ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКОН

Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 
Понадобилось семьдесят лет, прежде чем к ним вновь возник интерес. Поводом послужило получение углеродного волокна из искусственных волокон. В 1958 г. волокна из вискозы уже вырабатывались в значительных количествах. В 1959 г. союз химических объединений выпускает в продажу высокомодульное углеродное волокно, полученное путем высокотемпературной обработки целлюлозы. Это резко повысило интерес к нему. Однако почти сразу же начались поиски других материалов для получения У В, соответствующих трем основным требованиям:.
- иметь температуру плавления выше температуры разложения благодаря чему во время карбонизации сохраняет твердое состояние;.
- давать высокий выход коксового остатка;.
- перерабатываться в углеродное волокно с высокими физикомеханическими показателями.
В 1959-1960 гг. в СССР проведены исследования по получению углеродных волокон на основе ПАН-волокна (полиакрилонитрильного) [1].
В 1961 г. А. Шиндо (Промышленный институт Осаки) удалось получить углеродное волокно на основе ПАН-волокна, которое, однако, имело низкие механические характеристики.
ПАН - это хорошо известный синтетический материал в виде жгута из непрерывных нитей, с высокой степенью ориентации. Иначе говоря, нити вытянуты таким образом, что их молекулярные цепи ориентированы параллельно оси волокна. Известными марками этих волокон являются: «Орлон» и специальное акриловое волокно (САВ) «Куртель», изготовляемое фирмой «Куртолдз». Отечественная промышленность выпускает это волокно под фирменным названием «Нитрон».
Главной задачей является сохранение параллельной ориентации в процессе науглероживания - химической реакции при сильном нагреве, что обеспечивает высокие свойства волокон.
В Англии, начиная с 1963 г., в Королевском научно-исследова-тельском институте проводились работы по получению углеродного волокна из специально изготовленного волокна «Куртель» фирмы «Кур-толдз». В результате был разработан процесс получения высококачественных углеродных волокон, что дало толчок к широкому производству высокопрочных высокомодульных волокон из ПАН-волокна [1].
В 1969 г. японская фирма «Торей» значительно расширяет производство углеродных волокон из ПАН-волокна, и они становятся лидерами в производстве углеродных волокон. А фирма на мировом рынке прочно занимает первое место по объему выпускаемых волокон. Это место фирма удерживает и сейчас [2].
Японские ученые обратили внимание на пеки, содержащие 85 % углерода, как на возможное сырье для получения углеродных волокон. Особый интерес представляют нефтяные пеки. В результате исследований 1962.
- 1965 гг. Появились углеродные волокна из пеков. Большое преимущество этого сырья, кроме высокого содержания углерода, - дешевизна, что позволило получать углеродные волокна с низкой себестоимостью. В 1977 г. на мировом рынке были широко представлены дешевые углеродные волокна из пека со средними механическими характеристиками. Дальнейшее исследование возможностей создания углеродных волокон из пеков с высокими механическими характеристиками привело к выделению жидкокристаллической фракции пеков — мезофазы. Это позволило разработать технологию получения из жидкокристаллических пеков сверхвысокомодульных (700 ГПа) углеродных волокон.
Механические свойства УВ в значительной степени определяются их структурой, которая, в свою очередь, зависит от условий получения (температуры термообработки, состояния исходного сырья, присутствия легирующих модификаторов, а также наличия дефектов).
Углеродные волокна, относящиеся к классу углеграфитовых материалов, в структурном отношении характеризуются рядом особенностей, отличающих от массивных материалов соответствующего химического состава.
Кроме того, структура и свойства углеродных волокон зависят как от специфической формы материала (волокно), так и от ориентированной структуры исходных полимеров, из которых они получены.
Исследование взаимосвязи структуры и механических свойств углеродных волокон является одной из актуальных проблем материаловедения. Хотя этому вопросу посвящено значительное количество работ, тем не менее, до сих пор нет достаточно полного представления о характере влияния тех или иных параметров структуры на прочность УВ. Все это свидетельствует о сложности строения УВ и большом числе факторов, влияющих на их прочность.
В работе предпринята попытка установления корреляции между пределом прочности при растяжении УВ и параметрами гетерогенной структуры волокна. Показано, что для высокопрочных УВ характерны небольшие размеры упорядоченных и неупорядоченных областей наряду с повышенной средней плотностью неупорядоченной и пористой фаз.