А.Л. КВАНИН Научный руководитель – В.И. ТРОЯН, д.ф.-м.н., профессор ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТИ
реклама
А.Л. КВАНИН Научный руководитель – В.И. ТРОЯН, д.ф.-м.н., профессор Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТИ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКОН С использованием комплекса методик было обнаружено явление сегрегации примеси натрия на поверхности углеродного волокна при электрохимической обработке. Исследовано влияние тока электрохимической обработки на химический состав поверхности углеродных волокон. Углеродные волокна являются современным высокотехнологичным конструкционным материалом, имеющим широкое применение в различных отраслях [1], в том числе одним из важнейших перспективных применений углекомпозиционных материалов является их использование при производстве газовых центрифуг для обогащения урана [2]. Механические свойства композита определяются упругими и прочностными свойствами армирующих волокон и взаимодействием на границе раздела волокно-матрица [3]. В силу специфики получения исходная поверхность углеродных волокон является химически неактивной (неполярной) и обладает слабой адгезией к полярному полимерному связующему [1,3]. Для улучшения адгезии углеродных волокон к полимерным связующим используются различные виды поверхностной обработки, в частности, метод электрохимического окисления нашел широкое применение в промышленности из-за относительной простоты реализации и высокой эффективности [3,4]. Целью настоящей работы было исследование изменения физикохимических параметров поверхности углеродного волокна при электрохимической обработке. Подобные знания необходимы для создания композитов на основе углеродных волокон с наилучшими механическими характеристиками. В ходе работы были исследованы серийные волокна марки УКН производства ООО «Аргон» подвергнутые электрохимической обработке с различной силой тока в промышленных условиях. В качестве электролита использована умягченная вода. Химический состав поверхности волокон (глубина сбора информации порядка длины свободного пробега фотоэлектронов, 2 нм) исследован методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). Элементный состав объема волокон исследован методом рентгеновского микроанализа. Методом РФЭС установлено, что на поверхности углеродных волокон содержится углерод, кислород и натрий. Остальные элементы ниже порога чувствительности данного метода. Установлено, что углерод не находится в химической связи с поверхностным кислородом. Таким образом, поверхность волокон после такой электрохимической обработки не содержит полярных кислородсодержащих функциональных групп, способных вступать в прочную связь с полярными молекулами полимерного связующего. Кислород на поверхности углеродного волокна присутствует в виде адсорбированной воды и в связи с натрием, вероятно, в виде соединения NaOH. По изменению ширины фотоэлектронного пика углерода C1s установлено, что ЭХО приводит к удалению поверхностного слоя характеризующегося большей степенью аморфизации по сравнению с объемом волокна и повышенным содержанием сегрегированного натрия. Концентрация кислорода и натрия возрастает после ЭХО с увеличением тока обработки. По данным рентгеновского микроанализа содержание натрия в слое поверхности волокон толщиной порядка 1-2 мкм составляет ~0,2 %. Содержание натрия в поверхностном слое толщиной порядка 2 нм составляет 6-12 %. При электрохимической обработке происходит обогащение поверхности УВ кислородом, что создает условия для сегрегации натрия. Увеличение тока ЭХО приводит к увеличению концентрации соединений натрия на поверхности углеродных волокон, что может приводить к ухудшению адгезии между волокном и матрицей и снижению прочности композита. Конкуренция процессов очистки и сегрегации натрия создает условия для существования оптимальных условий обработки, при которых прочность углепластика будет максимальной. 1. Список литературы Варшавский, В. Я. Углеродные волокна. М: Варшавский, 2007 – 497 с. 2. Борисевич, В. Д., и др. Физические основы разделения изотопов в газовой центрифуге. Под ред. В.Д. Бормана: Учебное пособие. Москва : МИФИ, 2005, 320 с. 3. Мелешко, А. И. и Половников, С. П. Углерод. Углеродные волокна. Углеродные композиты. М : Сайнс-пресс – 2007, 192 с. 4. Delhaes, Pierre. Fibers and composites. London and New York: Talor & Francis, 2003, 236 pp.
