|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Химические превращения в процессе карбонизации гибридных волокон полиакрилонитрил/целлюлозаНИР
Химические превращения в процессе карбонизации гибридных волокон полиакрилонитрил/целлюлоза
- Руководитель НИР: Беркович А.К.
- Участники НИР: Голубев Я.В., Скворцов И.Ю.
- Подразделение: Кафедра высокомолекулярных соединений
- Срок исполнения: 14 марта 2016 г. - 31 декабря 2017 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): МК 6543.2016.3
- Номер ЦИТИС: АААА-А16-116101810085-0
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Функциональные материалы, наноматериалы и технологии
-
Рубрики ГРНТИ:
- 31.25.15 Структура и свойства природных и синтетических высокомолекулярных соединений
- 61.67.09 Полимерные материалы, используемые в производстве волокон и нитей
- 61.67.29 Искусственные волокна
- 61.67.33 Углеродные волокна
-
Ключевые слова:
полиакрилонитрил, целлюлоза, углеродное волокно, карбонизация, гибридное волокно
hybrid fiber, cellulose, carbonization, carbon fiber, pan -
Описание:
Наиболее популярными полимерами для получения волокон – прекурсоров углеродных волокон (УВ) и нитей являются сополимеры на основе акрилонитрила (ПАН) и целлюлозы. Углеродные волокна из каждого из прекурсоров различаются по механическим характеристикам (УВ из ПАН более прочные, в то время как УВ из целлюлозы имеет более высокий коэффициент термического расширения, КТР) и для них существуют свои области применения. Так, УВ из ПАН прекурсоров широко используются для создания высокопрочных композиционных материалов и востребованы во многих отраслях специального машиностроения, аэрокосмической технике и в оборонной промышленности.
-
Abstract:
PAN and cellulose fibers are the most risent precursors for carbon fiber preparation. According to precursors nature the properties of carbon fibers could be rather different. The aim of this work is the combination of the properties and function of PAN and cellulose precursors to create new tipe of carbon fiber.
-
Планируемые результаты:
Прежде всего, будет найдена модельная система, состоящая из низкомолекулярных глюкозидов и гомо-олигомера ПАН, которая будет подвергнута карбонизации с отбором и анализом газообразных и конденсированных продуктов по ходу процесса. В результате будет выбран режим повышения температуры (монотонный с определенной скоростью или ступенчатый), и состав газовой среды, приводящие к максимальному выходу по углероду. Найденный режим будет взят за основу при проведении карбонизации полимерных компонентов: ПАН и целлюлозы. Предполагается, что одновременный анализ газообразных и конденсированных продуктов даст информацию о последовательности химических процессов, протекающих при пиролизе, и роли каждого компонента в плане влияния на химические превращения соседа. Другими словами, такой подход может дать ответ на вопрос о возможном синергизме, анти-синергизме или появлении новых химических превращений, не имеющих места для индивидуальных полимеров.
-
Научный задел:
Целлюлозные волокна Лиоцелл получают из растворов в N-метилморфолин-N-оксида (ММО) – донорного растворителя, эффективно разрушающего межмолекулярные и внутримолекулярные Н-связи в целлюлозе и эффективно растворяющего целлюлозу. В работах (патент Голова и др) было показано, что способом твердофазной активации тройной смеси: целлюлозы, ПАН и ММО удалось получить совместные растворы этих полимеров в ММО и сформовать гибридные волокна. При выполнении гранта РФФИ №. была проведена первичная попытка карбонизации гибридных волокон с преимущественным содержанием целлюлозы, в результате которой были получены новые углеродные волокна из смеси прекурсоров с достаточно привлекательными свойствами. В частности, было показано, что при проведении процесса термообработки целлюлозы добавки ПАН (до 5%) уменьшают интенсивность тепловыделений на ключевых стадиях пиролиза целлюлозы и потери массы. Другими словами, ПАН может рассматриваться как своеобразный катализатор процесса как вещество, снижающее активационные барьеры основных химических превращений и предотвращающее избыточное выгорание при формировании углеродной структуры. В развитие этой тематики в данном проекте предлагается исследовать химизм процесса карбонизации гибридных волокон.
- Добавил в систему: Беркович Анна Константиновна
Источник финансирования НИР
| грант Президента РФ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 14 марта 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Химические превращения в процессе карбонизации гибридных волокон полиакрилонитрил/целлюлоза |
| Результаты этапа: Проведен анализ газообразцых и твердых продуктов пиролиза целлюлозы, ПАН и смесей. Проанализировано влияние метода пробоподготовки, влияние растворителя и предварительной термической обработки образцов на процес пиролиза. | ||
| 2 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Химические превращения в процессе карбонизации гибридных волокон полиакрилонитрил/целлюлоза |
| Результаты этапа: На данном этапе были получены смесевые волокна целлюлоза -ПАН в широком диапазоне составов от 1% ПАН в целлюлозной матрице до 1% целлюлозы в матрице ПАН. Показано, что при содержании ПАН в матрице целлюлозы в количестве >1%, наблюдаемые потери в результате пиролиза массы меньше расчетных. При этом диапазон температур разложения остается практически неизменным. В волокнах на основе ПАН с увеличением количества целлюлозы до 35%, положение экзотермического эффекта, характерного для ПАН, в процессе пиролиза остается практически неизменным: температуры, отвечающие максимуму его интенсивности, лежат в пределах 1°С. При этом наблюдаемые потери массы в результате пиролиза существенно меньше расчетных, при содержании целлюлозы >1%. Выходы по массе при увеличении содержания целлюлозы до 35% колеблются в пределах 4%. Результаты, полученные при пиролизе волокон, содержащих одновременно 2 полимера, в атмосфере аргона указывают на то, что ПАН влияет на процесс пиролиза целлюлозы. Для подтверждения предположения был выбран следующий 2-х стадийный режим пиролиза: 1-я стадия – нагрев до температуры на 10°С ниже температуры начала пиролиза ПАН в атмосфере воздуха с последующим охлаждением; 2-я стадия – нагрев до 480°С в инертной атмосфере. По результатам проделанной работы, можно сделать заключение о перспективности применения смесевых волокон средних составов, содержащих 50-30% целлюлозы. Основываясь на разработанном подходе двустадийной термообработки, можно рассчитывать на получение углеродного волокна с высокими механическими характеристиками. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".