Углеродные волокна и ткани

Углеродные волокна получают из синтетических и природных волокон на основе целлюлозы, сополимеров акрилонитрила, нефтяных и каменноугольных пеков и т.д. [15]. Основная область применения углеродных волокон – это получение композитных материалов, прежде всего углепластиков, способных выдерживать в инертных или восстановительных средах температуры до 3000 °С.

Активацией углеродных волокон получают материалы с большой удельной поверхностью, являющиеся прекрасными сорбентами. Нанесение на волокно катализаторов позволяет создавать каталитические системы с развитой поверхностью.

Термическая обработка волокна проводится, как правило, в три этапа (окисление – 220 °С, карбонизация – 1000–1500 °С и графитизация – 1800–3000 °С) и приводит к образованию волокон, характеризующихся высоким содержанием (до 99,5 мас. %) углерода. В зависимости от режима обработки и исходного сырья полученное углеволокно имеет различную структуру.

Отличие структуры углеродных волокон от структуры активных углей заключается в том, что расположение графитовых кристаллитов в углеродном волокне ориентировано вдоль оси волокна. Поры, расположенные между кристаллитами, вытянуты вдоль оси волокна на
20–30 нм. Средний размер пор 0,4–8,0 нм. Удельная поверхность достигает 2000 м²/г. Так как адсорбирующие поры находятся близко к поверхности, скорость адсорбции в 2–3 раза выше, чем на гранулированных адсорбентах.

Промышленные углеродные волокна (например, Актилен-Б производства ЛенНии «Химволокно») имеют блочное строение [16]. Они формируются из волокон диаметром 1000–1500 нм, составленных из еще более тонких волокон – микрофибрилл диаметром 100–300 нм. Микрофибриллы построены из блоков микрокристаллитов графита, которые выстроены в подобие рядов вдоль оси волокна. Макропоры размерами до 100 нм сформированы между микрофибриллами или в местах их поперечного разрыва. Мезопоры с размерами ~10 нм формируются в местах стыковки отдельных блоков, составляющих волокно.

Углеродные волокна устойчивы к агрессивным химическим средам, однако окисляются при нагревании в присутствии кислорода. Их предельная температура эксплуатации в воздушной среде составляет 300–350 °С. Нанесение на углеродное волокно тонкого слоя карбидов, в частности SiC, или нитрида бора позволяет в значительной мере устранить этот недостаток.

Благодаря высокой химической стойкости, углеродные волокна применяют для фильтрации агрессивных сред, очистки газов, изготовления защитных костюмов и др. Активированные углеродные волокна (аквален, актилен-Б) являются перспективными сорбционными материалами для очистки воды, а также эффективны в качестве носителей для катализаторов.

Основные производители углеродных волокон – США и Япония. На долю США и Японии приходится 78 % мирового производства этого продукта. Лидирующим рынком углеродных волокон в мире считаются США, за ними следует Западная Европа.

Углеродные волокна могут иметь разнообразную текстильную форму, определяемую чаще всего формой исходного сырья (непрерывные или штапельные нити, жгуты, ленты, войлок, ткани и др.). Возможна также переработка углеродных волокон в тканые и нетканые материалы с использованием обычного текстильного оборудования.

Углеродные адсорбенты в виде лент, тканей, нитей, нетканых материалов характеризуются высокой эластичностью, механической, вибро- и ударопрочностью, устойчивостью к воздействию агрессивных сред, термической и радиационной стойкостью, стойкостью к тепловым ударам, регулируемой электрической проводимостью. Оценку прочности тканых углеродных адсорбентов осуществляют по показателю разрывной нагрузки.

В РФ углеродные ткани получают в процессе термической обработки вискозной технической ткани [8]. Углеродные ткани используют для снаряжения воздухоочистительных фильтров, поглотителей в противогазах, респираторах, для очистки промышленных выбросов, сточных вод и доочистки питьевой воды, для создания и поддержания вакуума, для извлечения благородных, цветных и редких металлов из технологических растворов гальванических производств, в медицинской практике для лечения ожоговых ран и пролежней.

СИЛИКАГЕЛИ

Силикагели – аморфные формы диоксида кремния (содержащие
85–95 % SiO₂), состоящие из коллоидных сферических частиц размером от 2 до 100 нм. По степени гидратации они отличаются от почти безводного кремнезема до пластичных студенистых масс с соотношением Н₂О: SiO₂ ≤ 100.

Промышленный силикагель – ксерогель кремниевой кислоты. Он представляет собой полупрозрачные зерна белого или желтоватого (из-за содержания примесей) цвета.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: