OKREŚLENIE WARUNKÓW KARBONIZACJI PREKURSORÓW DO WYTWARZANIA WĘGLA SZKLISTEGO

Podobne dokumenty
POLIMEROWE MATERIAŁY ŚLIZGOWE DO PRACY W PODWYŻSZONEJ TEMPERATURZE

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE KOMPOZYTÓW Z OSNOWĄ POLIMEROWĄ, ZAWIERAJĄCYCH WĘGIEL SZKLISTY

III Konferencja: Motoryzacja-Przemysł-Nauka ; Ministerstwo Gospodarki, dn. 23 czerwiec 2014

(54) Sposób wytwarzania materiału ciernego na okładziny hamulcowe i sprzęgłowe. (74) Pełnomocnik:

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE MATERIAŁÓW KOMPOZYTOWYCH ZAWIERAJĄCYCH WĘGIEL SZKLISTY

KONSTRUKCYJNE MATERIAŁY KOMPOZYTOWE PRZEZNACZONE DO WYSOKOOBCIĄŻONYCH WĘZŁÓW TARCIA

KOMPOZYTY O OSNOWIE METALOWEJ ZAWIERAJĄCE CZĄSTKI WĘGLA SZKLISTEGO WYKORZYSTANE DO PRACY W WARUNKACH TARCIA

OKREŚLENIE TEMPERATURY I ENTALPII PRZEMIAN FAZOWYCH W STOPACH Al-Si

Szkła specjalne Wykład 6 Termiczne właściwości szkieł Część 1 - Wstęp i rozszerzalność termiczna

ROZSZERZALNOŚĆ CIEPLNA KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE STOPU AlSi13Cu2 WYTWARZANYCH METODĄ SQUEEZE CASTING

CHARAKTERYSTYKA KRZEPNIĘCIA KOMPOZYTÓW O OSNOWIE ALUMINIUM ZBROJONYCH CZĄSTKAMI CERAMICZNYMI

KRZEPNIĘCIE KOMPOZYTÓW HYBRYDOWYCH AlMg10/SiC+C gr

WPŁYW PROCESU TARCIA NA ZMIANĘ MIKROTWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

ZUŻYCIE TRYBOLOGICZNE KOMPOZYTU NA OSNOWIE ZGARU STOPU AK132 UMACNIANEGO CZĄSTKAMI SiC

WYTRZYMAŁOŚĆ POŁĄCZEŃ KLEJOWYCH WYKONANYCH NA BAZIE KLEJÓW EPOKSYDOWYCH MODYFIKOWANYCH MONTMORYLONITEM

WPŁYW WIELKOŚCI I UDZIAŁU ZBROJENIA NA WŁAŚCIWOŚCI KOMPOZYTÓW AK12-WĘGIEL SZKLISTY

STABILNOŚĆ TERMICZNA SPOIW POLIAKRYLANOWYCH NA PRZYKŁADZIE SOLI SODOWEJ KOPOLIMERU KWAS MALEINOWY-KWAS AKRYLOWY

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ CRN W WARUNKACH TARCIA MIESZANEGO

Badania właściwości struktury polimerów metodą róŝnicowej kalorymetrii skaningowej DSC

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNE STALIWA W STANIE STAŁYM

PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWA

ROZKŁAD TWARDOŚCI I MIKROTWARDOŚCI OSNOWY ŻELIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE NA PRZEKROJU MODELOWEGO ODLEWU

OKREŚLENIE METODĄ KALORYMETRII SKANINGOWEJ ENTALPII PRZEMIAN FAZOWYCH W ŻELIWIE SZARYM

WPŁYW WĘGLA SZKLISTEGO NA WŁAŚCIWOŚCI CIEPLNE I MECHANICZNE EPOKSYDOWYCH KOMPOZYTÓW REGENERACYJNYCH

KORELACJA WYNIKÓW UZYSKANYCH Z APARATÓW: AMSLERA I TESTERA T-05

WŁAŚCIWOŚCI KRUSZYW LEKKICH MODYFIKOWANYCH ZUśYTYMI ADSORBENTAMI

BADANIE CIEPLNE LAMINATÓW EPOKSYDOWO-SZKLANYCH STARZONYCH W WODZIE THERMAL RESERACH OF GLASS/EPOXY LAMINATED AGING IN WATER

Otrzymywanie wyrobów z kompozytów polimerowych metodą Vacuum Casting

KOMPOZYTY NA BAZIE ŻYWICY FENOLOWO- FORMALDEHYDOWEJ O ZADANYCH WŁAŚCIWOŚCIACH TRIBOELEKTRYCZNYCH

Granulowany węgiel aktywny z łupin orzechów kokosowych: BT bitumiczny AT - antracytowy 999-DL06

LEJNOŚĆ KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE STOPU AlMg10 Z CZĄSTKAMI SiC

PL B1. POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Łódź, PL BUP 16/16

ZMĘCZENIE CIEPLNE STALIWA CHROMOWEGO I CHROMOWO-NIKLOWEGO

Urządzenie do rozkładu termicznego odpadów organicznych WGW-8 EU

Materiałowe i technologiczne uwarunkowania stanu naprężeń własnych i anizotropii wtórnej powłok cylindrycznych wytłaczanych z polietylenu

ANALIZA KRZEPNIĘCIA I BADANIA MIKROSTRUKTURY PODEUTEKTYCZNYCH STOPÓW UKŁADU Al-Si

KIERUNKI ROZWOJU TECHNOLOGII PRODUKCJI KRUSZYW LEKKICH W WYROBY

STABILNOŚĆ TERMICZNA TWORZYW SZTUCZNYCH

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA, Kraków, PL BUP 21/10. MARCIN ŚRODA, Kraków, PL

DWICZENIE. Oznaczanie składu nanokompozytów metodą analizy termograwimetrycznej TGA

Zastosowanie metod termograwimetrycznych do oceny stabilności termicznej dodatków detergentowych do oleju napędowego

Termograwimetryczne badanie dehydratacji pięciowodnego siarczanu (VI) miedzi (II)

WSTĘP DO ANALIZY TERMICZNEJ

WPŁYW OBRÓBKI TERMICZNEJ ZIEMNIAKÓW NA PRĘDKOŚĆ PROPAGACJI FAL ULTRADŹWIĘKOWYCH

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE KOMPOZYTÓW AlSi13Cu2- WŁÓKNA WĘGLOWE WYTWARZANYCH METODĄ ODLEWANIA CIŚNIENIOWEGO

PRZECIWZUŻYCIOWE POWŁOKI CERAMICZNO-METALOWE NANOSZONE NA ELEMENT SILNIKÓW SPALINOWYCH

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA WYBRANE WŁASNOŚCI STALIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: CIM BK-s Punkty ECTS: 5. Kierunek: Inżynieria Materiałowa Specjalność: Biomateriały i kompozyty

Wpływ temperatury podłoża na właściwości powłok DLC osadzanych metodą rozpylania katod grafitowych łukiem impulsowym

KOMPOZYTY RECYKLATOWE POLIETYLENOWE MODYFIKOWANE ODPADAMI LAMINATÓW TERMOPLASTYCZNYCH Z WŁÓKNEM WĘGLOWYM. WŁAŚCIWOŚCI I ZASTOSOWANIE

Ekonomiczne, ekologiczne i technologiczne aspekty stosowania domieszek do betonu. prof. dr hab. inż. Jacek Gołaszewski

WPŁYW DODATKU WĘGLA SZKLISTEGO NA CHARAKTERYSTYKI TRIBOLOGICZNE MATERIAŁÓW KOMPOZYTOWYCH Z OSNOWĄ METALICZNĄ

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK132

57 Zjazd PTChem i SITPChem Częstochowa, Promotowany miedzią niklowy katalizator do uwodornienia benzenu

OKREŚLANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK20 NA PODSTAWIE METODY ATND

KONTROLA STALIWA GXCrNi72-32 METODĄ ATD

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI POWLOK CERAMICZNYCH NA BAZIE CYRKONU NA TRYSKANYCH NA STOP PA30

OCENA ZUŻYCIA CIERNEGO DLA SKOJARZEŃ PAR TYPU TARCZA HAMULCOWA - OKŁADZINA CIERNA

WPŁYW WYBRANYCH SMAROWYCH PREPARATÓW EKSPLOATACYJNYCH NA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH PODCZAS TARCIA ZE STALĄ

REJESTRACJA PROCESÓW KRYSTALIZACJI METODĄ ATD-AED I ICH ANALIZA METALOGRAFICZNA

WSUWANE TYGLE DO ANALIZ TERMICZNYCH

WPŁYW WĘGLOWEJ STRUKTURY SZKIELETOWEJ NA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE KOMPOZYTÓW Z OSNOWĄ ALUMINIOWĄ

Nowoczesne materiały konstrukcyjne : wybrane zagadnienia / Wojciech Kucharczyk, Andrzej Mazurkiewicz, Wojciech śurowski. wyd. 3. Radom, cop.

METODY BADAŃ I KRYTERIA ZGODNOŚCI DLA WŁÓKIEN DO BETONU DOŚWIADCZENIA Z BADAŃ LABORATORYJNYCH

Inżynieria Rolnicza 5(93)/2007

WPŁYW SORPCJI I DESORPCJI NA WŁASNOŚCI CIEPLNE I MECHANICZNE LAMINATÓW

Otrzymywanie drobnodyspersyjnych cząstek kompozytowych Al-Si 3 N 4 metodą mielenia wysokoenergetycznego

11. PRZEBIEG OBRÓBKI CIEPLNEJ PREFABRYKATÓW BETONOWYCH

CHARAKTERYSTYKA KOMPOZYTÓW Z UWZGLĘDNIENIEM M.IN. POZIOMU WSKAŹNIKÓW WYTRZYMAŁOŚCIOWYCH, CENY.

OCENA MOŻLIWOŚCI ZASTOSOWANIA RECYKLATU POLIESTROWO-SZKLANEGO W PRODUKCJI LAMINATÓW

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

TWARDOŚĆ, UDARNOŚĆ I ZUŻYCIE EROZYJNE STALIWA CHROMOWEGO

OKREŚLENIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK132 NA PODSTAWIE METODY ATND.

WPŁYW MODYFIKACJI NA STRUKTURĘ I MORFOLOGIĘ PRZEŁOMÓW SILUMINU AK132

B A D A N I E W Y T R Z Y M A Ł O Ś C I K O M P O Z Y T Ó W W Ę G L O W Y C H

SPECYFIKACJA TECHNICZNA ZESTAWU DO ANALIZY TERMOGRAWIMETRYCZNEJ TG-FITR-GCMS ZAŁĄCZNIK NR 1 DO ZAPYTANIA OFERTOWEGO

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH SMARU PLASTYCZNEGO MODYFIKOWANEGO PROSZKIEM PTFE I MIEDZI

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT TECHNIKI CIEPLNEJ I MECHANIKI PŁYWNÓW ZAKŁAD SPALANIA I DETONACJI Raport wewnętrzny

Badanie zmęczenia cieplnego żeliwa w Instytucie Odlewnictwa

Zalety przewodników polimerowych

BADANIE MMA Z DODATKIEM GRANULATU GUMOWEGO. Wykonali: Tomasz Kurc Waldemar Gancarz

STABILNOŚĆ STRUKTURALNA STALI P92 W KSZTAŁTOWANYCH PLASTYCZNIE ELEMENTACH RUROCIĄGÓW KOTŁÓW ENERGETYCZNYCH ANDRZEJ TOKARZ, WŁADYSŁAW ZALECKI

PROBLEMATYKA GOSPODARKI ODPADAMI POLIESTROWO-SZKLANYMI

Analizy olejów smarnych z bloku 11 Enea Wytwarzanie Sp. z o.o.

Innowacyjne rozwiązanie materiałowe implantu stawu biodrowego Dr inż. Michał Tarnowski Prof. dr hab. inż. Tadeusz Wierzchoń

PL B1. Sposób wytwarzania ceramizujących kompozytów silikonowych o podwyższonych parametrach wytrzymałościowych

MATERIAŁY SPIEKANE (SPIEKI)

ATLAS STRUKTUR. Ćwiczenie nr 25 Struktura i właściwości materiałów kompozytowych

WPŁYW MODYFIKACJI NA STRUKTURĘ I MORFOLOGIĘ PRZEŁOMÓW SILUMINU AlSi7

PL B1. ECOFUEL SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Jelenia Góra, PL BUP 09/14

Fizykochemia i właściwości fizyczne polimerów

ZASTOSOWANIE OCHŁADZALNIKA W CELU ROZDROBNIENIA STRUKTURY W ODLEWIE BIMETALICZNYM

ODPORNOŚĆ STALIWA NA ZUŻYCIE EROZYJNE CZĘŚĆ II. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ

30/01/2018. Wykład VII: Kompozyty. Treść wykładu: Kompozyty - wprowadzenie. 1. Wprowadzenie. 2. Kompozyty ziarniste. 3. Kompozyty włókniste

BADANIA CERTYFIKACYJNE NAKŁADEK WĘGLOWYCH CERTIFICATION RESEARCHES OF CARBON CONTACT STRIPS

2. Stan gospodarki odpadami niebezpiecznymi w regionie Polski Południowej

Wykład VII: Kompozyty. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Elektrolity polimerowe. 1. Modele transportu jonów 2. Rodzaje elektrolitów polimerowych 3. Zastosowania elektrolitów polimerowych

Metalurgia Tematy Prac Magisterskich Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych Rok akademicki 2016/2017

Przedsiębiorstwo DoświadczalnoProdukcyjne spółka z o.o. w Krakowie AGROX. ekologiczne oleje i smary dla. ROLNICTWA i LEŚNICTWA

Transkrypt:

3-2007 PROBLEMY EKSPLOATACJI 159 Jerzy MYALSKI Politechnika Śląska, Katowice OKREŚLENIE WARUNKÓW KARBONIZACJI PREKURSORÓW DO WYTWARZANIA WĘGLA SZKLISTEGO Słowa kluczowe Karbonizacja, żywice fenolowo-formaldehydowe, piroliza, węgiel szklisty, parametry karbonizacji. Streszczenie W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące procesów destrukcji termicznej materiałów polimerowych wykorzystanych do wytwarzania węgla szklistego. Na podstawie wyników analizy deriwatograficznej ustalono parametry karbonizacji polimerów, wybrano materiał prekursora i wytworzono z niego węgiel szklisty. Otrzymany materiał węglowy został rozdrobniony do wielkości około 0,1 mm i wykorzystany jako komponent modyfikujący właściwości ślizgowe. Wprowadzenie Do modyfikacji właściwości fizycznych materiałów ślizgowych i ciernych często wykorzystywane są materiały węglowe. Główną zaletą materiałów zwęglonych lub kompozytów węglowych, stosowanych na elementy pracujące w warunkach tarcia, jest ich stabilność strukturalna w wysokich temperaturach [1, 2]. Materiały te nie topią się, a ich odporność na utlenianie jest bardzo wysoka [3]. Możliwość uzyskania korzystnych właściwości wynika między innymi z tego, że w węglu amorficznym lub włóknie węglowym procesy destrukcji zachodzą po przekroczeniu temperatury ich wytworzenia, a więc dopiero powy-

160 PROBLEMY EKSPLOATACJI 3-2007 żej 1000 1400 o C [4, 5]. Otrzymany w wyniku procesów wysokotemperaturowych węgiel amorficzny cechuje się wysoką twardością, wysoką odpornością termiczną, wysoką przewodnością cieplną, bardzo niskim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej i odpornością na szoki termiczne [6, 7]. Najczęściej znajduje zastosowanie jako materiał do pracy w silnie korodujących środowiskach w przemyśle chemicznym i metalurgicznych (elektrody, tygle). Jest również wykorzystywany w okładzinach ciernych samolotów i pociągów [8]. Zastosowanie w materiałach ślizgowych jako jednego z komponentów węgla szklistego pociąga za sobą problem wytworzenia węgla szklistego. Materiał ten jest stosunkowo drogi, nie stosowany powszechnie, stąd też w pracy starano się określić przydatności różnych rodzajów materiałów wyjściowych (prekursorów) oraz ustalenia parametrów technologii karbonizacji celem uzyskania materiału o określonych właściwościach przy stosunkowo niskich kosztach. 1. Wybór prekursorów węgla szklistego Wynikiem tych badań miało być wybranie określonej grupy materiałów prekursora, ustalenie parametrów technicznych procesu karbonizacji różnych rodzajów żywic jako surowca do otrzymywania węgla szklistego. Specyficzne właściwości węgli szklistych uzyskuje się w procesach obróbki termicznej. Nie bez znaczenia jest również skład chemiczny materiału wyjściowego, technologia przygotowania prekursora do procesu zwęglania oraz ilość substancji (węgla) otrzymanej z materiału wyjściowego. Nietopliwość i nierozpuszczalność węgla sprawia, że osnowy węglowe otrzymuje się poprzez termiczny rozkład usieciowanych polimerów, związków węglowodorów w procesach rozkładu termicznego lub chemicznego [9, 10]. Rozkładowi termicznemu towarzyszą duże straty masy spowodowane wydzielaniem się gazowych produktów rozkładu. Proces ten jest przyczyną otrzymywania szkieletu węglowego zawierającego 15 40% porowatości, który na dalszym etapie musi być dogęszczany prekursorem węgla z fazy gazowej [6, 9]. Dlatego też jednym z podstawowych kryteriów wyboru prekursora osnowy węglowej jest pozostałość węgla po procesie zwęglania. Zawartość węgla po procesach karbonizacji dla różnych rodzajów prekursorów polimerowych jest następująca: żywica fenolowo-formaldehydowa 53 61%, żywica polifenyloacetylenowa 85%, paki węglowe i naftowe 70 80%. Powyższe dane wskazują, że struktury węgli szklistych korzystnie jest uzyskać z paków węglowych lub modyfikowanych żywic fenolowych. Jednak w przypadku paków wyjściowa forma prekursora utrudnia proces zwęglaniai przygotowania węgla do postaci przydatnej w technologii wytwarzania kompozytów ślizgowych, a w przypadku drugim ograniczenia dotyczą przede wszystkim ceny surowca i jego dostępności.

3-2007 PROBLEMY EKSPLOATACJI 161 Zdecydowano się na wybór jako prekursora węgli szklistych z żywic fenolowo-formaldehydowych. W badaniach użyto jako prekursorów węgla szklistego następujących rodzajów żywic fenolowych: żywicy rezolowej F 110, żywicy rezolowej FMP i żywicy nowolakowej N18. W badaniach wykorzystano również odpady wyrobów z osnową żywic fenolowych, zawierających jako wzmocnienie bawełnę lub papier, produkowanych przez IZO ERG Gliwice. Zastosowanie jako prekursorów wyrobów z żywic fenolowych podyktowane zostało względami ekologicznymi. Gdyby wyroby takie mogły być wykorzystywane do produkcji węgli szklistych, dałoby to możliwość utylizacji trudnych do zagospodarowania odpadów poprodukcyjnych i zużytych wyrobów. 2. Ustalenie parametrów procesu karbonizacji prekursorów Do badań nad przebiegiem reakcji destrukcji w żywicach fenolowo- -formaldehydowych wykorzystano termoanalizator firmy SETRAM typu GDTD 16. Pomiary przeprowadzono w atmosferze helu 50N w zakresie temperatury 20 900 o C. Szybkość przepływu gazu wynosiła 0,9 l/h. Inne parametry były określone poprzez: masa próbki 30 mg, wzorzec Al 2 O 3, czułość DTA 100 µv, szybkość wzrostu temperatury 10 o C/min. Na rys. 1 przedstawiono przykładowy wykres analizy termograwimetrycznej materiału stosowanego do wytwarzania węgla szklistego żywicy fenolowo-formaldehydowej F110. 20 0,1 Próbka: nr1-f Masa próbki: 30mg atmosfera: hel N50 szybkość grzania: 10 o C/min 0 DTG 0 TG, % -20 220 o C 406 o C -0,1 DTG, mg/min -40 TG -0,2 520 o C 47,9% -60 0 200 400 600 800 1000 T, o C Rys. 1. Krzywe TG i DTG termicznego rozkładu żywicy rezolowej F110-0,3

162 PROBLEMY EKSPLOATACJI 3-2007 Badania deriwatograficzne rozkładu termicznego żywic wykazały wieloetapowy ubytek masy (krzywe TG i DTG). Przy szybkości ogrzewania 10 o C/min rozkład żywicy zachodzi w zakresie temperatury od 200 do 550 o C. Ubytek masy poszczególnych materiałów prekursora do temperatury 900 o C przedstawiono w tabeli 1. Najwyższy ubytek masy posiada próbka z żywicy rezolowej FMP (54,7%), najmniejszy ubytek masy stwierdzono w próbce zawierającej mieszaninę żywic nowolakowej N18 i rezolowej F110 (około 39%). Całkowity ubytek masy próbek z żywicy nowolakowej był zbliżony do żywicy rezolowej F110. W przypadku mieszaniny żywicy fenolowej i nowolakowej ubytki masy były najmniejsze. Podobnie jest w przypadku odpadowych laminatów zawierających bawełnę lub papier. Początkowy, niewielki ubytek masy próbek wynika z odparowania wilgoci oraz wydzielania wolnego fenolu zawartego w żywicy. Najintensywniejsze zmiany zachodzą w przedziale temperatur 270 480ºC. Dalszemu wzrostowi temperatury towarzyszą mniejsze ubytki masy. Stwierdzono jednak, że całkowity ubytek masy laminatów jest o wiele większy i może dochodzić do 60% masy początkowej. Wyniki badań termograwimetrycznych wykazały, że korzystne jest wykorzystanie mieszaniny żywic fenolowych nowolakowych i rezolowych, jednak utrudnieniem jest w takim przypadku wstępne mieszanie, a następnie homogenizacja komponentów i wygrzewanie, co dodatkowo utrudnia procesy związane z przygotowaniem prekursorów. Wyniki badań odpadów kompozytowych na osnowie żywicy fenolowej zawierającej bawełnę lub papier pozwalają sądzić, że odpady te mogą być wykorzystane jako prekursory węgla szklistego. Tabela 1. Wyniki badań deriwatograficznych żywic prekursorów węgla szklistego Rodzaj żywicy Całkowity ubytek masy, Temperatura, o C m,% Etap I Etap II Etap III F110 47,9 220-520 FMP 54,7 264 411 525 N18 46,5 245 421 535 F110+N18 39,2 238 395 502 Odpad z bawełną 60,0 288 390 493 Odpad z papierem 61,2 277 378 468 3. Wytworzenie węgla szklistego Wyniki badań termograwimetrycznych pozwoliły na ustalenie zakresu temperatury, w którym wydzielanie substancji gazowych jest szczególnie intensywne i ubytek masy zachodzi najszybciej. Na podstawie tych badań ustalono parametry cyklu zwęglania, tj. prędkość grzania, czas wygrzewania w temperaturze, w której procesy rozkładu żywicy zachodzą najintensywniej. W celu osiągnięcia

3-2007 PROBLEMY EKSPLOATACJI 163 właściwej struktury karbonizowanych odpadów, proces karbonizacji należy prowadzić w taki sposób, aby w krytycznym zakresie temperatur, w którym procesy destrukcji są najbardziej intensywne, szybkość grzania była możliwie niewielka. Ustalono ją na maksymalnie 50ºC/h. Parametry karbonizacji muszą zapewnić wydzielanie ze zwęglanego elementu wszystkich substancji poza węglem. Proces karbonizacji żywic prekursorów prowadzony był tylko do temperatury 1000 o C, z etapem wygrzewania w tej temperaturze przez okres od 24 do 78 godzin. Karbonizację prowadzono w retorcie umieszczonej w piecu oporowym wyposażonym w układy regulacji temperatury, systemy chodzenia i zbierania powstałych podczas pirolizy odpadów (rys. 2). retorta chłodnica pompa próżniowa piec odstojnik prekursor termoelement regulator szybkości nagrzewania Rys. 2. Schemat układu do karbonizacji żywic fenolowo-formaldehydowych Uzyskany węgiel szklisty, po rozdrobnieniu w młynie bijakowo-nożowym separowano na sicie o wielkości 0,2 mm (rys. 3), został wprowadzony do osnowy z żywicy fenolowo-formaldehydowej F 110 w celu sprawdzenia jego wpływu na proces destrukcji termicznej kompozytu. Badania termograwimetryczne przeprowadzono w podobnych warunkach jak przy procesach destrukcji prekursorów węgla szklistego. Badania te miały na celu weryfikację przydatności węgla szklistego jako napełniacza osnowy polimerowej podwyższającego temperaturę stosowania. W kompozytach jako osnowę wykorzystano żywicę fenolową F110 w ilości 50% wag., a napełniaczem były oprócz węgla szklistego (50% wag.) również napełniacze proszkowe grafit lub mosiądzu w ilości 5% wag.

164 PROBLEMY EKSPLOATACJI 3-2007 Rys. 3. Struktura cząstek węgla szklistego po karbonizacji żywicy fenolowo-formaldehydowej F110 0-5 Ubytek masy (TG), % -10-15 -20 FF-WS FF-WS+G FF-WS+M 0 100 200 300 400 500 600 700 800 T, o C Rys. 4. Ubytek masy kompozytu modyfikowanego węglem szklistym oraz grafitem i mosiądzem Wyniki badań termograwimetrycznych kompozytów wykazały, że ubytek masy kompozytów do temperatury 800 o C (rys. 4) był wyraźnie mniejszy niż samej żywicy osnowy (rys. 1). W przypadku kompozytu zawierającego jedynie węgiel szklisty, wynosił około 15%, a dla kompozytów dodatkowo modyfikowanych grafitem lub mosiądzem wynosił odpowiednio 16 i 17%. Świadczy to o stabilności termicznej zastosowanych napełniaczy, ale przede wszystkim węgla szklistego, gdyż pozostałe napełniacze dodatkowo zwiększają (w niewielkim stopniu) ubytek masy kompozytu. Krzywe DTA zarówno kompozytów jak i o- snowy świadczą o reakcjach endotermicznych charakterystycznych dla procesów destrukcji. Dodatek napełniaczy zmniejsza i ogranicza intensywność procesów destrukcji termicznej, co można zauważyć na rys. 5 jako zmniejszenie

3-2007 PROBLEMY EKSPLOATACJI 165 ubytku masy kompozytu zawierającego oprócz węgla szklistego grafit i mosiądz. Procesy destrukcji kompozytu i żywicy osnowy najintensywniej zachodzą w podobnej temperaturze wynoszącej około 520 o C (rys. 1 i 5). Zmiana DTG w niższej temperaturze (do 220 o C) związane są z procesami sieciowania żywicy i odparowania wody. 0 0,1 TG Ubytek masy (TG), % -5-10 -15 DTG 0-0,1-0,2 dm/dt, mg/min 116 o C 524 o C -20-0,3 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 T, o C Rys. 5. Krzywe TG i DTG rozkładu termicznego kompozytu modyfikowanego grafitem i mosiądzem Wyniki badań analizy termicznej wykazały, że dodatek węgla szklistego do żywicy fenolowo-formaldehydowej w dużym stopniu ogranicza procesy destrukcji termicznej. Możliwe jest zatem wykorzystanie badanych materiałów z osnową polimerową nawet w bardzo wysokich temperaturach i uniknięcia fadingu temperaturowego. Podsumowanie Na podstawie analizy procesów destrukcji termicznej stwierdzono, że z punktu widzenia technologii otrzymywania węgla szklistego korzystne będzie wykorzystanie prekursorów z żywic fenolowych typu rezolowego. Jako materiałów prekursorów można również używać wyrobów odpadowych z osnową fenolową zawierających papier lub bawełnę. Wyroby takie mogłyby być wykorzystywane do produkcji węgli szklistych, co umożliwiłoby utylizację trudnych do zagospodarowania odpadów poużytkowych. Uzyskany w procesie karbonizacji węgiel szklisty, wprowadzony do osnowy polimerowej, znacznie ograniczył procesy związane z destrukcją termiczną. Można zatem przypuszczać, że materiał węglowy uzyskany w procesach wyso-

166 PROBLEMY EKSPLOATACJI 3-2007 kotemperaturowej pirolizy będzie przydatny do wytwarzania kompozytów jako komponent ograniczający procesy destrukcji i stabilizujący właściwości mechaniczne i fizyczne w temperaturze podwyższonej. Bibliografia 1. Windhorst T., Blount G.: Carbon Carbon composites: a summary of recent developments and applications. Materials & Design, 1997, 18, 11 15. 2. Fitzer E: Carbon fibres and their composities. Springer Verlag, 1989. 3. Blanco C., Bermejo J., Marsh H., Menendez R.: Chemical and physical properties of carbon as related to brake performance. Wear, 1997, 213, 1 12. 4. Myalski J.: Kształtowanie właściwości skojarzeń ciernych z wykorzystaniem materiałów ciernych zawierających węgiel o strukturze amorficznej. Kompozyty, 2001, 1, 203 206. 5. Ostrowskij W.S., Wirgiliew J.S., Kostikow W.I., Szipkow N.N.: Iskusstwiennyj grafit. Mietallurgija, Moskva, 1986. 6. Vaidyaraman. S., Lackey W. J.: Forced flow-thermal gradient chemical vapour infiltration (FCVI) for carbon/karbon. Carbon, 1995, 33, 1211 1215. 7. NeumeisterV.: The effect of fiber architecture on the mechanical properties of carbon-carbon fiber composites. Acta Materialia. 1996, 44, 573 585. 8. Ścieszka S., F.: Hamulce cierne. ITE, Radom, 1998. 9. Li H., Hou Y., Chen Y.: Densification of unidirectional carbon-carbon composites by isothermal chemical vapor infiltration. Carbon, 2000, 38, 423 427. 10. Hokao M., Hironaka S., Suda Y. Yamamoto Y.: Friction and wear properties of graphite/glassy carbon composites. Wear, 2000, 1, 54 62. Recenzent: Jacek MACHNIKOWSKI Praca naukowa finansowana ze środków Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego, wykonana w ramach realizacji Programu Wieloletniego pn.: Doskonalenie systemów rozwoju innowacyjności w produkcji i eksploatacji w latach 2004 2008.

3-2007 PROBLEMY EKSPLOATACJI 167 Carbonization conditions of precursors for production of glassy carbon Key words Carbonization, phenol-formaldehyde resins, thermal decomposition, glass carbon, carbonization conditions. Summary The work presents research results considering thermal destruction processes of polymer materials utilized for the production of glassy carbon. On the basis of the thermogravimetric analysis results the parameters of the polymers carbonization were determined, precursor s material was selected and glassy carbon was produced from it. The obtained carbon material was disintegrated to size about 0.1 mm and applied as a component modifying the sliding and thermal properties.

168 PROBLEMY EKSPLOATACJI 3-2007