Номер части:
Журнал
ISSN: 2411-6467 (Print)
ISSN: 2413-9335 (Online)
Статьи, опубликованные в журнале, представляется читателям на условиях свободной лицензии CC BY-ND

ОБРАБОТКА УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА ДЛЯ ДАЛЬНЕЙШЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ



Науки и перечень статей вошедших в журнал:
DOI:
Дата публикации статьи в журнале:
Название журнала: Евразийский Союз Ученых, Выпуск: , Том: , Страницы в выпуске: -
Автор:
, ,
Автор:
, ,
Автор:
, ,
Анотация:
Ключевые слова:                              
Данные для цитирования: . ОБРАБОТКА УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА ДЛЯ ДАЛЬНЕЙШЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ // Евразийский Союз Ученых. Технические науки. ; ():-.

Углеродные волокна используются для производства  изделий, где определяющим фактором является не цена, а эксплуатационные свойства. Области и особенности применения углеродных волокон постоянно расширяются, поэтому к волокнам предъявляются  высокие требования в отношении прочностных характеристик.

Прочность углеродных волокон во многом зависит от наличия дефектов, получающихся  на различных стадиях переработки исходного волокна в углеродные волокна [1].

Углеродные волокна просты по своему химическому составу, но из-за большого многообразия углерод- углеродных связей и кристаллических структур создаются сложные, трудно поддающиеся изучению надатомные образования высшего порядка – фибриллы, взаимное расположение которых «унаследовано» от исходного полимерного волокна [2].

Для улучшения эксплуатационных свойств углеродных волокон  на  их поверхность наносят аппрет. Аппретирующие  составы защищают волокна от разрушения при трении их друг о друга,  во время переработки волокна  при соприкосновении с поверхностью оборудования, от действия влаги.

В ряде случаев по тем или иным причинам, производятся углеродные волокна без защитного аппрета  или его количества недостаточно для того, чтобы волокно обладало необходимыми эксплуатационными характеристиками. Такие углеродные волокна весьма хрупки и легко подвергаются повреждению и  разрушению при переработке. С целью предотвращения  ухудшения свойств таких волокон и осуществляется их аппретирование. Необходимо учитывать, что аппрет не может быть универсальным. Варьируя составом и протяженностью слоя аппрета на поверхности волокон можно достигнуть полного смачивания волокна аппретом, вытесняя из всех микротрещин и пор адсорбированные газы и пары воды, а также создать на поверхности прочно удерживаемую пленку.

В данной работе авторы подбирали аппретирующие составы для партии жгута ВМН-4МИ2:

— линейная плотность345 текс,

— модуль упругости 450 ГПА,

— прочность 5 ГПА.

Исходный жгут не покрыт аппретом, поэтому  обладает многими отрицательными характеристиками: ворсистый, неравномерный по толщине, нестойкий в узле, нестойкий к истиранию, тусклого черного цвета. Пропустить такой жгут через фильеру невозможно, а проводить дальнейшую переработку – тем более. Поэтому нанесение аппрета необходимо для повышения технологичности дальнейшей переработки такого жгута, например,  в стержни.

После изучения соответствующей литературы [3,4] и проведения пробных испытаний  были подобраны 4 органических соединения, растворы которых могут быть использованы в качестве  аппретов:

— поливиниловый спирт (ПВС),

— поливинилацетат (ПВА),

— полиуретан (ПУТ),

— фторопласт (ФТП).

Органические соединения ПВС и ПВА растворяли в воде при температуре ~ 80 ºС и готовили из них растворы концентрацией от 1 до 5 %.

В качестве полиуретанового аппрета  использовали однокомпонентный клей «Спантан-1к», который растворяли в ацетоне и  готовили  растворы концентраций от 1 до 5 %.

Образцы исходного жгута выдерживали в приготовленных растворах в течение 10 мин  при комнатной температуре, затем помещали  в сушильный шкаф на 20 мин при температуре  100-110 ºС для высушивания.  В результате проведенных испытаний получали  образцы, которые  оценивались визуально на стойкость в узле, стойкость к истиранию и ворсистость. Из опробованных нами растворов были выбраны в качестве аппретирующих  растворы с концентрациями:

— ПВС 1 %,

— ПВА 1 %,

— ПУТ 2 %.

Стойкость в узле и стойкость к истиранию полученных образцов жгута увеличилась, но недостаточна для использования в процессе получения углеродных стержней.  Увеличение концентраций растворов делает обрабатываемый жгут более жестким и ломким. Поэтому аппретирующие растворы решили скомбинировать, то есть провести двойную последовательную обработку жгута.

Так как в последствии технологи предполагают обрабатывать аппретированный  жгут более концентрированными растворами ПВС, было принято решение – сначала обработать жгут  2% ПУТ или 1% ПВА, высушить, а сверху нанести 1% раствор ПВС. Обработку проводили последовательно, выдерживая  жгут  в каждом растворе 10 мин.  Время сушки составляло 20 мин.

Полученный аппретированный жгут обладал  недостаточной прочностью, поэтому концентрации аппретирующих растворов были увеличены  до 3% и  2% соответственно.

Полученные образцы  жгута имели лучшие показатели по сравнению с исходным, но недостаточные для дальнейших  работ.

Затем исследовали аппретирующие свойства  суспензии фторопласта марки Ф-4Д. Суспензию разбавляли дистиллированной водой в объемных соотношениях от 1:1 до 1:5. Образцы исходного жгута выдерживали в разбавленной суспензии 5 мин, затем помещали  в сушильный шкаф. Сушки при 100 ºС оказалось недостаточно; образец жгута долго оставался влажным, поэтому температуру и время сушки  увеличили  до 150 ºС  и 20 мин соответственно.

Полученные образцы аппретированного жгута обладали необходимыми качествами для дальнейшей переработки, причем образцы жгута, обработанные более разбавленной суспензией (в объемных соотношениях 1:5),  по качеству оказались даже лучше, так как отсутствовал белый налет на жгуте.

Следующую  партию аппретированных образцов получали, не выдерживая в растворе разбавленной суспензии фторопласта, а медленно протягивая образец через приготовленный раствор суспензии и высушивали при  150 ºС   в течение 20 мин.

 Получили образцы высокого качества. Жгут не рвался, не махрился, обладал хорошей стойкостью в узле и к истиранию.

Следующим этапом на технологической установке УИС-4 провели  опытные испытания обработки исходного  жгута суспензией, разбавленной в соотношении 1:5. Получены образцы хорошего качества с высокой стойкостью в узле и истиранию.

Дальнейшей технологической задачей являлась переработка аппретированного жгута в стержни. Поэтому были изготовлены опытные образцы стержней. Образцы аппретированного фторопластом жгута обрабатывали горячим 17% раствором ПВС. Полученные пропитанные, высушенные образцы стержней исследовали методом электронной сканирующей микроскопии на приборе  ТМ-3000 Hitachi.

На рисунке 1 видно, что после аппретирования суспензией фторопласта получили плотный, хорошо пропитанный жгут без ворсистостей.

На рисунке 2 видно, что дальнейшая обработка раствором ПВС дает возможность получать образцы стержней  без рыхлостей и пустот, покрытые тонкой пленкой ПВС.

Суммируя все полученные результаты можно сказать, что суспензия фторопласта  Ф-4Д является, по существу, хорошим аппретом, который позволяет получить более высокие эксплуатационные характеристики  волокна без заводского аппретирования для дальнейшей технологической переработки.

 

Литература

  1. Михайлин Ю.А. Конструкционные полимерные композиционные материалы // – Спб.: НОТ. – 2008.–820с.
  2. Пакшвер Э.А. Карбоцепные синтетические волокна // – М.: Химия.–1973.­­­– 589с.
  3. Роговин З.А. Основы химии и технологии химических волокон //– М.: Химия.– 1974. – Т.1. – С518, Т.2. – С292.
  4. Углеродные волокна. /Ред.С. Симамура // – М.:Мир.– 1987.–[schema type=»book» name=»ОБРАБОТКА УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА ДЛЯ ДАЛЬНЕЙШЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ» author=»Кондрашова И.А., Чеблакова Е.Г., Евтеева Е.Е.» publisher=»б\БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-04-20″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 28.03.2015_03(12)» ebook=»yes» ]
Список литературы:


Записи созданы 6780

Похожие записи

Начните вводить, то что вы ищите выше и нажмите кнопку Enter для поиска. Нажмите кнопку ESC для отмены.

Вернуться наверх