Влияние структуры исходной ПАН-нити на структуру и свойства углеродного волокна

ний материала ПАН в наноструктуру, промежуточную между структурами ПАН и углеродного волокна.

На дифрактограмме термостабилизированного при 240 °С волокна выявляется только интенсивный широкий максимум при значениях 263 = 26,05 градусов (рис. 3). В зависимости от режимов термостабилизации положение этого максимума на дифрактограмме несколько изменяется (табл. 2). Однако средние размеры областей когерентного рассеяния формирующейся нанодисперсной фазы («предструктуры» углеродного волокна) остаются неизменными. Разрывная прочность термостабилизированного волокна, структурные преобразования которого на стадии термостабилизации развивались отчетливо гетерогенно, уменьшается в 2—3 раза.

Рис. 4. Типичные микроэлектронограммы углеродного волокна, полученного при -3000 "С:

а — точечная электронограмма микрообъема волокна, характерная для крупнокристаллической структуры; б — электронограмма более дисперсной части углеродной нити

Высокотемпературную обработку волокна проводили в специальных печах косвенного нагрева, оснащенных графитовым нагревателем. Время прогрева углеродного жгута до заданной температуры в изотермическом поле печи не превышало 1 с [8]. В результате высокоскоростной термомеханической обработки термостабилизированного волокна (температура 2300 °С, продолжительность изотермического нагрева -15 с) формируется структура углеродного волокна, средние размеры ОКР которой £002 ~ 2,5 нм, а межслоевое расстояние d002 ~ 0,349 нм. Причем уменьшение продолжительности термообработки в два раза практически не влияет на параметры структуры углеродного волокна.

После дополнительной высокоскоростной термообработки при -3000 °С в атмосфере аргона средние размеры областей когерентного рассеяния L002, сформировавшиеся в углеродном волокне, полученном на основе термостабилизированной ПАН-нити, процесс окисления которой развивался более активно, увеличиваются до -11 нм, а межслоевое расстояние fl?002 ~ 0,3435 нм. При исследовании тонких срезов углеродного волокна методом электронной микродифракции наряду с кольцевыми наблюдаются и точечные микро-дифрактограммы (рис. 4), характерные для графитиро-ванных материалов. Это указывает на формирование в локальных микрообъемах материала углеродной нити достаточно крупных областей когерентного рассеяния. Углеродный материал нити, полученной при -3000 °С, оказывается пространственно неоднородным по размеру областей когерентного рассеяния. Формирование крупных областей когерентного рассеяния в углеродной нити обуславливает резкое уменьшение прочности волокна.

Таким образом, в начале окислительной термообработки происходит заметное увеличение средних размеров областей когерентного рассеяния полиакри-лонитрила. Протекающие реакции циклизации, дегидрогенизации и окисления стимулируют в локальных микрообъемах ПАН-волокна фазовый переход поли-акрилонитрила в промежуточную нанодисперсную фазу структуры углеродного волокна. Режимы формования и технология получения ПАН-нити существенно влияют на закономерности перехода полиакрило-нитрила в нанодисперсную фазу, а также на средние размеры областей когерентного рассеяния и свойства углеродного волокна, получаемого в процессе высокоскоростной термообработки при -3000 °С.