Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) Часть 2)

Эксплуатационные характеристики углеродных волокон, получаемых на основе полиакрилонитрильной (ПАН) нити, определяются конечной структурой, на формирование которой существенное влияние оказывают режимы термомеханической обработки уже на стадии термостабилизации [1-2]. Одной из важнейших технологических операций, существенно влияющей на физико-механические свойства углеродных волокон, получаемых на основе ПАН-нитей, является термостабилизация, в процессе которой в объеме исходного материала при температуре 200-300 °С формируется новая наноструктура термостабилизированного волокна. Процесс развивается в твердой фазе и сопровождается объемными изменениями. Однако изучению тонкой структуры волокна-прекурсора на различных стадиях перехода в термостабилизированное состояние уделяется недостаточное внимание. Исследования выполнены на ПАН-волокнах (содержание метилакрилата 5 вес. %), изготовленных с применением диметилсульфоксида. Проведена серия экспериментов с предварительной изотермической обработкой при 200 °С в течение 5, 15 и 30 мин. Далее жгутик, содержащий 500 филаментов, извлекали из печи, охлаждали до комнатной температуры и осуществляли последующую термостабилизацию при температуре 265 °С. Двухступенчатую термомеханическую обработку (ТМО) проводили в атмосфере воздуха при постоянной вытягивающей нагрузке 0 ,6 г/текс, время перемещения жгутика в печь и из печи — 1 - 2 с, точность поддержания температуры + 1 °. Структурные исследования волокон выполнены с помощью рентгеновского дифрактометра “D 8 ADVANCE” (фильтрованное CuKa-излучение). Для обеспечения условия самофокусировки дифрагированного пучка по Брэггу — Брентано волокно располагали в виде тонкого (0,1-0,2 мм) слоя нитей. Профили дифракционного максимума 010 ПАН, формируемого областями когерентного рассеяния (ОКР), ориентированными относительно оси нити под углом ф от 0 до +5 ° (шаг съемки один градус), анализировали используя Origin 8 . Межплоскостное расстояние (d) и средние размеры ОКР (L) вычисляли по центру тяжести и интегральной ширине максимумов. Для характеристики текстуры материала ПАН использовали величину Z — ширину (в градусах) на половине высоты зависимости максимальной интенсивности дифракционного максимума 010 от угла ф ориентировки ОКР относительно оси нити, в интервале которой ориентировано ~75 % исследуемого материала [3]. Во время термомеханической обработки ПАН волокна в атмосфере воздуха при различных режимах ТМО наблюдается первоначально пластическое течение материала. Так, в процессе ТМО при 200 °С в течение 5 мин наблюдается плавное изменение длины жгутика на ~1 % (рис. 1). При этом продолжение ТМО до 30 мин не влияет на увеличение линейных размеров нити, а также параметр текстуры Z материала, который составляет ~3,6-3,7 ° (рис. 2). Средние размеры ОКР1, ориентированных под углом ф = 0 °, определенные по интегральной ширине экспериментально наблюдаемых дифракционных максимумов 010, по сравнению с исходным ПАН­ волокном увеличились на 43 и 28 % (табл. 1 и 2). т, мин Рис. 1. Относительное изменение линейных размеров ПАН-нити в процессе изотермической ТМО при 200 и 265 °С. Предварительная термообработка при 200 °С в течение: о — 5 мин; • — 15 мин и Д — 30 мин 768