2 Поли-м-фениленизофталамидные волокна

2 Поли-м-фениленизофталамидные волокна

Поли-м-фениленизофталамидные нити или волокна выпускаются в промышленном масштабе в США фирмой «Du Pont» под названием «Номекс» и в России под названием «фенилон». Исследовательские работы в этой области проводились в США с конца 40-х годов. Выбор для промышленного производства именно этого волокна связан с удач¬ным сочетанием его хорошей перерабатываемости и сравнительно высокой стойкости к термоокислительной деструкции. Более термостойкий полиамид с n-фениленовыми фрагментами в цепи, нельзя переработать из растворов в органических растворителях, например в диметилформамиде и диметилацетамиде. Для формования волок¬на из поли-м-фениленизофталамида используют реакционные растворы полимера в диметилацетамиде с добавкой LiCl или растворы полиамида в диметилформамиде с LiCl.
В случае сухого формования раствор поли-м-фениленизофтал¬амида в смеси 95 % диметилформамида и 5 % LiCl при 128 °С впрыскивают в прядильную шахту при 225 °С (горячий воздух). Скорость вытяжки конечного волокна составляет 80 м/мин. После вытягивания в 4 — 5 раз, волокна кипятят в воде для удаления LiCl. При формовании из раствора используют растворы в диме¬тилацетамиде с 2,2 % СаС12. Осадительной ванной служит 53 % водный раствор СаС12 при 72 °С. Кристаллизация аморфного волокна осуществляется при вытяжке в парах в течение 1 ч. под давлением 7 кгс/см2 или термообработкой ориентированного волокна 1 - 3 с. при 300 - 350 °С. Поли-м-фениленизофталамидное волокно обладает длительной термостойкостью до 230 °С. Физико-механические свойства поли-м-фениленизофталамидных волокон приведены в таблице 1.
Прочность при растяжении при 300 °С составляет еще 40 % от исходного значения, относительное удлинение при раз¬рыве и начальный модуль упругости - 82 или 55 % от исходных значений соответственно.

Таблица 1 - физико-механические свойства поли-м-фениленизофталамидных волокон
фенилон номекс
Прочность при растяжении, г/денье
при 20 оС, 65 % отн. влажности
при 20 оС, мокрое
при 250 оС
при 300 оС
5,0


2,1
5,5
4,1
3,1
1,2
Относительное удлинение при разрыве, %
при 20 оС, 65 % отн. влажности
при 20 оС, мокрое
при 250 оС
при 300 оС
15-20
28
14
22
23
Начальный модуль упругости, г/денье
при 20 оС,
при 250 оС
при 300 оС
113
63
75

После 100 ч выдержки волокна в сухом воздухе при 300 °С остаточная прочность составляет 55 %. Волокно об¬ладает высокой стойкостью к кислотам и щелочам даже при высо¬ких температурах. За 100 ч. выдержки при комнатной темпе¬ратуре в 10 процентной H2SO4, 70 процентной H2SO4, 10 процентной HNO3, 10 процент¬ной NaOH и 28 процентной NH4OH прочность при растяжении не меня¬ется. Прочность при растяжении снижается на 50 % через 100 ч. выдержки в 70 процентной HNO3 или 35 процентной НС1 при комнатной тем¬пературе или через 8 ч. в 10 процентной НС1, 70 процентной H2SO4 или 10 процентной NaOH при 95 °С. Действие водяного пара при 155 °С через 100 ч. приводит к уменьшению прочности на 40 % и через 1000 ч. на 70%.
Поли-м-фениленизофталамидные волокна обладают очень вы¬сокой стойкостью к действию ионизирующих излучений. При дозе около 1000 Мрад прочность и относительное удлинение практически не изменяются.
При контакте с открытым пламенем волокно горит, однако вне пламени гаснет без образования капель. Стойкость к возгоранию можно увеличить отжигом ароматического полиамидного волокна при 250 °С с последующим нагреванием в течение 1 ч. на воздухе при 425 °С. Окрашенное в черный цвет волокно негорюче, но имеет более низкие физико-механические показатели. Предполага¬ется, что при высокотемпературной обработке происходит отщепле¬ние водорода и сшивание полимера.
Содержание влаги до 4 % благоприятно влияет на текстильные свойства волокна. Влага удаляется при нагревании в интервале температур 50 - 150 °С. С помощью оксида трития было показано, что значительно ниже температуры стеклования поли-м-фенилен¬изофталамида водообмен происходит с высокой скоростью.
Ароматические полиамиды применяют для изготовления огне¬защитной одежды, шин и приводных ремней, для электроизоля¬ционных тканей, для фильтрации газов и горячего воздуха.
Высокомодульное волокно. Наряду с поли-м-фениленизофталамидом как исходным продуктом для получения волокон и пресс-изделий, для изготовления высокомодульных волокон большое значение приобрели и другие ароматические полиамиды с n-фениленовыми группами. Среди этих полимеров полиами¬ды, содержащие только n-фениленовые группы, имеют наиболь¬шую плотность упаковки, высокие степени ориентации и кристал¬личности. Это позволяет получать материалы, отличающиеся помимо высокой термостойкости высокими модулем (в 3 - 6 раз вы¬ше) и прочностью (в 2 - 3 раза выше) по сравнению с поли-м-фениленизофталамидом. При этом модуль полиамидов, содер¬жащих n-фениленовые фрагменты, выше, чем для стеклянного волокна (32,6 г/денье) и стальной проволоки (280 г/денье).
По сравнению с волокнами на основе ароматических полиа¬мидов с n-замещенными фениленовыми группами стеклянные во¬локна имеют низкую износостойкость, существенно различаю¬щиеся термические коэффициенты линейного расширения волокна и полимерной матрицы, ограниченную совместимость и высокую плотность. Недостатком органических высокомодульных волокон является анизотропия физико-механических свойств.
Это волокно в виде ткани, лент, ровницы, рубленых прядей используют в авиации, ракетной и космической технике, машино¬строении, электронике и при изготовлении спорттоваров. В авиа¬ции высокомодульное волокно PRD-49 используют как армирую¬щий наполнитель с эпоксидными, фенольными, полиэфирными и полиимидными связующими для изготовления несущих конструк¬ционных элементов, например облицовки соединения крыла с кор¬пусом самолета и винта с держателем, обтекателей, элементов облицовки стен кабины, а также конструкционных элементов, испытывающих высокие нагрузки, например роторов вертоле¬тов.
Хорошие результаты достигаются при использовании компо¬зиций с углеродными и борными волокнами. Основные области применения - производство спорттоваров (теннисных ракеток, лыж, удилищ и клюшек для гольфа). В России получено высоко¬термостойкое волокно терлон с модулем 930 г/денье.
Высокомодульное волокно на основе полиамида с n-фрагмен¬тами в цепи вырабатывается в России методом мокрого формования из раствора полимера в концентрированной серной кислоте. Волокно используется для армирования полиме¬ров и изготовления технических тканей, работающих при высо¬ких температурах.