ИСТИНА

Углеродные волокна (УВ) на основе полиакрилонитрила широко используются для армирования углерод-углеродных композиционных материалов конструкционного и фрикционного назначения. Высокотемпературная обработка УВ в диапазоне температуры 2000-3000°С, проведенная в инертной среде, позволяет получать так называемые графитированные УВ с высоким модулем упругости – 200-700 ГПа. Целью данной работы был анализ физико-химических превращений, проистекающих в УВ в ходе их обработки в диапазоне температур 1400-2800℃, В качестве анализируемого волокна было выбрано высокопрочное УВ марки Formosa TC-35, полученное при температуре 1400℃. Оно было обработано при 2000, 2200, 2400 и 2800℃. При увеличении температуры кажущаяся плотность волокон растет, при этом волокна претерпевают существенную объемную усадку (до 14%). Радиальная усадка является лишь одним из факторов, влияющих на уплотнение волокон в ходе термообработки. Согласно результатам измерений низкотемпературной адсорбции азота, в УВ присутствует остаточная пористость. Данные, обработанные моделью плоской конечной щели (NLDFT), показывают, что с ростом температуры распределение пор по размерам в волокнах меняется, что указывает на процессы массопереноса. Согласно данным РФА (РСА), наиболее существенные изменения в структуре волокна, вызванные ростом кристаллитов и изменением соотношения аморфного, турбостратного и графитоподобного углеродов, наблюдаются при температурах 2200℃ и 2800℃. В общем, с увеличением температуры обработки в УВ происходит целый комплекс физико-химических превращений – увеличение степени турбостратности углерода, а при 2800оС появляется существенная доля графитированного углерода, при этом наблюдается уменьшение площади и объема пор, однако при 2200℃ наблюдается максимум как для площади, так и для объема пор Выявлено, что у обработанных при 2200℃ УВ прочность на разрыв превышает прочность исходных волокон. Такого рода нелинейная зависимость прочности от температуры обработки наблюдалась и ранее [1]. Было отмечено повышение прочности на разрыв при обработке волокон в интервале температуры от 2300 до 2500℃, в то же время максимальное значение прочности было существенно меньше прочности исходного волокна. Термообработка волокон приводит к существенным изменениям структуры волокна и, как следствие, его физических свойств. Основными физико-химическими процессами, происходящими в ходе высокотемпературной обработки волокна, являются удаление азота и усадки, вызванные упорядочением структуры волокон и процессами массопереноса. 1. Morgan P. Carbon Fibers and Their Composites. London, CRC Press. 2005. p.230.