Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Исследование открытой пористости углеродных материалов методом термопорометрии

https://doi.org/10.26896/1028-6861-2020-86-11-28-35

Полный текст:

Аннотация

Пористые материалы широко применяют в производстве шумо- и вибропоглощающих покрытий, теплоизоляций, фильтров и др. В работе представлены результаты исследования пористой структуры методом термопорометрии, основанным на понижении температуры плавления рабочего вещества (пенетранта), предварительно заполняющего микро- и мезопоры исследуемого образца. Анализировали открытую пористость углеродных материалов на основе фенолформальдегидных смол и порообразователя, полученных после пиролиза при различных условиях микрофазового разделения, индуцируемого полимеризацией. Испытания проводили с использованием дифференциального сканирующего калориметра. В качестве пенетранта применяли бидистиллированную воду, обладающую относительно высокими значениями изменения энтальпии при плавлении кристаллической фазы. Приведены дифференциальные и интегральные кривые распределения микро- и мезопор по размерам. Показано, что увеличение температуры микрофазового разделения приводит к росту суммарной пористости. Этому же способствует повышение скорости полимеризации фенолформальдегидной смолы за счет ее модификации метакрезолом. Выявлено, что замена фенола на паракрезол ведет к увеличению суммарной пористости при существенном замедлении реакции поликонденсации резольной смолы. Полученные результаты могут быть использованы при разработке углеродных матриц с контролируемыми параметрами массопереноса.

Об авторе

М. А. Хасков
Всероссийский НИИ авиационных материалов
Россия

Максим Александрович Хасков

105005, Москва, ул. Радио, д. 17



Список литературы

1. Каблов Е. Н. Маркетинг материаловедения, авиастроения и промышленности: настоящее и будущее / Директор по маркетингу и сбыту. 2017. Т. 5 – 6. С. 40 – 44.

2. Петрова Г. Н., Перфилова Д. Н., Малышенок С. В., Кузнецова К. Р. Влияние масштабного фактора на уровень свойств пенополиакрилимида / Труды ВИАМ. 2018. Т. 6. Ст. 05. С. 39 – 47. DOI: 10.18577/2307-6046-2018-0-6-39-47.

3. Солнцев Ст. С., Денисова В. С., Розененкова В. А. Реакционное отверждение — новое направление в технологии высокотемпературных композиционных покрытий и материалов / Авиационные материалы и технологии. 2017. Т. S. С. 329 – 343. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-329-343.

4. Фандеев В. П., Самохина К. С. Методы исследования пористых структур / Науковедение. 2015. Т. 7. ¹ 4. Ст. 101. С. 1 – 21.

5. Khaskov M. A., Shestakov A. M., Sorokin O. Yu., Zelenina I. V. Synthesis of carbon matrix with tunable carbide formation ability for reactive infiltration techniques / Ceram. Int. 2020. Vol. 46. N 13. P. 21632 – 21637. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020. 05.269.

6. Majda D., Zimowska M., Tarach K., Góra-Marek K., Napruszewska B., Michalik-Zym A. Water thermoporosimetry as a tool of characterization of the textural parameters of mesoporous materials. Refinement of the methodology / J. Therm. Anal. Calorim. 2017. Vol. 127. P. 207 – 220. DOI: 10.1007/s10973-016-5400-3.

7. Wulff M. Pore size determination by thermoporometry using acetonitrile / Thermochim. Acta. 2004. Vol. 419. P. 291 – 294. DOI: 10.1016/j.tca.2004.03.006.

8. Riikonen J., Salonen J., Lehto V.-P. Utilising thermoporometry to obtain new insights into nanostructured materials / J. Therm. Anal. Calorim. 2011. Vol. 105. P. 811 – 821. DOI: 10.1007/s10973-010-1167-0.

9. Landry M. R. Thermoporometry by differential scanning calorimetry: experimental considerations and applications / Thermochim. Acta. 2005. Vol. 433. N 1 – 2. P. 27 – 50. DOI: 10.1016/j.tca.2005.02.015.

10. Yamamoto T., Mukai S., Nitta K., Tamon H., Endo A., Ohmori T., Nakaiwa M. Evaluation of porous structure of resorcinol-formaldehyde hydrogels by thermoporometry / Thermochim. Acta. 2005. Vol. 439. P. 74 – 79. DOI: 10.1016/j.tca.2005.09.010.

11. Veselá P., Riikonen J., Nissinen T., Lehto V.-P., Slovák V. Optimisation of thermoporometry measurements to evaluate mesoporous organic and carbon xero-, cryo- and aerogels / Thermochim. Acta. 2015. Vol. 621. P. 81 – 89. DOI: 10.1016/j.tca.2015.10016.

12. Iza M., Woerly S., Danumah C., Kaliaguine S., Bousmina M. Determination of pore size distribution for mesoporous materials and polymeric gels by means of DSC measurements: thermoporometry / Polymer. 2000. Vol. 41. N 15. P. 5885 – 5893. DOI: 10.1016/S0032-3861(99)00776-4.

13. Jabłoński M., Gunko V., Golovan A., Leboda R., Skubiszewska-Zięba J., Pluta R., Turov V. Textural characteristics of model and natural bone tissues and interfacial behavior of bound water / J. Colloid Interface Sci. 2013. Vol. 392. P. 446 – 462. DOI: 10.1016/j.jcis.2012.08.070.

14. Baba M., George S., Gardette J., Lacoste J. Evaluation of Crosslinking in Elastomers Using Thermoporometry, Densimetry and Diffential Scanning Calorimetry Analysis / Rubber Chem. Technol. 2002. Vol. 75. N 1. P. 143 – 154. DOI: 10.5254/1.3547666.

15. Watanabe A., Iiyama T., Kaneko K. Melting temperature elevation of benzene confined in graphitic micropores / Chem. Phys. Lett. 1999. Vol. 305. P. 71 – 74. DOI: 10.1016/S0009-2614(99)00362-0.

16. Khaskov M. A., Gulyaev A. I., Sinyakov S. D., Ponomarenko S. A. The using of thermal analysis methods for study of pore formation in the system resol phenol-formaldehyde resin — Ethylene glycol — p-toluenesulfonyl chloride / Mater. Chem. Phys. 2019. Vol. 233. P. 236 – 241. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2019.05.060.

17. Jähnert S., Chávez F., Schaumann G., Schreiber A., Schönhoff M., Findenegg G. Melting and freezing of water in cylindrical silica nanopores / Phys. Chem. Chem. Phys. 2008. Vol. 10. P. 6039 – 6051. DOI: 10.1039/B809438C.

18. Mitchell J., Webber J., Strange J. Nuclear magnetic resonance cryoporometry / Phys. Rep. 2008. Vol. 461. P. 1 – 36. DOI: 10.1016/j.physrep.2008.02.001.

19. Webber J. B. W., Dore J. C. Neutron Diffraction Cryoporometry — A measurement technique for studying mesoporous materials and the phases of contained liquids and their crystalline forms / Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. Sect. A. 2008. Vol. 586. P. 356 – 366. DOI: 10.1016/j.nima.2007.12.004.

20. Sliwinska-Bartkowiak M., Dudziak G., Sikorski R., Gras R., Radhakrishnan R., Gubbins K. Melting/freezing behavior of a fluid confined in porous glasses and MCM-41: dielectric spectroscopy and molecular simulation / J. Chem. Phys. 2001. Vol. 114. P. 950 – 962. DOI: 10.1063/1.1329343.

21. Sugiyama T., Atarashi D., Miyauchi M., Sakai E. Analysis pore structure by thermoporometry using water and cyclohexane / Cem. Sci. Concr. Technol. 2012. Vol. 66. N 1. P. 273 – 278. DOI: 10.14250/cement.66.273.

22. Neffati R., Apekis L., Rault J. Size Distribution of Water Droplets in Butyl Rubber Application of DSC in thermoporosimetry / J. Therm. Anal. Calorim. 1998. Vol. 54. P. 741 – 752. DOI: 10.1023/A:1010131601603.

23. Charmas B., Skubiszewska-Zieba J. Application of differential scanning calorimetry to study porous structure of hydrothermally modified silicas / J. Therm. Anal. Calorim. 2017. Vol. 29. P. 23 – 32. DOI: 10.1007/s10973-017-6126-6.

24. Baba M., Nedelec J-M., Lacoste J., Gardette J-L., Morel M. Crosslinking of elastomers resulting from ageing: use of thermoporosimetry to characterise the polymeric network with n-heptane as condensate / Polym. Degrad. Stab. 2003. Vol. 80. N 2 – 3. P. 305 – 313. DOI: 10.1016/S0141-3910(03)00014-4.

25. Endo A., Yamamoto T., Inagi Y., Iwakabe K., Ohmori T. Characterization of Nonfreezable Pore Water in Mesoporous Silica by Thermoporometry / J. Phys. Chem. C. 2008. Vol. 112(24). P. 9034 – 9039. DOI: 10.1021/jp8016248.

26. Quinson J., Dumas J., Serughetti J. Alkoxide silica gel: Porous structure by thermoporometry / J. Non-Cryst. Solids. 1986. Vol. 79. N 3. P. 397 – 404. DOI: 10.1016/0022-3093(86)90236-X.

27. Driemeier C., Mendes F., Oliveira M. Dynamic vapor sorption and thermoporometry to probe water in celluloses / Cellulose. 2012. Vol. 19. P. 1051 – 1063. DOI: 10.1007/s10570-012-9727-z.

28. Maloney T., Paulapuro H., Stenius P. Hydration and swelling of pulp fibers measured with differential scanning calorimetry / Nord. Pulp Pap. Res. J. 1998. Vol. 13. N 1. P. 31 – 35. DOI: 10.3183/npprj-1998-13-01-p031-036.

29. Park S., Venditti R., Jameel H., Pawlak J. Changes in pore size distribution during the drying of cellulose fibers as measured by differential scanning calorimetry / Carbohydr. Polym. 2006. Vol. 66. P. 97 – 103. DOI: 10.1016/j.carbpol.2006.02.026.

30. Kozlowski T., Walaszczyk Ł. Analyzing expanding clays by thermoporometry using a stochastic deconvolution of the DSC signal / Clays Clay Miner. 2014. Vol. 62. N 5. P. 386 – 402. DOI: 10.1346/CCMN.2014.0620503.

31. Luisi M. Characterizing the measurement uncertainty of a high-temperature heat flux differential scanning calorimeter. https://www.tugraz.at/fileadmin/user_upload/Institute/IEP/Thermophysics_Group/Files/DA-LuisiMatteo.pdf (accessed 26.08.2020).

32. Yamamoto T., Endo A., Inagi Y., Ohmori T., Nakaiwa M. Evaluation of thermoporometry for characterization of mesoporous materials / J. Colloid Interface Sci. 2005. Vol. 284. N 2. P. 614 – 620. DOI: 10.1016/j.jcis.2004.10.025.

33. Хасков М. А., Давыдова Е. А., Валуева М. И., Синяков С. Д. Влияние реакционной способности термореактивной составляющей в системе резольная смола/этиленгликоль на свойства пиролизатов / Журнал прикладной химии. 2020. Т. 93. № 2. С. 205 – 213. DOI: 10.31857/S0044461820020073.

34. Хасков М. А., Сульянова Е. А., Гуляев А. И., Зеленина И. В. Влияние условий стадии микрофазового разделения в системе резольная смола/этиленгликоль на свойства пиролизатов / Неорганические материалы. 2020. Т. 56. № 5. С. 483 – 490. DOI: 10.31857/S0002337X20050061.


Для цитирования:


Хасков М.А. Исследование открытой пористости углеродных материалов методом термопорометрии. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020;86(11):28-35. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2020-86-11-28-35

For citation:


Khaskov M.A. Study of the open porosity of carbon materials using thermoporometry. Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2020;86(11):28-35. (In Russ.) https://doi.org/10.26896/1028-6861-2020-86-11-28-35

Просмотров: 32


ISSN 1028-6861 (Print)
ISSN 2588-0187 (Online)