Диссертация (1090080), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Это свидетельствует о том, что изменения характеристик УНВ, припроведении их модификации, не зависят от того из какого сырья были полученыУНВ.Для получения углеродных композиционных материалов на основе УНВбыл выбран образец ТДУНВ.4.2.3.2 Получение углеродных композиционных материаловНа рисунке 4.4 представлена зависимость изменения скорости образованияуглерода во времени при различных температурах проведения процесса.Видно, что повышение температуры процесса пироуплотнения, приводит квозрастанию скорости образования пироуглерода.Увеличение скорости образования углерода при повышении температурыпроцесса способствует уменьшению времени достижения заданной степенипироуплотнения исходного материала.
Так, например, степень пироуплотнения162300 % при температуре 300 С достигалась за 1200 минут, при 450 С за 900минут, а при 650С за 600 минут.1,2Скорость образования пироуглерода*10моль С/мин3,10,80,60,40,2004008001200Время, минтемпература, °С: - - - 300; - ■ - - 450; - ▲- - 650.Рисунок 4.4 - Зависимость изменения скорости образования пироуглеродана коксе во времениСледует отметить, что в начале процесса пироуплотнения скоростьобразования пироуглерода возрастает и достигает максимальных значений привремени ~ 100 минут.Дальнейшееснижениюобусловленоувеличениескоростипродолжительностиобразованияпироуглерода,процессачто,наиболееуменьшением поверхности исходного образцаотложения на нем пироуглерода.приводитквероятно,в результате163В таблице 4.3 и 4.4 представлены условия получения и характеристикиобразующихся композиционных (пироуплотненных) материалов.Таблица 4.3 – Условия получения композиционных материалов на основекоксаСтепень пироуплотнения,Температура, °С№ образца%30045065050ПК1150ПК2300ПК350ПК4150ПК5300ПК650ПК7150ПК8300ПК 9Таблица 4.4 – Характеристики композиционных материалов на основе кокса№ образцаПлотность, г/см3Активность поУдельнаяметиловомуадсорбционнаяоранжевому, мг/гповерхность, м2/г1234ПК11,799749140ПК21,788445120ПК31,779042100ПК41,899842120ПК51,887840100164Продолжение таблицы 4.41234ПК61,87543990ПК71,99783940ПК81,98353940ПК 91,97123940Следует отметить, что отложение пироуглерода в пироуплотняемомматериале может происходить с заполнением пор, или по поверхности, образуякапсулу.
В зависимости от области отложения пироуглерода изменение удельнойадсорбционной поверхности будет происходить поразному. Для определенияобласти отложения пироуглерода были рассмотрены две модели (рисунок 4.5):модель1.Отложениепироуглеродапроисходитнаповерхностипироуплотняемого материала. В этом случае размеры пор остаются неизменнымииз-за их капсулирования (закупорки), а увеличиваются габаритные размерыматериала (рисунок 4.5 б).модель 2. Отложение пироуглерода происходит в порах пироуплотняемогоматериала.
В этом случае происходит уменьшение размеров пор, а габаритныеразмеры материала не изменны (рисунок 4.5 в).Были сделаны следующие допущения:1. пироуплотняемый материал имеет форму цилиндра диаметром D ивысотой L (габаритные размеры), при этом высота цилиндра привосходет егодиаметр (рисунок 4.5 а).2. поры материала рассматривались как отверстие в цилиндре диаметром d0,проходящее вдоль его оси по всей высоте.3. в модели 1 при закупоривании поры после начала пироуплотнения ееповерхность принималась равной нулю.4. плотности пироуплотняемого материала и пироуглерода равны.165(а) – исходный материал; (б) – отложение пироуглерода на поверхности;(в) – отложение пироуглерода в поре.Рисунок 4.5 - Отложение пироуглерода на поверхности исходногоматериалаВ таблице 4.5 приведены формулы расчета удельной поверхностиматериала для рассматриваемых моделей.Таблица 4.5 – Формулы для расчета удельной поверхности материалаИсходный материалS 0уд 4(4.1) (D d 0 )Модель 1S 1уд 4(4.2)D 1Модель 2S 2уд 4(4.3)D(1 )где: ρ – плотность,σ – степень пироуплотнения.На рисунке 4.6 представлены зависимости изменения относительнойповерхности пироуплотненного материала от степени его пироуплотнения.Значение относительной поверхности рассчитывалось как отношение текущейудельной поверхности материала к исходной.166Относительная поверхность10,820,60,410,2050100150200250300Степень пироуплотнениярасчетная зависимость, моделирующая отложение углерода по: 1 – модель1; 2 - модель 2.пироуплотнение при температуре, °С: ■ – 300; ▲ – 450; – 650.Рисунок4.6-Влияниестепенипироуплотненияобразцанаегоотносительную поверхностьВидно, что к кривой 1, моделирующей отложение пироуглерода наповерхностипироуплотняемогоматериала,ближерасполагаютсяточки,характеризующие относительную поверхность материала, полученного при 650°С.Уменьшениетемпературыпироуплотненияприводитктому,чторасположение точек, характеризующих относительную поверхность материала,смещается к кривой 2, моделирующей отложение пироуглерода в порах.Иначеговоря,приневысокихтемпературахпроведенияпроцессапироуплотнения отложение пироуглерода происходит в пористом пространстве167исходного материала.
Повышение температуры процесса будет способствоватьотложению пироуглерода на поверхности пироуплотняемого образца.Зависимостьобластиотложенияпироуглеродаоттемпературыпироуплотнения позволяет объяснить результаты, представленные в таблице 4.4.Длякомпозитовполученных притемпературах до450°Сотложениепироуглерода происходило в пористом пространстве исходного материала.Поэтому, с увеличением степени пироуплотнения было отмечено постепенноеснижение удельной адсорбционной поверхности.
Так, для материала ПК4значение удельной адсорбционной поверхности составляло 120 м2/г, для ПК5 100 м2/г, а для ПК6 – 90 м2/г. При температуре 650 С происходило отложениепироуглерода на поверхности кокса, что приводило к его капсулированиюпироуглеродом. Следствием этого явилось то, что независимо от степенипироуплотненияполученныеобразцыобладалиудельнойадсорбционнойповерхностью равной 40 м2/г.Следует отметить, что при механическом воздействии на образцы ПК7-ПК9(температура получения 650 °С) происходило их разрушение. Это позволиловыделить в структуре образцов внешний и внутренний углеродный слой.
Анализхарактеристик материалов образующих слои показал, что значение удельнойадсорбционной поверхности и плотности материала внешнего слоя составило 40м2/г и 1,90 г/см3, для внутреннего 180 м2/г и 2,10 г/см3 соответственно. Сравнениеполученных значений показателей со значениями характеристик пироуглерода(таблица 2.21) и кокса (таблица 4.1) показывает, что внешний слой образцов ПК7ПК9 сформирован пироуглеродом, а внутренний является исходным материалом– коксом.В таблице 4.6 представлены условия получения композитов на основе УНВ,а в таблице 4.7 их характеристики.168Таблица 4.6 – Условия получения композитов на основе ТДУНВСтепень пироуплотнения,Температура, °С%300450650Таблица 4.7 –№ образца50ПУНВ1150ПУНВ2300ПУНВ350ПУНВ4150ПУНВ5300ПУНВ650ПУНВ7150ПУНВ8300ПУНВ9Характеристики композиционных материалов на основеТДУНВ№ образцаПлотность, г/см3Активность поУдельнаяметиловомуадсорбционнаяоранжевому, мг/гповерхность, м2/гПУНВ11,69245590ПУНВ21,68125070ПУНВ31,67894750ПУНВ41,79914880ПУНВ51,78954560ПУНВ61,78274145ПУНВ71,80214045ПУНВ81,79454040ПУНВ91,78624040169Видно, что по мере увеличения степени пироуплотнения и температурыпроцесса, сорбционная способность образующихся композитов уменьшается.
Приэтом, для образцов ПУНВ7-ПУНВ9, полученных при температуре 650 С,изменение значений удельной адсорбционной поверхности и активности пометиловому оранжевому не зависят от степени пироуплотнения. Это, так же как идля образцов ПК7-ПК9, обусловлено образованием пироуглерода на внешнейповерхности исходного материала, что может быть подтверждено результатамиэлектронного микроскопического исследования образцов ПУНВ (рисунок 4.74.9).Рисунок 4.7 - Фотография ТДУНВ (исходный материал)170Рисунок 4.8 - Фотография образца ПУНВ3ДУНВ – исходный материал; ПУ – пироуглерод.Рисунок 4.9 - Фотография образца ПУНВ9171Видно, что образец ПУНВ3 представляет собой исходный материал, вструктуре углеродного волокна которого, отложился пироуглерод.
ОбразцыПУНВ7 и ПУНВ9 представлены углеродными нановолокнами, на внешнейповерхности которых отлагался пироуглерод, формируя структуру, в которойнановолокна находятся внутри слоя пироуглерода.Дляизучениявлиянияусловийпроведенияпроцессаактивациикомпозиционного материала на его характеристики были использованы образцыПК3 и ПУНВ6.
В таблицах 4.8 и 4.9 приведены условия активации образцов ихарактеристики активированного материала.Таблица 4.8 – Условия активации образца ПК3Температура, °С300450650Степень окисления, %№ образца10АПК130АПК260АПК310АПК430АПК560АПК610АПК730АПК860АПК9Таблица 4.9 – Характеристики активированных композитовАктивность по метиловомуУдельная адсорбционнаяоранжевому, мг/гповерхность, м2/г123АПК145490АПК250520АПК355540АПК455390№ образца172Продолжение таблицы 4.9123АПК560420АПК665450АПК7165230АПК8175270АПК9185300Следует отметить, что процесс активации композиционного материаламожет протекать по разным направлениям.
Одно связано с газификацией углеродапроисходящей во всем объеме материала, что приводит к получению продукта,обладающего развитой поверхностью и пористым пространством. Другое,обусловлено газификацией углерода материала на его поверхности, что будетзатруднять формирование пористого пространства продукта.Определить характер активации пироуплотненного материала можно поизменению удельной адсорбционной поверхности материала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
