ОТРИМАННЯ НОВОГО АРАМІДНОГО ВОЛОКНА - тема наукової статті з фізики з журналу - Високомолекулярні
Ціна:
Автори роботи:
Науковий журнал:
Рік виходу:
Текст наукової статті на тему «ОТРИМАННЯ НОВОГО АРАМІДНОГО ВОЛОКНА»
ВИСОКОМОЛОКУЛЯРНІ СПОЛУКИ, 2010, том 52, № 11, с. 2044-2048
ОТРИМАННЯ НОВОГО АРАМІДНОГО ВОЛОКНА
Н. В. Педченко, І. В. Полєєва
з обмеженою відповідальністю "ЛІРСОТ" 141009 Митищі Московської обл., вул. Колонцова, 5
Отримано нове арамідне волокно, призначене виготовлення термовогнестійких текстильних виробів. Хімічна будова вихідного полімеру - сополімер на основі трьох ароматичних діамінів: 5(6)-аміно-2-(пара-амінофеніл) бензімідазолу, мета-фенілендіаміну та пара-фенілендіаміну і терефталоілхлориду. Описано синтез цього кополімеру та його основні характеристики. Нові волокна відрізняються більш високим ступенем вогнезахищеності та гігроскопічності порівняно з відомими мета-арамідними волокнами, що обумовлено наявністю бензімідазольних гетероциклів у молекулярних ланцюгах араміду. На відміну від мета-арамідних волокон у технології отримання нового волокна є можливим виключити небажану стадію термічного зміцнення, оскільки воно у свіжосформованому стані має досить високу міцність і стійкість до теплової усадки. Очевидно, це пов'язано з напівжорсткоцепным характером вихідного сополіаміду. Відповідно до уявлень С.П. Папкова, для таких полімерів можливий фазовий перехід в упорядковане рідкокристалічне співвідношення при формуванні волокна на стадії осадження полімеру.
Арамідні волокна - це нові високотехнологічні матеріали, що отримали промисловий розвиток в останні десятиліття минулого століття. Спочатку вони розвивалися і в даний час розвиваються у двохнапрямках: як пара-арамід-ні у вигляді високоміцних високомодульних ниток для створення міцних та легких композиційних матеріалів; у вигляді мета-арамідних волокон широкого текстильного та частково технічного призначення, що використовуються головним чином для захисту людини від впливу високих температур та полум'я. До останніх відносяться такі відомі волокна, як номекс, конекс, кермель, полібензі-мідазольне РВ1 та інші.
Завдання справжньої роботи — створення полімеру отримання нового конкурентоспроможного термоогнестойкого волокна текстильного призначення. Однією з причин розробки волокна є потреба в таких волокнах і відсутність їх виробництва в нашій країні.
При розробці хімічної будови полімеру передбачалося, що це буде арамід з поєднанням ланок жорстко-і гнучкого ланцюга за участю як ароматичний діамін пара-структури 5(6)-аміно-2-(пара-амінофе-ніл) бензімідазолу (АБІ). Гнучкість молекулярних ланцюгів забезпечувалася використанням ме-та-фенілендіаміну (МФДА). Як кислотний компонент доцільно застосовувати терефталоілхлорид (ТФГ) замість ізофталоіл-хлориду як більш доступного і стійкого при тривалому зберіганні.
Синтез арамідів, як відомо, здійснюється методом низькотемпературної поліконденсації в розчині органічного розчинника амідного типу, для сополіамідобензімідазолу (СПАБІ) за схемою
ОТРИМАННЯ НОВОГО АРАМІДНОГО ВОЛОКНА
Араміди отримували в лабораторних реакторах об'ємом 50 та 500 мл при безперервному перемішуванні. На початковій стадії процес здійснювали при 10-12°З наприкінці при 20-40°С. В'язкість реакційного середовища збільшувалася до 50-150 Па; тривалість реакції 2-6 год.
Для синтезу СПАБІ використовували як вітчизняні мономери (ТФГ та АБІ) тасольову добавку (хлорид літію), так і імпортні - розчинник ДМАА та МФДА. Показники перших відповідали чинним технічним умовам, імпортні продукти характеризувалися за вмістом основної речовини (зазвичай, вона становила 99.9%), вологи та інших домішок.
РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
Насамперед звернемося до принципів зміцнення арамідних волокон, розвинених С. П. Папковим, одним із творців науки про волокноутворення полімерів. Зміцнення визначається головним чином ступенем жорсткості макромолекулярних ланцюгів вихідних арамідів.
Волокна з найбільш жорстколанцюгових арамідів типу полі-парафенілентерефталаміду (ПФТА) формують із упорядкованих РК-розчинів, що характеризуються високим ступенем орієнтації макромолекул у доменах РК-фази. Їх зміцнення досягається навіть при фільєрному витягуванні внаслідок повороту доменів вздовж осі волокна, що формується. Як правило, вони не здатні до подальшого зміцнення пластифікованому стані або при нагріванні під натягом, а також без натягу, тобто. у вільному стані. Завдяки регулярному та симетрично-
му будову макромолекулярних ланцюгів ПФТА при цьому відбувається його швидка кристалізація.
Навпаки, мета-арамідні волокна на основі гнучколанцюжного полі-мета-феніленізофтала-міду (ПМФІА) ефективно зміцнюються як при пластифікаційному, так і при термічному витягуванні з високою кратністю в 3-5 разів і більше за рахунок часткового розпрямлення макромолекул. Структура таких волокон відповідає аморфно-кристалічній.
Волокна на основі поліамідобензімідазолу (ПАБІ), синтезованого з АБІ та ТФГ, менш жорстколанцюжного, ніж ПФТА, з несиметричною та нерегулярною будовою макромолекул, формують з ізотропних розчинів. Вони частково зміцнюються при пластифікаційномувитягуванні з невисокою кратністю і значно більшою мірою в результаті нагрівання у вільному стані при температурах, що перевищують область розскловлювання полімеру. При цьому обложений з ізотропного розчину полімер може перебувати в аморфному або РК стані. Після видалення розчинника із заскленого полімеру фіксується нерівноважна структура, яка при нагріванні зазнає самоупорядкування зі зростанням міцності волокна [1]. Таким чином, завершується початкове орієнтаційне впорядкування макромолекул ПАБІ завдяки спонтанному переходу до рівноважного впорядкованого стану з утворенням нематичної РК-структури [2].
Макромолекули синтезованих СПАБІ побудовані чергуванням щодо жорстких фрагментів АБІ та гнучких мета-феніленових фрагментів. Тому можна вважати, що вони також займають проміжне положення між гнучко-і жорстколанцюгові полімерами, і їх зміцнення може відбуватися за тим же механізмом, що і для волокон ПАБІ. Непрямим критерієм РК-переходу при формуванні структури волокон ПАБІ та СПАБІ є невисокий ступінь орієнтаційного витягування. Для волокон, що вивчаються, вона становить всього 100—150%, що знаходиться на тому ж рівні, що і у волокон ПАБІ [3], але в 2—3 рази менше, ніж у мета-арамідних [4].
280-300 ° С, після чого починається мимовільне подовження волокна з макси-
100 300 500 Т, °С
350°С. За аналогією з волокнами ПАБІ можна припустити, що цей ефект обумовлений орієнтаційним самоупорядкуванням полімеру внаслідок структурної РК-перебудови, пов'язаної з появою молекулярної рухливості [1]. Відомо, що у волокон ПМФІА в області розскловлювання гнучколанцюгового полімеру відбувається не подовження, а усадка [5].
Термічне зміцнення волокон СПАБІ проводили вумовах аналогічного процесу волокон ПАБИ [3], тобто. відсутність розтягуючих зусиль. Було відмічено, що навіть при намотуванні ниток на скляні шпулі із зав'язаними кінцями вільний стан настає відразу завдяки самоподовженню волокон при нагріванні. Оскільки максимальний приріст довжини ниток СПАБІ спостерігається за 350°С, ця температура була обрана для термозміцнення.
Таблиця 1. Механічні показники ниток СПАБІ при різній хімічній будові вихідного аромату
Зміст ланок АБІ, мовляв. % Міцність, сН/текс Подовження, % Рт/Рі
70 57/130 8.8/4.1 2.3
50 35/82 11.5/8.7 2.3
30 30/42 12.0/11.5 1.4
20 27/33 19.5/19.5 1.2
10 23/33 12.0/14.5 1.4
0 Гелеподібний стан розчину
ПМФІА (для порівняння) 33/32 28.7/17.9 0.97
Примітка. Тут і табл. 2 у чисельнику - для вихідних ниток, у знаменнику - для термооброблених. Рт/Рі - співвідношення міцності термозміцнених та вихідних ниток.
Щоб уникнути окислення полімеру, процес термічної обробки проводили в інертному середовищі (вакуумі) протягом 30 хв [6].
У табл. 1 представлені результати вимірювання властивостей вихідних та термооброблених ниток СПАБІ залежно від складу сополіамідів.
Як видно, із зменшенням частки ланок АБІ в макромолекулах арамідів простежується певна тенденція щодо зниження міцності та збільшення подовження як у вихідних, так і у термооброблених воло
Для подальшого читання статті необхідно придбати повний текст. Статті надсилаються у форматіPDFна вказану при оплаті пошту. Термін доставки становитьменше 10 хвилин. Вартість однієї статті -150 рублів.
Подібні наукові роботи на тему «Фізика»
ГОЙХМАН М.Я., ГОФМАН І.В., ЄВЛАМПІЄВАН.П., КАРАВАН В.С., МІЛЬЦОВ С.А., ПОДЕШВО І.В., ХУРЧАК О.П., ЯКИМАНСЬКИЙ А.В. - 2014 р.
БАНДУРЯН С.І., ІОВЛЄВА М.М. - 2010 р.
ГОЙХМАН М.Я., ГОФМАН І.В., ЄВЛАМПІЄВА Н.П., КАМАНІНА Н.В., МІЛЬЦОВ С.О., ПОДЕШВО І.В., ХУРЧАК А.П., ЯКИМАНСЬКИЙ А.В. - 2011 р.