ПОЛУЧАВАНЕ НА НОВО АРАМИДНО ВЛАКНО - темата на научна статия по физика от списание - Macromolecular
Цена:
Автори на произведението:
Научно списание:
Година на издаване:
Академична научна работа на тема "Получаване на ново арамидно влакно"
ВИСОКОМОЛЕКУЛНИ СЪЕДИНЕНИЯ, 2010, Том 52, № 11, стр. 2044-2048
ПРОИЗВОДСТВО НА НОВИ АРАМИДНИ ВЛАКНА
Н. В. Педченко, И. В. Полеева
Дружество с ограничена отговорност "ЛИРСОТ" 141009 Митищи, Московска област, ул. Колонцова, 5
Получено е ново арамидно влакно, предназначено за производство на топлоустойчиви текстилни изделия. Химическата структура на първоначалния полимер е съполимер на базата на три ароматни диамини: 5(6)-амино-2-(пара-аминофенил) бензимидазол, мета-фенилендиамин и пара-фенилендиамин и терефталоил хлорид. Описан е синтезът на този съполимер и основните му характеристики. Новите влакна се характеризират с по-висока степен на огнезащита и хигроскопичност в сравнение с познатите мета-арамидни влакна, което се дължи на наличието на бензимидазолови хетероцикли в молекулярните вериги на арамида. За разлика от мета-арамидните влакна, е възможно да се елиминира нежеланият етап на термично укрепване в технологията за получаване на ново влакно, тъй като има достатъчно висока якост и устойчивост на термично свиване в прясно изпредено състояние. Очевидно това се дължи на полутвърдата природа на оригиналния кополиамид. Според С.П. Папков, за такива полимери е възможен фазов преход към подредено течнокристално състояние по време на образуването на влакно на етапа на отлагане на полимера.
Арамидните влакна са нови високотехнологични материали, които са получили индустриално развитие през последните десетилетия на миналия век. Първоначално те се развиват и в момента се развиват в двенаправления: като пара-арамид под формата на високоякостни високомодулни нишки за създаване на здрави и леки композитни материали; под формата на мета-арамидни влакна за широки текстилни и частично технически цели, използвани главно за защита на хората от излагане на високи температури и пламъци. Последните включват такива добре познати влакна като номекс, конекс, кермел, полибензимидазол PB1 и други.
Целта на тази работа е да се създаде полимер за получаване на ново конкурентно термично и огнеустойчиво влакно за текстилни цели. Една от причините за развитието на влакната е нуждата от такива влакна и липсата на тяхното производство у нас.
При разработването на химическата структура на полимера се предполага, че той ще бъде арамид с комбинация от твърди и гъвкави верижни звена с участието на пара-структурата 5(6)-амино-2-(пара-аминофенил) бензимидазол (ABI) като ароматен диамин. Гъвкавостта на молекулярните вериги се осигурява от използването на мета-фенилендиамин (MPDA). Като киселинен компонент е препоръчително да се използва терефталоил хлорид (TPC) вместо изофталоил хлорид, тъй като той е по-достъпен и стабилен при дългосрочно съхранение.
Синтезът на арамиди, както е известно, се извършва по метода на нискотемпературна поликондензация в разтвор на органичен разтворител от амиден тип, за кополиамидобензимидазол (SPABI) съгласно схемата
ПРОИЗВОДСТВО НА НОВИ АРАМИДНИ ВЛАКНА
Арамидите се получават в лабораторни реактори с обем 50 и 500 ml при непрекъснато разбъркване. В началния етап процесът се провежда при 10–12°C, а в края при 20–40°C. Вискозитетът на реакционната среда се повишава до 50–150 Pa s; време за реакция 2-6 часа.
За синтеза на SPABI, както домашни мономери (TPC и ABI), така исолна добавка (литиев хлорид), и вносни - DMAA и MFDA разтворител. Индикаторите на първите съответстват на настоящите технически условия, вносните продукти се характеризират със съдържанието на основното вещество (като правило е 99,9%), влага и някои други примеси.
РЕЗУЛТАТИ И ТЯХНОТО ОБСЪЖДАНЕ
На първо място, нека се обърнем към принципите за укрепване на арамидните влакна, разработени от С. П. Папков, един от основателите на науката за образуване на влакна от полимери. Укрепването се определя главно от степента на твърдост на макромолекулните вериги на оригиналните арамиди.
Влакна от арамиди с най-твърда верига като поли-р-фенилен терефталамид (PPTA) се формират от подредени LC разтвори, характеризиращи се с висока степен на ориентация на макромолекулите в домейните на LC фазата. Тяхното втвърдяване се постига дори при спанбонд изтегляне поради въртенето на домените по оста на образуваното влакно. По правило те не са способни на по-нататъшно втвърдяване в пластифицирано състояние или при нагряване под напрежение, както и без напрежение, т.е. в свободно състояние. Благодарение на правилния и симетричен
към структурата на макромолекулните вериги на PPTA, в този случай настъпва неговата бърза кристализация.
Напротив, мета-арамидните влакна на базата на поли-мета-фенилен-изофталамид с гъвкава верига (PMFIA) са ефективно подсилени както по време на пластификация, така и при термично разтягане с висока множественост от 3–5 пъти или повече поради частично изправяне на макромолекулите. Структурата на такива влакна съответства на аморфно-кристална.
Влакна на базата на полиамидобензимидазол (PABI), синтезирани от ABS и TPC, по-малко твърда верига от PPTA, с асиметрична и неправилна структура на макромолекули, се образуват от изотропни разтвори. Те са частично втвърдени по време на пластификациятаразтягане с ниска множественост и в много по-голяма степен в резултат на нагряване в свободно състояние при температури, надвишаващи зоната на девитрификация на полимера. В този случай полимерът, отложен от изотропния разтвор, може да бъде в аморфно или LC състояние. След отстраняване на разтворителя от стъкловидния полимер се фиксира неравновесна структура, която претърпява самоподреждане при нагряване с увеличаване на якостта на влакната [1]. По този начин първоначалното ориентационно подреждане на макромолекулите на PABI е завършено поради спонтанния преход към равновесно подредено състояние с образуването на нематична LC структура [2].
Макромолекулите на синтезираните SPABIs са конструирани чрез редуване на относително твърди ABS фрагменти и гъвкави мета-фениленови фрагменти. Следователно може да се счита, че те също заемат междинна позиция между полимерите с гъвкава и твърда верига и тяхното укрепване може да се случи по същия механизъм, както при PABI влакната. Косвен критерий за LC прехода по време на формирането на структурата на PABI и SPAB влакна е ниската степен на ориентационно разтягане. За изследваните влакна той е само 100–150%, което е на същото ниво като за PABI влакна [3], но 2–3 пъти по-малко, отколкото за мета-арамидни влакна [4].
280-300°C, след което започва спонтанно удължаване на влакното с максимум
100 300 500 T, °С
350°C. По аналогия с PABI влакната може да се приеме, че този ефект се дължи на ориентационното самоподреждане на полимера в резултат на структурно пренареждане на LC, свързано с появата на молекулярна подвижност [1]. Известно е, че PMFIA влакната в областта на девитрификация на полимер с гъвкава верига не се удължават, а се свиват [5].
Термичното укрепване на влакната SPABI беше извършено през гусловия на подобен процес за PABI влакна [3], т.е. при липса на сили на опън. Беше забелязано, че дори при навиване на нишки на стъклени макари с възли, свободното състояние възниква незабавно поради самоудължаването на влакната при нагряване. Тъй като максималното увеличение на дължината на нишките SPABI се наблюдава при 350°C, тази температура е избрана за термично укрепване.
Таблица 1. Механични параметри на нишки SPABI с различна химична структура на изходния арамид
Съдържанието на връзките ABI, казват те. % Якост, cN/tex Удължение, % Ht/Pu
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 Гелообразно състояние на разтвора
PMFIA (за сравнение) 33/32 28.7/17.9 0.97
Забележка. Тук и в табл. 2 в числителя - за оригиналните нишки, в знаменателя - за термично обработени. Pm/Pu е съотношението на якост на термично усилени и оригинални нишки.
За да се избегне окисляването на полимера, топлинната обработка се извършва в инертна среда (вакуум) за 30 минути [6].
В табл. 1 са показани резултатите от измерването на свойствата на оригиналните и термично обработени прежди SPABI в зависимост от състава на съполиамидите.
Както може да се види, с намаляването на дела на ABS единиците в арамидните макромолекули има известна тенденция към намаляване на здравината и увеличаване на удължението както в оригиналната, така и в термично обработената коса.
За по-нататъшно четене на статията трябва да закупите пълния текст. Артикулите се изпращат във форматPDFна пощата, посочена при плащането. Времето за доставка епо-малко от 10 минути. Цената на една статия е150 рубли.
Подобни научни трудове на тема "Физика"
Гойхман М.Я., Гофман И.В., ЕвлампиеваН. П., В. С. Караван, С. А. Милцов, И. В. Подешво, А. П. Хърчак и А. В. Якимански — 2014 г
Бандурян С.И., Йовлева М.М. — 2010 г
М. Я. — 2011 г