ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВИСКОЗНЫХ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКОН С КАМЕННОУГОЛЬНЫМ ПЕКОМ В ПРОЦЕССЕ ТЕРМООБРАБОТКИ

Посыльный В. Я., Витковский В. В., Лебедев Ю. М., Безуглов А. М.

Источник: Посыльный В. Я., Витковский В. В., Лебедев Ю. М., Безуглов А. М. Взаимодействие вискозных волокон с каменноугольным пеком в процессе термообработки // Химия твердого топлива. 1991. №3. с.114-115.

Микроструктура границ раздела углеродных композиций на основе различных УВ и каменноугольного пека свидетельствует о сложном характере адгезионного взаимодействия УВ и связующего. Для некоторых композиций после высокотемпературного обжига (1250°С) наблюдается отслоение наполнителя от матрицы. В других случаях существует хороший адгезионный контакт, и неизбежные для композитов усадочные трещины удалены от границ раздела.

Рассмотрение ряда образцов композитов, полученных в диапазоне температур от формовки «зеленых» изделий до конечного обжига, позволило найти некоторые особенности в поведении мезофазы (МФ) в процессе ее роста у поверхности наполнителей. Химическая совместимость входящих в композит компонентов проявляется уже при росте МФ.

Для изучения этих явлений был изготовлен термостат на основе электронного регулятора температур [1] и получены УВ с различными свойствами. Исходный продукт - частично карбонизованное в восстановительной среде (280°С) вискозное волокно. В присутствии He образцы этого волокна карбонизовали до 400, 530, 600, 700, 950°С. Использовали также промышленное графитированное (2400°С) вискозное УВ из того же исходного материала. Для всех полученных УВ определяли энергию активации проводимости по постоянному току в защитной среде 4-зондовым методом. Полученные результаты приведены ниже:

Из каждого вида УВ исследовали по два образца. Один из них пропитывали пеком и обжигали в антрацитовой пересыпке до 1250 °С, другой помещали в термостатированную пробирку с расплавом свежего пека и выдерживали от 6 до 10 ч при 400°С. Затем из образцов готовили шлифы для изучения микроструктуры. Часть обожженного образца подвергали размолу и готовили шлиф из частиц размола на эпоксидной связке.

У исходных волокон (280°С) формирование МФ происходит в основном от поверхности УВ. Сначала появляется тончайшая оболочка, которая со временем растет в толщину и регистрируется благодаря двулучепреломлению МФ. Сферолиты у поверхности очень редки. Слияние оболочек приводит к сплошному «обволакиванию» мезофазой близлежащих УВ.

Для графитированных (2400 °С) УВ мезофаза существует в основном в форме сферолитов как вдали, так и в непосредственной близости от поверхности. При касании сферолита и волокна смачивания последнего мезофазой не происходит. Наоборот, сферолиты подобно резиновым мячам деформируются по мере роста в межволоконном пространстве, постепенно заполняя его целиком.

Для УВ с температурой термообработки от 400 до 950°С наблюдается промежуточная картина в формировании МФ - пленка МФ на поверхности УВ и сферолиты у поверхности Причем для низкотемпературных УВ часто обнаруживается существование на границе раздела ряда примыкающих друг к другу мелких (1-2 мкм) сферолитов, которые находятся в стадии слияния друг с другом и образования сплошной пленки МФ на УВ.

Размол образцов показывает отслоение по границе раздела для графитированных волокон и неразрушенный адгезионный контакт для частично карбонизованых. Разрыв здесь происходит по телу УВ или цементирующего кокса.

Результаты данного исследования позволяют сделать следующее предположение. Поскольку плотность МФ по данным рентгеноструктурного анализа [2] больше плотности изотропного пека при той же температуре, то, вероятно поверхность сферолита покрыта своеобразной «пеной» большим количеством рождающихся и замыкающихся дефектов структуры, а возможно, и инородными включениями (компонентами пека, отличными по плотности от МФ). В случае графитированных УВ эта «пена» оказывается у границ раздела волокон, внося свой отрицательный вклад в формирование адгезионного контакта. Для исходных УВ она отгоняется в объем связующего и выходит на поверхность пор в коксе.

Выводы

1. Рост МФ в композитах на основе рассмотренных вискозных УВ может происходить в направлении как от поверхности УВ, так и к поверхности из объема связующего.
2. УВ с одинаковым исходным составом, но различными температурами обработки могут давать различную адгезионную прочность контакта с коксом связующего.
3. Адгезионная прочность контакта вискозное УВ - кокс каменноугольного среднетемпературного пека симбатна энергии активации проводимости УВ по постоянному току, что дает возможность в определенной степени прогнозировать прочностную характеристику взаимодействия углеродных наполнителей и связующего.

Литература

1. Евсюков М. Ф. // Заводск. лаб. 1985.№8. С. 58-60.
2. Привалов В. Е., Степаненко М. А. Каменноугольный пек. М.: Металлургия, 1981. – 208с.