5 Полиимидные волокна

5 Полиимидные волокна

Полиимидные волокна могут быть получены из полиамидокислот как сухим, так и мокрым формованием в воду. Использование сухого формования возможно благодаря до¬статочно высокой стабильности физико-механических свойств во¬локна, подвергаемого термической имидизации. Волокно на основе полипиромеллитимида диаминодифенилоксида получают из 20 - 30 процентного раствора в диметилформамиде, диметилацетамиде, диметилсульфоксиде или N-метилпирролидоне в инертной среде при температуре ниже 65 °С с последующей термической циклиза¬цией при 200 - 250 °С. При 300 - 350 °С волокно подвергается до¬полнительной вытяжке на 150 - 200 % и, наконец, термофиксации при 400°С. В неориентированном состоянии волокно имеет проч¬ность при растяжении 2 г/денье и относительное удлинение при разрыве 50 - 80%. После вытяжки разрывная прочность возра¬стает до 7 г/денье, а удлинение уменьшается до 12 — 14 %.
При мокром формовании в качестве осадительной ванны ис¬пользуют воду или смесь диметилформамид - вода (20:80). В процессе мокрого формования волокна возможна циклизация в полиимид путем добавления в прядильный раствор таких ката¬лизаторов циклодегидратации, как пиридин или амины, а также введением в осадительную ванну ацетангидрида. Кинетику процесса циклизации волокна изучают по абсорбции фенола из концентрированных водных растворов.
Свойства. Ароматические полиимидные волокна выпускаются фирмой «Du Pont» начиная с 1968 г. под названием НТ-1 или PRD-14, а в России с 1972 г. производится Аримид. Физико-механические свойства волокна Аримид приведены в таблице 4.
Таблица 4 - Физико-механические свойства волокна Аримид
Показатель
Прочность при растяжении, г/денье
при 20 оС
при 200 оС
6,9
4,3
Относительное удлинение при разрыве, %
при 20 оС
13
Модуль упругости, г/денье
при 20 оС
при 200 оС
72
47

Прочность ароматических полиимидных волокон в известной мере зависит от скорости нагружения разрывной машины: увели¬чение скорости приводит к получению завышенных значений проч¬ности. Прочность при растяжении ароматических поли¬имидных волокон уменьшается с повышением температуры; волокно с исходной прочностью 3 г/денье при 300 °С сохраняет 44 % прочности при комнатной температуре. Ана¬логичным образом зависит от температуры и модуль упругости. Путем экстраполяции к нулевой прочности удалось установить, что предельной температурой прочности является 560 оС, а для модуля упругости - 620°С.
Это дает основание считать, что волокна полипиромеллитимида диаминодифенилоксида могут кратковременно выдерживать тем¬пературу 550 °С.
При нагревании волокна на воздухе при 283 оС прочность при растяжении резко понижается только в начальный период. Через 300 ч. прочность практически перестает изменяться. Уменьшение прочности при растяжении до 1 г/денье происходит при термообработке на воздухе при 400 °С в течение 10 ч., при 333 °С — 500 ч., при 283 °С — 1000 ч. Уменьшение механической прочности полиимидного волокна при термообработке ниже 425°С на воздухе связано с хрупкостью, развивающейся за счет сшива¬ния полимера. Характеристическая вязкость полиимидов возрастает с увеличением времени термообработки вплоть до точки гелеобразования. При нагревании в среде кислорода прочность уменьшается в гораздо большей степени, чем на воздухе или в инертной среде.
Ароматические полиимидные волокна обладают отличной ста¬бильностью размеров. Усадка в токе сухого воздуха при 400 °С составляет менее 2%. При 300 оС усадки не обнаруживается.
Полиимидные волокна негорючи.
В пламени бутана материал без воспламенения или размягчения пиролизуется с медленным образованием хрупкого углеродного остатка. В органических растворителях волокно не набухает и не растворяется. Только диметилацетамид вызывает его незначи¬тельную усадку, не влияет на прочность и кристалличность. Дли¬тельное кипячение в воде сопровождается небольшим изменением прочности при длительной экспозиции и незначительной усадкой. Волокно устойчиво к действию разбавленных кислот, но разрушает¬ся в концентрированных кислотах. В разбавленных водных раство¬рах щелочей также происходит гидролиз. Влияние окисляющих или щелочных моющих средств незначительно.
Ароматические полиимидные волокна, так же как ароматиче¬ские полиамидные, отличаются высокой стойкостью к действию ио¬низирующих излучений. Прочность пряжи (200 денье, 60 ни¬тей) полиимида на основе пиромеллитового диангидрида и ди¬аминодифенилоксида при исходном значении 6,57 г/денье после облучения у - лучами дозой 9-105 или 1,6-107 рад составляет соот¬ветственно 6,80 или 6,47 г/денье. После облучения дозой 1,6-107 рад удлинение уменьшается с 12,8 до 11,8 %. При облучении указанной выше дозой при 425 °С прочность после облучения составляет 91 % от исходной.
Полиимидные волокна используют для изготовле¬ния негорючей одежды, технических тканей, применяющихся в тех случаях, когда требуется высокая термостойкость. Из них шьют одежду для пожарников и летчиков. Ткани применяют для фильт¬рования горячих газов, в качестве термо- и электроизоляции. Полиимидная ткань служит для изготовления корда, применяюще¬гося для получения специальных шин и приводных ремней, вы¬держивающих высокие нагрузки. Рубленое волокно используют в качестве наполнителя в высокотермостойких композициях на основе полиимида и других полимеров. Ткань обладает прозрач¬ностью для электромагнитных волн, что обеспечило ее применение в конструкциях антенных обтекателей.