CC BY
85
УДК 66.022.1
И.С. Страхов, А.А. Губанов, Ю.В. Коршак, Т.А. Ваграмян, Устинова М.С., Р.В. Шаповалов
ХК композит Москва Россия
Российский химико-технологический университет им Д.И. Менделеева Москва Россия
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА, С ЦЕЛЬЮ УВЕЛИЧЕНИЯ ПРОЧНОСТИ МИКРОПЛАСТИКОВ
Методом электрохимической обработки углеродного волокна, полученного двухста-дийной термостабилизацией и карбонизацией полиакрилонитрильного волокна, проведена модификация его поверхности с целью усиления адгезии с эпоксидной матрицей.
Electrochemical treatment of polyacrylonitrile based carbon fiber prepared by two-stage ther-mostabilization and carbonization was carried out for surface modification and improving its adhesive properties in epoxide matrix.
В современной технологии производства углеродных волокон одной из стадии является их активация в ходе которой исходная поверхность подвергается обработке, в ходе которой на поверхности образуются химически привитые к углероду функциональные группы, имеющие сродство к различным связующим в получаемом углепластике, либо обеспечивающие увеличение специфической адсорбции. Часто в качестве функциональных групп используются группы, также входящие в структуру связующего, или имеющее сродство к полимерной матрице с целью увеличения прочности конечного конструкционного материала. Именно поэтому, необходимо проводить предварительную обработку поверхности УВ, с целью введения в него химически связанные функциональные группы, способные образовывать прочную химическую связь с функциональными группами эпоксидной смолы.
Это возможно 3мя путями: термохимическая, химическая и электрохимическая обработка.(1) Самым приемлемым на наш взгляд является электрохимическая модификация, т.к. она экономически выгодней и требует меньше времени и более простое аппаратурное оформление. Углеродное волокно выступает в роли электрода (анода). Основной задачей современных работ является подбор систем электролита и режима обработки волокон (плотность тока, потенциал, время обработки). В нашей работе для приготовления композиционного материала в качестве матрицы использовалось УВ марки УКН 3000, в качестве связующего - ЭД-20 холод-
ной пропитки (5-211Б). Все испытания микропластиков на прочность проводились согласно ISO 10618:2004.
Исходя из обзора литературы в качестве электролитов были использованы водные растворы моноэтаноламина, диэтаноламина, триэтанолами-на, 4ре этаноламина и 1 пропанол 3 амин так как в процессе электролиза они переходят в кислоты соответствующего ряда в кислой среде. (2) Наличие на поверхности групп -COOH должно позитивно влиять на прочность.
Ниже представлен график зависимости реализуемой прочности от состава раствора при прочих равных условиях ЭХО.
Из рис. 1 видно, что при обработке в растворах ДЭА, ТЭА и 4х водного ЭА реализуемая прочность падает более чем на 30%. Это связано с необратимым разрушением поверхности УВ в ходе анодного окисления и зависит от времени и плотности тока. Обработка в растворе 3амино 1 про-панола не влияет на реализуемую прочность, а обработка в растворе МЭА увеличивает прочность на 6%. Это связано с тем, что в процессе электролиза водного раствора МЭА образуется аминокислота глицин, которая сорбируется на поверхности анода. Глицин обладает кислой группой которая позитивно влияет на реализуемую прочность.
Рис. 1. График зависимости прочности микропластиков от электролита, где 1 -раствор моноэтанол амина, 2 - раствор диэтанол амина, 3- раствор триэтанол амина, 4 - раствор 4ре этанол амина, 5- раствор 3амино-1пропанола, 6- прочность микропластика без стадии ЭХО. Каждая точка соответствует среднему значению
прочности не менее 6 образцов
Рис.2. СЭМ поверхности УВ без обработки нанесением
Рис.3. СЭМ поверхности УВ с полианилина
Так же были проведены обработки с нанесением на поверхность волокна полимерных покрытий таких как полианилин, т.к. амино-группа может вступать в химическую связь с эпоксидным мономером. Методом ЭХИ полимеризации из водного раствора солянокислого анилина был нанесен полианилин при контроле анодного потенциала не более 1.2В.
В ходе полимеризации можно наблюдать следующее изменение поверхности УВ методом ЭСХА:
18.0
С 1s
I Mis
орадщ n f ^^^н^Х^кч^
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Binding Energy У eV
Рис.4 Рис.5
Обзорные спектры. Рис.4 - волокно без обработки, Рис.5 - волокно, обработанное в водном растворе анилина
Из рисунков 2,3,4 и 5видно, что в процессе ЭХ нанесения на поверхности УВ начинают образовываться локальные области ПАНИ.
Исследования методом ЭСХА дает подтверждение в виде увеличения количества азота на поверхности углеродного волокна.
В таблице 1 приведены результаты измерения относительного содержания элементов в исходных и модифицированных волокнах.
Табл.1 Относительное содержание элементов
Линия спектра элемента Исходное волокно Анилин
Положение линии, эВ Относительное содержание элемента, % Положение линии, эВ Относительное содержание элемента, %
СЬ 285,0 91,74 285,0 89,34
N18 401,6 0,88 399,7 4,90
ОЬ 532,9 7,38 532,6 5,76
Из выше перечисленных данных можно сделать предположение о том, что реализуемая прочность микропластика повыситься 6-9% соответственно повышающейся доли азота на поверхности.
Библиографический список
1. Э. Фитцер «Углеродные волокна и углекомпозиты». М.: Мир 1988
2. М. Байзер Органическая электрохимия. М.: Химия, 1988. 469 с.
УДК 669.2/8.002.8
М.С. Гречина, В.И. Ильин
Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Москва, Россия
СХЕМА КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОТХОДОВ, СОДЕРЖАЩИХ ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ
Предложена схема комплексной переработки производственных отходов, содержащих цветные металлы. Применение схемы позволит утилизировать цветные металлы с получением товарной продукции, при этом решаются вопросы защиты водоемов от сброса загрязняющих веществ и использования очищенной воды повторно на производственные нужды.
