Приготування розчину для прядіння PAN з дрібною дисперсією мікрочастинок целюлози
1 Кафедра вдосконаленої інженерії органічних матеріалів та текстильної системи, Національний університет Чуннам, Теджон, Республіка Корея
Анотація
Це дослідження запропонувало оптимальні умови для стабільної дисперсії мікрочастинок целюлози у спінінговому легу PAN, який був підготовлений для прядіння волокна. Багато дослідницьких досліджень досліджували методи отримання різних попередників вуглецевого волокна, намагаючись контролювати їх характеристики відповідно до застосувань. Для того, щоб приготувати волокно PAN, яке містить дрібні частинки целюлози, важливо створити рівномірно диспергований спінінг-легінг. Мінімізацію розміру частинок целюлози піддавали термічній обробці при різних температурах, щоб зменшити когезійну силу від водневих зв’язків між молекулами целюлози. Карбонізовані мікрочастинки целюлози були отримані для ефективного диспергування за допомогою фізичного методу та методу седиментації. Було проведено кілька інструментальних аналізів для вивчення характеристик частинок та розчинів за допомогою SEM, FT-IR, XRD та аналізатора розміру частинок. За результатами, дисперсія спінінгового легу PAN при хімічній обробці перевершувала метод подрібнення з подальшою термічною обробкою. У цьому дослідженні виявилося, що найбільш ефективним методом є обробка мікрочастинок целюлози при температурі 400 ° C.
1. Вступ
Вуглецеве волокно - це тип волокна, що містить понад 90% вуглецю, і його можна отримати термічною обробкою органічного волокна як попередника. Застосування вуглецевого волокна поширюється на аерокосмічну, оборонну, енергетичну, суднобудівну, машинобудівну, спортивну та розважальну галузі завдяки чудовим властивостям матеріалу, включаючи питому міцність, специфічний модуль та термостійкість. Нещодавно виникаючі проблеми енергозбереження та глобального потепління призвели до прискорення застосування легких матеріалів, таких як вуглецеве волокно. Застосування цього волокна є особливо перспективним у авіаційній промисловості, оскільки воно легке, має менші зміни обсягу та стабільне при високих температурах та хімічних атаках, зберігаючи високу міцність та високий модуль.
Вуглецеве волокно класифікується на три групи за вихідним матеріалом: вуглецеве волокно на основі району, вуглецеве волокно на основі смоли та вуглецеве волокно на основі PAN [1–4]. Вуглецеве волокно на основі району має хороші теплові властивості та високий модуль. Витрати на переробку вугільного волокна на основі смоли є доступними, що робить його використання вигідним для виробників. Вуглецеве волокно на основі ПАН використовується у багатьох видах композитів завдяки своїй високій міцності. Широко проводились дослідження розвитку процесів, оскільки вуглецеве волокно високої продуктивності можна отримати за допомогою стабілізації та процесу карбонізації [5–7]. Після процесу карбонізації добре контрольованої стабілізації вуглецевого волокна на основі ПАН міцність і зсув цього матеріалу будуть покращені, щоб його можна було застосовувати до композиційного матеріалу.
Через потребу в матеріалах, що мають відмінні механічні та термічні властивості, різні дослідження послідовно розроблялися на основі гібридної технології матеріалів з вуглецевого волокна. Наприклад, вуглецеве волокно, яке має відносно високу теплопровідність і низьку теплоізоляцію, мало обмеження для використання в соплах ракетних двигунів та ядерних реакторах. Для цих застосувань потрібні матеріали, які одночасно мають високі міцнісні, легкі та ізоляційні властивості. Для вирішення цих питань існує потреба у розробці нового типу вуглецевого волокна. Нещодавно було зареєстровано високоефективний вуглецевий волоконний композит з неорганічними нановолокнами та наночастинками целюлози [8]. За результатами теплопровідності вуглецевого волокна з різними попередниками теплопровідність вуглецевого волокна на основі району, термічно обробленого при 1500 К, була на 20,5% нижча, ніж у вуглецевого волокна на основі ПАН, термічно обробленого при 1600 К. Також виявлено, що теплопровідність вуглецевого волокна на основі району, термічно обробленого при 2500 К, на 16,7% нижча, ніж теплопровідності вугільного волокна на основі смоли, обробленого при 2700 К [9]. Використовуючи цей результат, було проведено дослідження щодо зниження теплопровідності з використанням композиту вуглецевого волокна та мікроцелюлозних частинок на основі PAN [10].