(186.27 кб)

ВИАМ/1971-195887
Влияние термообработки на свойства ткани
из кремнеземного волокна
С.Д. Гаранина
В.Н. Кириллов
Ю.В. Жердев
В.Г. Набатов
В.А. Ефимов
Июнь 1971
Всероссийский институт авиационных материалов (ФГУП
«ВИАМ» ГНЦ РФ) – крупнейшее российское государственное
материаловедческое предприятие, на протяжении 80 лет
разрабатывающее и производящее материалы, определяющие
облик современной авиационно-космической техники. 1700
сотрудников ВИАМ трудятся в более чем 30 научноисследовательских лабораториях, отделах, производственных
цехах и испытательном центре, а также в 4 филиалах
института. ВИАМ выполняет заказы на разработку и поставку
металлических и неметаллических материалов, покрытий,
технологических процессов и оборудования, методов защиты
от коррозии, а также средств контроля исходных продуктов,
полуфабрикатов и изделий на их основе. Работы ведутся как по
государственным программам РФ, так и по заказам ведущих
предприятий авиационно-космического комплекса России и
мира.
В 1994 г. ВИАМ присвоен статус Государственного
научного центра РФ, многократно затем им подтвержденный.
За разработку и создание материалов для авиационнокосмической и других видов специальной техники 233
сотрудникам ВИАМ присуждены звания лауреатов различных
государственных премий. Изобретения ВИАМ отмечены
наградами на выставках и международных салонах в Женеве и
Брюсселе. ВИАМ награжден 4 золотыми, 9 серебряными и 3
бронзовыми медалями, получено 15 дипломов.
Возглавляет институт лауреат государственных премий
СССР и РФ, академик РАН, профессор Е.Н. Каблов.
Статья
подготовлена
для
опубликования
журнале «Неорганические материалы», т. VIII, № 11, 1972 г.
Электронная версия доступна по адресу: www.viam.ru/public
в
Влияние термообработки на свойства ткани
из кремнеземного волокна
С.Д. Гаранина, В.Н. Кириллов, Ю.В. Жердев,
В.Г. Набатов, В.А. Ефимов
В настоящей работе исследовали адсорбционные, теплофизические и
механические свойства кремнеземной ткани КТ-11 после обработки ее при
300, 600 и 800°С. Ткань КТ-11 гарнитурового переплетения в исходном
состоянии покрыта спиртово-канифолевым замасливателем. При обработке
ткани при 300–800°С замасливатель практически полностью удаляется.
Адсорбционные
исследования
проводили
на
весовой
вакуумной
установке с чувствительностью 2·10-4 г при 25°С. Температурную
зависимость эффективной удельной теплоемкости ткани в температурном
диапазоне
40–300°С
коэффициент
определяли
теплопроводности
методом
при
монотонного
комнатных
нагрева
температурах
[1],
–
стационарным методом [2]. Усадку определяли на образцах, вырезанных по
основе, измерением линейных размеров образцов до и после термообработки.
На рис. 1 представлены изотермы адсорбции паров воды тканью КТ-11.
Полученные изотермы имеют S-образную форму, типичную для пористых
адсорбентов с высокоразвитой поверхностью и большим содержанием
микропор [3]. Наибольшее количество паров воды поглощает ткань,
термообработанная при 300°С. При Р/Р s ≈0,9 она адсорбирует до 5% воды.
После обработки ее при 600°С поглощение паров воды снижается. При том
же относительном давлении оно становится равным 0,6%, а после прогрева
при 800°С – 0,1%. Форма изотерм, полученных для тканей, обработанных
при 600 и 800°С, меняется. Кривые становятся более пологими в начальной
области, что, очевидно, связано с уменьшением количества мелких дефектов
на поверхности элементарных волокон.
Рисунок 1. Изотермы адсорбции паров воды стеклотканью КТ-11
после термообработки при: 1 – 300, 2 – 600, 3 – 800°С
Температурные зависимости относительной эффективной теплоемкости
кремнеземных тканей различной термообработки приведены на рис. 2.
Испарение влаги, находящейся в порах волокон, резко увеличивает
теплоемкость по сравнению с теплоемкостью материала, не содержащего
влаги. Для количественного определения адсорбированных паров воды
эксперимент проводили дважды: после первого нагрева установку охлаждали
в течение полутора часов до комнатной температуры, затем опыт повторяли.
Кривые удельной теплоемкости, полученные из первого эксперимента,
имеют
ярко
адсорбированной
выраженный
и
максимум,
конденсированной
вызванный
влаги;
при
испарением
втором
нагреве
температурный ход кривой теплоемкости – монотонный. Величина площади
между кривыми при первом и втором нагревах пропорциональна количеству
влаги, испарившейся с поверхности волокон ткани. Полученные результаты
показывают, что с увеличением температуры термообработки ткани
количество
влаги,
содержащейся
на
поверхности
волокна,
резко
уменьшается. Так, отношение площадей между кривыми сr , найденных при
двух последовательных нагревах тканей, термообработанных при 300 и
600°С, составляет 9,5. Эти данные хорошо согласуются с кривыми
адсорбции: при Р/Р s ≈0,5–0,7 отношение количеств адсорбированных паров
воды волокнами, термообработанными по тем же режимам, колеблется в
пределах 10,5–8,8. Характер пористости существенно влияет на процесс
испарения адсорбированной влаги. При широкоразвитой поверхности
волокон, термообработанных при 300°С, в порах адсорбируется значительное
количество воды, удаляющейся выше 100°С.
Рисунок 2. Изменение удельной теплоемкости ткани КТ-11
после различной термообработки: 1, 1′ – 300, 2, 2′ – 600, 3, 3′ – 800°С;
1, 2, 3 – первый нагрев, 1′, 2′, 3′ – второй нагрев
Увеличение температуры термообработки до 600–800°С приводит к
закрытию, в первую очередь, субмикрокапилляров, что и смещает максимум
на кривой теплоемкости к 100°С.
На основании данных по адсорбции паров ниже приведены удельные
поверхности ткани КТ-11 с различной термообработкой.
Условия термообработки
t, °С
τ, мин
300
30
96
1,0
S уд , м2/г
λ l /λ 300°С
600
30
10
1,1
800
30
1
1,3
Расчет проводили по методу БЭТ [4]. Повышение температуры обработки
до 600°С уменьшает удельную поверхность волокон в 10 раз. Тепловая
обработка при 800°С ведет к дальнейшему уменьшению S уд . В [5, 6] при
исследовании
электронографическим
методом
кремнеземных
волокон
установлено, что в результате термообработки в волокнах происходят
сложные
процессы,
связанные
с
фазовыми
превращениями
и
кристаллизацией. Полученные теплофизические и адсорбционные данные
позволяют предположить, что в элементарных волокнах ткани при
термообработке, наряду с процессами кристаллизации, происходит явление
коалесценции, т.е. увеличение объема крупных пор за счет близлежащих
мелких,
осуществляемое
в
результате
действия
диффузионных
и
поверхностных сил. Мелкие же поры, находящиеся у поверхности волокна,
«растворяются в бесконечно большой поре» – окружающем пространстве [7].
Это
приводит
к
уплотнению
поверхности,
уменьшению
удельной
поверхности волокна и его усадке. Полученные при комнатной температуре
значения
коэффициента
теплопроводности
ткани
с
различной
термообработкой, отнесенные к теплопроводности ткани, обработанной при
300°С (см. выше), можно объяснить закрытием пор и снижением
разрыхленности структуры поверхности элементарных волокон.
Данные
по
усадке
ткани
КТ-11,
обработанной
при
различных
температурах (рис. 3), свидетельствуют, что наиболее интенсивно усадка
протекает при 300–600°С.
Рисунок 3. Усадка волокон ткани КТ-11
после различной термообработки
Выводы
Проведено исследование адсорбционных, теплофизических и усадочных
характеристик кремнеземной ткани КТ-11 с различной термообработкой.
Наиболее интенсивно эти свойства меняются при термообработке ткани в
температурном диапазоне 300–600°С.
Список литературы:
1. В.А. Вертоградский, В.Н. Кириллов, В.А. Ефимов. Инж.-физ. ж., 16, 516 (1969).
2. В.Н. Кириллов, В.А. Ефимов. Заводск. лаборатория, 34, 1146 (1968).
3. С. Брунауэр. Адсорбция газов и паров, ч. 1. Изд. иностр. лит., М., 1948.
4. П. Джейкобс, Ф. Томпкинс. Сб. Химия твердого состояния, гл. IV, Изд. иностр. лит.,
М., 1961, стр. 125.
5. М.С. Асланова. Стекло и керамика, №11, 10 (1960).
6. М.С. Асланова. Стекло и керамика, №9, 15 (1960).
7. Я.Е. Гегузин. Макроскопические дефекты в металлах. М., Гостехиздат, 1962