Справочник по композиционным материалам

Формование волокна из мезофазных расплавов пеков

При формовании волокон из мезофазных пеков может быть использована та же технология, что и при получении обычных синтетических волокон [169—176]. Для этой цели применяется техника формования волокон из расплавов. Исходный материал, содержащий обычно 50 ... 90 % мезофазы, помещается в экстру-

Дер, нагретый предваритель­но до соответствующей тем­пературы, а затем расплав формуется методом продав - ливания через фильеру в атмосферу инертного газа. Обычно скорость формования составляет 127 м/мин и сте­пень фильерной вытяжки вы­бирается —1000 : 1. Конеч­ный диаметр волокон соста­вляет 10 ... 15 мкм, но мо­жет быть изменен.

Степень вытяжки играет важную роль не только для Рис. 11.24. Фотография в поляризованном получения волокна нужной свете волокна, сформованного из мезомор - ТОЛЩИНЫ, НО и ДЛЯ увели - фного пека чения степени молекулярной

Ориентации в волокне [177]. При малых степенях вытяжки (сечение волокна равно площади сечения фильеры) степень молекулярной ориентации мала. При более высоких степенях вытяжки, а соответственно и ориентации, образуется структура оболочка—ядро. Структура связана с рас­пределением сдвиговых напряжений, появляющихся при взаи­модействии потока пека со стенками фильеры, по сечению волокна. Таким образом, молекулярная ориентация неоднородна и умень­шается к центру волокна.

Волокна, подвергнутые сильной вытяжке и обладающие вы­сокой степенью молекулярной ориентации, оказываются более однородными [175]. Как видно—на ~рис. Н.24-, практически не­возможно обнаружить различия в ориентации волокон в поляризо'- ванном свете [59]. Существуют три основных типа упорядочения 276
структуры пековых волокон в зависимости от отношения сдви­говых и продольных напряжений, возникающих при формова­нии волокна. Эти структуры, получившие названия радиальной, луковичной и радиально-изотропной, представлены на рис. 11.25

А) 6) В)

Рис. 11.25. Структуры волокон, полученных из пеков:

А -» радиальная; б — луковичная; в раднально-изотропная

В УВ с радиальной структурой кристаллы как бы исходят из центра сечения волокна. В луковичной структуре они замкнуты и образуют слои, аналогичные луковым чешуйкам. Наконец, в изотропно-радиальной структуре не существует упорядочен­ности кристаллов в сечении УВ. Однако во всех описанных случаях имеет место ориентация графитовых плоскостей па­раллельно оси волокна.

В связи с тем что мезофазные пеки термопластичны, перед карбонизацией проводят термообработку с целью сшивки, пеков. Это необходимо для избежания протекания релаксационных процессов при высоких температурах. Волокна сшиваются при температуре ~300 °С в кислородсодержащей атмо­сфере либо при более низких темпера­турах в сильно окисляющихся жидко­стях. В результате такой обработки большие блюдцеобразные молекулы, соединенные вместе вмезофазной струк­туре, сшиваются под влиянием окисли­тельной полимеризации и образуют стабилизированное волокно. В свою очередь такое волокно уже может быть подвергнуто карбонизации. Особое внимание должно быть обращено на законченность реакций сшивки, приводящих к снижению протекания релаксационных процессов, которые уменьшают полученную при формовании молекулярную ориен­тацию. А это в свою очередь может привести к резкому ухуд­шению физико-механических свойств УВ [178]. Влияние тем­пературы при отверждении исходного волокна из пеков на модуль упругости показано на рис. 11.26 [59].