Модификация ПАН-волокна. 
Получение и применение термоокисленных материалов на основе полиакрилонитрильных волокон

Процесс модифицирования осуществляли следующим образом: ПАН волокно массой ~ 3 г помещали в 100 см³ раствора соответствующего модификатора и при температуре 20С выдерживали в течении 60 мин. После этого одну половину волокна промывали дистиллированной водой, другую половину не промывали. Сушку волокна проводили при температуре 20 °C до постоянной массы.

Изучение свойств полученных материалов

Одной из важнейших особенностей процесса термоокисления ПАН волокна, характерной для любого органического соединений, является его экзотермичность. Выделяющееся в результате реакции полициклизации нитрильных групп тепло, в случае нарушения стабильности технологического процесса термоокисления ПАН волокна, может неконтролируемо повысить его температуру и привести к разрушению вследствие преобладания деструктивных процессов. Кроме того, температура проявления экзоэффекта полициклизации и его величина являются косвенными характеристиками особенностей протекания процесса термоокисления ПАН волокон. Поэтому одним из основных методов исследования процесса окисления ПАН волокна является изучение сопровождающих этот процесс тепловыделений.

Для изучения термической устойчивости ПАН волокна, его подвергали термической деструкции при помощи дериватографирования.

Кривые термогравиметрического анализа (ТГА) и дифференциального термического анализа (ДТА) испытуемых образцов записывали с помощью дериватографа STA 409 EP/2 фирмы Netzsch. Образец волокна массой около 20 мг помещали в дериватограф, а далее задавали динамику процесса. В результате получили дериватограммы со следующими характеристиками: изменение температуры, изменение массы образца и ДТА.

В два одинаковых тигля, конструкция которых обеспечивает замер температуры непосредственно в навеске вещества, загружали исследуемый образец и инертное в условиях анализа вещество (оксид алюминия) и помещали оба тигля в электропечь прибора.

Сущность метода заключается в следующем: образец исследуемого вещества нагревают с постоянной скоростью до заданной конечной температуры, фиксируя при этом изменение массы. По достижении некоторой температуры в образце начинали протекать реакции, скорость которых становилась заметной при данной температуре. При этом скорость потери массы увеличивалась и вновь падала после завершения реакций. Эти стадии могут протекать с выделением или поглощением тепла, поэтому при постоянной скорости подвода тепла рост температуры образца может ускоряться (в случае экзотермического эффекта) или замедляться (если тепловой эффект эндотермический).

В результате нагрева масса навески исследуемого образца изменялась и стрелка весов отклонялась от равновесного состояния. Движение коромысла весов фиксировалось регистрирующим устройством. Скорость изменения массы устанавливалась с помощью катушки с большим числом витков, находящейся в равномерном поле постоянного магнита и соединенной с плечом коромысла весов. Отклонение весов приводило в движение катушку. При пересечении витками катушки силовых линий магнитного поля возникала электродвижущая сила (ЭДС), величина, которой пропорциональна скорость движения катушки и фиксировалась зеркальным гальванометром. Следовательно, величина ЭДС, возникающая в катушке, пропорциональна скорости изменения массы образца. Таким образом, по величине перемещения коромысла весов можно было оценить величину потери массы (кривая ТГ), а по скорости перемещения построить кривую дифференциальной термогравиметрии (ДТГ).

Дифференциальная термопара образована путем соединения двух одинаковых термопар навстречу друг другу по направлению ЭДС. Один спай термопар помещали в исследуемый образец, другой — в инертное вещество, в котором не наблюдалось тепловых эффектов в выбранном интервале температур. В случае отсутствия тепловых эффектов суммарная ЭДС была равна нулю за счет взаимной компенсации ЭДС термопар. При протекании в образце процессов с поглощением или выделением тепла температура нагрева либо замедлялась, либо ускорялась, соответственно, баланс ЭДС нарушался. Появление суммарной ЭДС фиксировался гальванометром, подсоединенным к термопаре. Величина отклонения стрелки гальванометра пропорциональна разности температур образцов, а знак отклонения определялся знаком теплового эффекта наблюдаемой реакции. Таким образом, по температуре образца строилась кривая ТГ, а исходя из ЭДС дифференциальной термопары — кривая ДТА /5/.