Badanie wybranych właściwości fizyko-chemicznych materiałów węglowych nowej generacji

 autor: mgr inż. Adam Doliński

 

7.11.2017r. o godz. 12.30

sala konferencyjna na I piętrze IMP

Materiały węglowe nowej generacji obejmują rodzinę materiałów technicznych, powstałych na drodze karbonizacji, pirolizy, termolizy i grafityzacji surowców organicznych w podwyższonych temperaturach, przy czym cechą charakterystyczną tych materiałów jest zastosowanie do ich otrzymywania surowców, które są materiałami pierwotnie wyprodukowanymi albo służącymi do innego celu. Przykładami tych materiałów w praktyce są włókna węglowe, karbonizaty, materiały grafityzowane, nanorurki węglowe, pirografit i materiały o niedoskonałej strukturze diamentu (np. diamond like coatings) i grafenu (np. powłoki węglowe o strukturze grafenu). Rodziną materiałów węglowych o wzrastającym znaczeniu ekonomicznym są karbonizaty wytwarzane metodą pirolizy niskotemperaturowej (termolizy) z polimerów węglowodorowych, polieterów, polinitryli, celulozy, elastomerów, etc., przy czym surowce do ich produkcji są najczęściej odpadami produkcyjnymi lub poeksploatacyjnymi wyrobów technicznych, opakowań wielomateriałowych, albo artykułów powszechnego użytku. W wyniku szeregu reakcji chemicznych w podwyższonej temperaturze
i w obecności atmosfery węglonośnej i/lub pary wodnej, z polimerów tworzone są struktury węgla heksagonalnego, które pierwotnie fizycznie zachowują predefiniowaną teksturę i formę geometryczną prekursora. Stąd wywodzi się ich nazwa – materiały drugiej lub nowej generacji. Procesy pirolityczne prowadzące finalnie do powstawania struktur węglowych przebiegają hipotetycznie zgodnie z mechanizmem, opisanym w XX wieku w pracach K. F. Herzfelda i  F.O. Rice’a, oraz F.O. Rice’a i T. Kossiakofa, a w ubiegłym dziesięcioleciu przez M. Dente i E.Ranzi.  W 2005 roku przebieg procesów pirolizy poliolefin i policykloalkanów opisany został przez zespół badaczy z Uniwersytetu w Mediolanie (S. Perucci, E. Ranzi, M. Dente,  S. Barendregt ) za pomocą modelu numerycznego, zwanego generatorem kinetycznym mechanizmów pirolizy węglowodorów. Oczywistym wykorzystaniem karbonizatów jest stosowanie ich jako zamienników tak zwanego węgla bezpostaciowego
i węgla mineralnego jako wypełniacze i adsorbery, jako materiał wsadowy w procesach hutniczych lub jako materiał energetyczny w procesach spalania. Jednak ze względu na specyficzną komórkową strukturę oraz możliwość zachowania tekstury i geometrii prekursora, dąży się do opracowania niebanalnych zastosowań karbonizatów jako półprodukty lub produkty techniczne. W tym celu konieczne jest przeprowadzenie badań fizykochemicznych właściwości tych materiałów. W szczególności są to badania właściwości mechanicznych, cieplnych, elektrycznych i sorpcyjnych karbonizatów, które umożliwią wytypowanie najkorzystniejszych zastosowań wybranych materiałów. Badania właściwości fizycznych oraz gęstości przeprowadza się na podstawie obowiązujących norm międzynarodowych ASTM, PN-ISO i metod branżowych, określonych w rozporządzeniu KE (WE) Nr 440/2008 z dnia 30 maja 2008 r.. Na podstawie wybranych norm omówiono przykłady niektórych metod badań. Określono zestaw badań i testów zaplanowanych do realizacji w ramach podjętego zadania statutowego.