2.2. Окислительный аммонолиз углеводородов
Одно из направлений производства углепластиков - самым востребованным современным материалам для авиации, судостроения - основано на процессе окислительного аммонолиза, теоретические и практические основы которого были разработаны в 50-х годах ХХ века (рис.2.1) [11,70].
Окислительный аммонолиз олефинов и метилбензолов осуществляют путем проведения непрерывного процесса взаимодействия исходных веществ
с кислородом воздуха и аммиака на соответствующих катализаторах при
температуре около 400ОС. По этой реакции из пропилена получают акрилонитрил:
CH2 = CH−CH3 + NH3 + 1,5O2→ CH2 = CHCN + 3H2O
Акрилонитрил применяют в качестве мономера для получения синтетических волокон – полиакрилонитрильного (нитрон), сополимеров с метакрилатом (акрилон), с винилхлоридом (виньон N) и др., пластических масс (сополимеры со стиролом),синтетического каучука (сополимер с бутадиеном) и т.д. Кроме того, акрилонитрил является промежуточным продуктом при синтезе акрилатов и акриламида и при введении ß-цианэтильной группы в
Рис.2.1 Схема совокупности химических процессов и процессов
формообразования, ведущих к образованию углепластиков
и изделий из них
органические соединения. Термической обработкой полимеров на основе акрилонитрила получают соответствующие углепластики. Полиакриламид – эффективный флокулянт, широко применяемый в настоящее время при очистке
загрязненных вод.
Синтез синильной кислоты. Синильная кислота HCN – жидкость, отличающаяся очень высокой токсичностью. Кислоту и её соли довольно широко используют для получения некоторых нитрилов, хлорциана и цианурхлорида, ацетонциангидрина и метакрилатов, а также в гальванотехнике
и для извлечения драгоценных металлов из руд. Современным способом получения синильной кислоты является окислительный аммонолиз метана:
CH4 + NH3 + 1,5O2 → HCN + 3H2O
Реакция протекает при 1000°С на платино-родиевом или платино-иридиевом катализаторе,. Селективность по HCN достаточно высока:80-83 %.
Полиакрилонитрильные волокна (ПАН) - основной вид сырья для получения современных углеродных волокнистых материалов, из которых изготавливают высокопрочные высокомодульные углеродные волокна. Молекулярная масса полимеров и сополимеров для получения волокон, составляет 40-60 тыс. Полиакрилонитрил, используемый для получения волокон и далее углеродных волокон, представляет обычно тройной сополимер, содержащий в своем составе метилакрилат и около 1% итаконовой кислоты.
Первый завод полиакрилонитрильного волокна пущен в 1950 г. в США, несколько позже подобные предприятия построены в ФРГ и в Великобритании. Наиболее известные фирменные названия этих волокон: «Орлон» и «Акрилон» (США), специальное акриловое волокно «Куртель» (Великобритания), «Дралон» (ФРГ), «Кашмилон» (Япония). Россия выпускает это волокно под фирменным названием «Нитрон» [6,68].
Углепластики имеют широкий спектр схем армирования: хаотично армированные, ориентированные в двух направлениях и многонаправленные.
Многонаправленные образования относят к пространственно армированным структурам, а составляющие их элементы — элементами пространственно армирующих структур. Количество направлений армирования обозначают ЗД, 4Д, 5Д и т.д. Кроме линейных, существуют криволинейные схемы армирования (аксиально-радиально-окружная, аксиально-спиральная, аксиально-радиально-спиральная и т.д.) (рис.2.2).
Рис.2.2.Принципиальные схемы расположения волокон в углепластиковых материалах: а - хаотичная; о - слоистая; в - розеточная; г - ортогональная ЗД; д - Д; с - 4 Д-Л; ж - 5Д-Л; з - 5Д; и - аксиально-радиально-окружная; к - аксиально-спиральная; л - радиально-спиральная; м - аксиально-радиально-спиральная. [http://xplastix.ru/composit_material.html]