Исследование влияния замедлителей горения на термодеструкцию полиакрилонитрильного волокна | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Спецвыпуск

Опубликовано в Молодой учёный №24 (104) декабрь-2 2015 г.

Дата публикации: 15.12.2015

Статья просмотрена: 52 раза

Библиографическое описание:

Зернышкина А. А. Исследование влияния замедлителей горения на термодеструкцию полиакрилонитрильного волокна // Молодой ученый. — 2015. — №24.1. — С. 23-26. — URL https://moluch.ru/archive/104/24034/ (дата обращения: 23.07.2018).

 

Существенным недостатком полиакрилонитрильных волокон (ПАНВ) является их высокая горючесть (температура воспламенения 250 0С, КИ 19 % об.), обусловленная выделением при термическом разложении полимера большого количества тепла и низкомолекулярных летучих продуктов (акрилонитрила, этилена, пропилена, цианистого водорода, аммиака). Одновременно в полимере образуются циклические структуры и поперечные связи (сшивки) вплоть до образования нелетучего, пространственно сшитого карбонизованного продукта [1-3]. Отсюда следует, что для снижения горючести ПАНВ необходимо направить протекание процесса пиролиза по реакциям, приводящим к образованию карбонизованного остатка и снижению выделения тепла при пиролизе, что, в свою очередь, позволит сократить энергозатраты и, соответственно, уменьшить себестоимость углеродных волокон за счет снижения температуры на стадиях окисления и карбонизации. Одним из способов снижения горючести ПАНВ является модифицирование замедлителями горения (ЗГ).

В прошлой работе [4] рассматривалась возможность применения для модификации ПАНВ таких ЗГ как тетрафторборат аммония (ТФБА), пентаэритрит (ПЭТ) и полифосфат аммония (АРР-3), разложение которых сопровождается эндоэффектами в диапазоне температур термодеструкции ПАН волокна. Кроме того, эти соединения содержат атомы фосфора, бора и азота, способствующие структурированию полимера, приводящему к повышению выхода карбонизованных структур (КС) и уменьшению выделения горючих летучих продуктов [2,3] и доступны на рынке.

В данной статье продолжается исследование влияния этих же ЗГ на термодеструкцию ПАНВ с целью определения из них наиболее эффективного.

ПАНВ деструктирует в две стадии, разделенные температурным интервалом (рис.1, 2). На первой стадии, в интервале температур 220-265 0С, начинается образование циклических структур [6], о чем свидетельствует появление, по данным ДСК, экзотермического эффекта.

 

Таблица 1

Влияние типа модификатора и состава ванн на параметры пиролиза ПАН волокон

№ пп

Вид волокна

Процесс окисления

Процесс карбонизации

Выход КО, %

∆Н Дж/г

(температурный

интервал, 0С)

Выход КО, %

∆Н Дж/г

температурный

интервал, 0С)

1

ПАНВ

исходное

86,4

871 (251-285)

7,0

8608,45

(605-638)

Модифицированное из водной ванны готовое волокно

2

ПАН+АРР-3

94,4

552 (253-312)

58,9

 

996 (498-575)

575 (630-713)

3

ПАН+ТФБА

94,6

1239 (268-314)

13,2

6525 (531-657)

Модифицированное из водной ванны свежесформованное волокно

4

ПАН+АРР-3

95,0

483 (254-321)

52,5

406 (481-659)

5

ПАН+ТФБА

98,0

128 (257-292)

7,5

5563 (528-678)

 

Влияние ЗГ на термодеструкцию ПАН волокон, полученных пропиткой волокна из 20 %-х ванн – для АРР-3, ТФБА и 5 % - для ПЭТ, по данным ТГА и ДСК приведено в табл. 1, рис.1, 2. Для модифицированного АРР-3 ПАН волокна отмечена стадия, соответствующая, в основном, пиролизу АРР (110-2310С). Образовавшийся при этом NН3 также участвует в процессе окисления ПАН волокна. Это подтверждается уменьшением скорости пиролиза (данные ДТГ), соответствующих процессам окисления и карбонизации (рис.1, 2), значительным снижением теплового эффекта карбонизации с 8609 – для исходного, до 406-1571 кДж/г – для модифицированного волокна, а также увеличением выхода КС. Так, если при 600 0С у исходного волокна их количество составляет 7% масс, то у ПАНВ модифицированного АРР-3 – от 52 до 70 % (табл. 1).

Продукты разложения ТФБА, образовавшиеся при пиролизе модифицированного ПАНВ, в интервале температур 196-2700С, инициируют процессы циклизации волокна, рис. 1, 2. При этом обеспечивается более высокий, в сравнении с исходным ПАНВ, выход КС, но значительно меньший (до 13,2 % масс.), чем при модификации ПАН волокна АРР-3.

Модификация волокна ПЭТ, по данным ТГА, ДСК (рис.1, 2) не оказывает влияния на разложение ПАН волокна и, следовательно, не эффективна.

Увеличение выхода КС для ПАНВ модифицированного АРР-3 (с 7- для исходного, до 59 % масс. - для модифицированного ПАНВ), установленного методами ТГА, ДСК, также подтверждают результаты термообработки в муфельной печи со скоростью      10 0С/мин до 700 0С (рис. 3). При этом, для повышения выхода КС в 6 раз достаточно содержание АРР-3 на волокне 5 % масс. Кроме того, в КС сохраняется текстильная структура волокна (рис. 4а), в то время как исходное практически полностью деструктирует (рис. 4 б).

 

Таким образом, проведенные исследования показали, что большее влияние на структурообразование при пиролизе ПАН волокна из рассматриваемых ЗГ, оказывает полифосфат аммония. Этот эффект отмечен как при модификации готового, так и свежесформованного волокон.

 

Литература:

  1. Конкин, А. А. Углеродные и другие жаростойкие волокнистые материалы. – М.: Химия. – 1972.- с. 217-340.
  2. Асеева, Р. М., Заиков, Г. Е. Горение полимерных материалов / Р. М. Асеева, Г. Е. Заиков. – М.: Наука. – 1981. – 280 с.
  3. Кодолов, В.И. Замедлители горения полимерных материалов. – М.: Химия. – 1980. – 274 с.
  4. Акимова, А.А., Щербина, Н.А., Панова Л.Г., Бирюков В.П. Исследование влияния замедлителей горения на свойства ПАН волокна, применяемого в производстве углеродного волокна // Сборник научных трудов II Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии, системы автоматизированного проектирования и автоматизация.- Саратов: СГТУ, 2010 - с.116-120
  5. Ненахов, С.А., Пименова, В.П. Современные научно-практические тенденции в огнезащите. Обзор 3-ей Берлинской конференции // Лакокрасочная промышленность. -1999. -№7
  6. Варшавский, В. Я. Углеродные волокна / В. Я. Варшавский. - 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Варшавский, 2007. – 500 с.
Основные термины (генерируются автоматически): ПАН волокна, процесс окисления, волокно, интервал температур, ПАН волокон, полифосфат аммония, увеличение выхода КС.


Похожие статьи

Влияние концентрации неорганических примесей на механизм...

Большое влияние на прохождение химических процессов в ПАН волокне оказывают примеси. В [2] показано, что одни неорганические примеси приводят к снижению температуры максимума экзоэффекта до 7 - 10 градусов...

Модифицированное полиакрилонитрильное волокно

Получение модифицированного полиакрилонитрильного (ПАН) волокна осуществляют введением модифицирующих добавок на разных стадиях технологического процесса изготовления волокон.

Анализ свойств разноокисленных отходов окси-ПАН...

В соответствии с принятой классификацией следует, что по уровню окисления 0-это неокисленное ПАН волокно с плотностью не более 1,19 г/см3, а 1,0-кондиционное окисленное ПАН волокно с плотностью 1,38 ±0,02 г/см3.

Исследование свойств пан волокон, модифицированных...

Рис. 4. Фотографии поверхности волокон (увеличение 600 крат, длина масштабной шкалы 20 мкм): а - ПАН-ТЖ; б - ПАН-ТЖ+5% CuSO4·5H2O. Проведенная сравнительная характеристика свойств модифицированных волокон показала эффективность обработки...

Исследование свойств эпоксидных композиций на основе...

Увеличение выхода карбонизованных структур достигалось путем обработки целлюлозосодержащего материала раствором тетрафторбората аммония (ТФБА).

Исследование свойств пан волокон, модифицированных раствором сульфата гидроксомеди (II).

Влияние условий хранения и сушки на надмолекулярную структуру...

В настоящем разделе описываются результаты изучения надмолекулярной структуры волокон сорта “Юлдуз”, подвергнутых различным температурам сушки.

В научной литературе имеются информации об исследованиях свойств и структуры хлопкового волокна в процессе сушки.

Влияние показателя микронейра волокна на... | Молодой ученый

С увеличением показателя микронейра волокон, увеличивается квадратическая неровнота по показателям пряжи, выработанной из этого волокна, т. к. такие волокна бывают грубые и переспелые.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Влияние концентрации неорганических примесей на механизм...

Большое влияние на прохождение химических процессов в ПАН волокне оказывают примеси. В [2] показано, что одни неорганические примеси приводят к снижению температуры максимума экзоэффекта до 7 - 10 градусов...

Модифицированное полиакрилонитрильное волокно

Получение модифицированного полиакрилонитрильного (ПАН) волокна осуществляют введением модифицирующих добавок на разных стадиях технологического процесса изготовления волокон.

Анализ свойств разноокисленных отходов окси-ПАН...

В соответствии с принятой классификацией следует, что по уровню окисления 0-это неокисленное ПАН волокно с плотностью не более 1,19 г/см3, а 1,0-кондиционное окисленное ПАН волокно с плотностью 1,38 ±0,02 г/см3.

Исследование свойств пан волокон, модифицированных...

Рис. 4. Фотографии поверхности волокон (увеличение 600 крат, длина масштабной шкалы 20 мкм): а - ПАН-ТЖ; б - ПАН-ТЖ+5% CuSO4·5H2O. Проведенная сравнительная характеристика свойств модифицированных волокон показала эффективность обработки...

Исследование свойств эпоксидных композиций на основе...

Увеличение выхода карбонизованных структур достигалось путем обработки целлюлозосодержащего материала раствором тетрафторбората аммония (ТФБА).

Исследование свойств пан волокон, модифицированных раствором сульфата гидроксомеди (II).

Влияние условий хранения и сушки на надмолекулярную структуру...

В настоящем разделе описываются результаты изучения надмолекулярной структуры волокон сорта “Юлдуз”, подвергнутых различным температурам сушки.

В научной литературе имеются информации об исследованиях свойств и структуры хлопкового волокна в процессе сушки.

Влияние показателя микронейра волокна на... | Молодой ученый

С увеличением показателя микронейра волокон, увеличивается квадратическая неровнота по показателям пряжи, выработанной из этого волокна, т. к. такие волокна бывают грубые и переспелые.

Задать вопрос