Введение к работе
Актуальность проблемы. В последнее время объем и направления использования пеков в промышленности значительно расширились. Все в большей степени они используются в новых областях техники, прежде всего в качестве сырья для изготовления углеродных волокон и углерод-углеродных композитов, обладающих уникальным сочетанием физико-химических и механических свойств. Что позволяет использовать материалы на их основе в авиакосмической технике, автомобилестроении, спортпндустрии, медицине 11 т.д.
В результате применения материалов на основе углеродных волокон могут быть достигнуты следующие преимущества: экономия энергии за счет уменьшения массы изделия; экономия материалов вследствие увеличения срока службы изделия из-за более высокой химической и коррозионной стойкости; уменьшение загрязнения окружающей среды токсичными отходами производства.
Столь широкий и ответственный профиль использования углеродных іолокои, вызывает необходимость расширения традиционной сырьевой іазьі получения углеродных волокон. Наиболее перспективными из ільтерпативного сырья для получения углеродных волокон являются іезофазньїе пеки.
В связи с этим в последние годы изучению свойств, состава, структуры, также различным аспектам технологии и практического применения ckor посвящено значительное количество работ.
В настоящее время основным сырьем для получения мезофазных пеков вляются тяжелые смолы пиролиза нефтей или каменноугольные смолы. )бщнм недостатком получения мезофазных пеков на основе такого сырья вляется невысокое содержание в последних конденсированных эоматических углеводородов. Кроме того, в их составе содержится тчителыгое количество примесей серы и азотистых соединений, шжакшшх качество получаемых пеков.
Сажсобразование в процессах горения углеводородов относится к числу гассических проблем "физики и химии горения. Особый интерес )едставляет изучение полициклических ароматических углеводородов ЩАУ), образующихся при неполном сгорании топлива и сорбирующихся на поверхности сажевых частиц. ПЦАУ могут являться точником получения ароматических углеводородов, а их склонность разовывать жидкокристаллическую фазу дает возможность получения на основе мезофазных пеков.
Цель работы: Установление закономерностей образования ПЦАУ и низкотемпературном горении пропана и смеси пропана с бензолом в жиме сажеобразования. Изучение полиароматической смолы экстракции зкотемпературных саж, изменений происходящих в процессе імополиконденсации в химическом составе смол и пеков, а также іуктурьі получаемых мезофазных пеков. Определение оптимальных
условий тєрмополнконденсации и подготовки сырья для получения пека с высоким содержанием мезофазы и заданными свойствами.
Научная новизна. В данной работе показано, что при горении пропана и смеси пропана с бензолом, образующаяся низкотемпературная сажа содержит до 50% ПЦАУ.
Впервые изучена смола экстракции низкотемпературных саж, содержащая значительное количество ароматических соединений, которая является перспективным материалом для получения пеков с высоким содержанием мезофазы. Разработан способ получения мезофазного пека из смолы экстракции низкотемпературных саж с высоким выходом готового продукта и содержанием мезофазы.
Установлено, что предварительная подготовка смолы и изменение таких основных технологических параметров, как время и температура, позволяют получать пеки с заданными свойствами.
Впервые обнаружена область проявления оптически анизотропной фазь при аномально высокой температуре от 480 до 510 С.
Применен метод ренттенофазового анализа для изучения изменений происходящих в структуре смолы и пека при низкотемпературной карбонизации.
Полученный мезофазный пек на основе смолы экстракци:
низкотемпературных саж имеет характеристики удовлетворяют!! требованиям, предъявляемым к нему как к исходному сырью для получспи углеродных волокон.
Практическая ценность работы. Анализ данных по исследованию образования ПЦАУ при низкотемпературном горении пропана позволяет рассматривать сажеобразующие пламена в качестве химического реактора, которым можно управлять с целью получения определенных ПЦАУ с регулированием их концентрации.
В работе показано, что смола экстракции низкотемпературных саж, содержащая значительное количество ароматических углеводородов, может являться материалом для получения высококачественных анизотропных пеков с высоким содержанием мезофазы.
Установленное различие исследованных материалов как по химическому составу, так и по надмолекулярной организации, находит свое отражение в поведении этих материалов при термообработке и в структурных особенностях и свойствах мезофазных пеков, которые получают на их основе. Полученные данные позволяют получать пеки с заданными свойствами.
Мезофазные пеки, образующиеся при пиролизе продукта экстракции саж, дают возможность получения углеродных волокон, завоевавших широкое признание как композиционный материал, применяемый в различных областях.
Апробация работы Основные результаты работы докладывались на XIV Международном симпозиуме по процессам горения ( Польша, 1995г.),
на Семинаре "Конверсия в рамках сотрудничества' ( Ал маты , 1996), на Международном симпозиуме "Structure of front flame (", Алматы, 1997)
Публикации По материалам работы имеется 8 публикаций.
Обьем работы Общий объем диссертации составляет 88 страниц, іключаєт 22 рисунка и 19 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 121 наименование.
Структура диссертации Диссертация состоит из введения, обзора штерятуры, экспериментальной части, обсуждения результатов, включения, выводов, списка использованных источников.