

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: