Особенности получения композитных волокон из растворов полиакрилонитрила, содержащих кремнийорганические соединения

Цель: Получение волокон ПАН с заданным распределением кремнийсодержащей фазы, включая градиентное по сечению волокна, путем варьирования реологических свойств многокомпонентных формовочных систем, условий их деформирования и контролируемого фазового разделения в процессе формования. Впервые из совместных растворов полиакрилонитрила (ПАН) в диметилсульфоксиде (ДМСО) с тетраэтоксисиланом (ТЭОС) получены композитные волокна, в которых ТЭОС в результате реакции гидролитической поликонденсации образует частицы SiO2 нанометровых размеров, что представляет значимый интерес для последующей карбонизации волокон с получением углеродного волокна, содержащего анизотропно распределенные частицы карбида кремния. Предварительно исследовано влияние ТЭОС на морфологию растворов ПАН в ДМСО, построены фазовые диаграммы систем ТЭОС - ДМСО и ТЭОС - раствор ПАН в ДМСО и определены области существования совместных растворов и устойчивых эмульсий, а также показано влияние ТЭОС на реологическое поведение смесей и процесс их взаимодействия с осадителями. Впервые исследовано влияние ПДМС различных молекулярных масс на морфологию образуемых с растворами ПАН в ДМСО эмульсий, их стабильность, реологическое поведение и процесс коагуляции модельных систем с различным соотношением вязкостей фаз. Впервые разработана методика диспергирования Аэросила в растворах ПАН в ДМСО с получением агрегатов частиц с размерами 50–150 мкм в готовом композитном волокне. Исследовано влияние степени диспергирования на реологические свойства и морфологию наполненных растворов ПАН. Изучена роль вводимого компонента в процессе коагуляции полученных дисперсий. Для традиционных способов мокрого и сухо-мокрого формования, а также для разработанного в лаборатории реологии способа механотропного (сухого) формования волокон, определены оптимальные режимы процесса и получены композитные волокна ПАН, содержащие ТЭОС, олигомерные полидиметилсилоксаны ПДМС-5, ПДМС-400 и Аэросил. Определено влияние как используемого способа формования, так и вводимых кремнийорганических компонентов, на механические свойства волокон, их морфологию, структуру и термическое поведение. Проведена термическая обработка композитных волокон и впервые получены гибридные углерод-карбидокремниевые волокна, сформованные из совместного раствора ПАН в ДМСО с ТЭОС.