Технология производства химических волокон — 3-е изд. - Ряузов A.H.
Скачать (прямая ссылка):
При высоких температурах и длительном действии усилий, значительно меньших разрывных, развиваются деформации, приводящие к разрыву нити вследствие текучести полимера; это явление называется крипом. Структурирование (сшивка) полимера в некоторой степени снижает текучесть при одновременном повышении температуры плавления полимера. Например, при обработке капроновых нитей формальдегидом происходит сшивка макромолекул поликапроамида с отщеплением воды в местах пептидных связей:
I I I
СО СО GO
I +неон I I
2NH ->• N-CH2-N +H2O
I II..
' (CHa)5 (CH2)s (СН2)5
В результате такой обработки при 200 °С капроновые нити сохраняют 42—43% первоначальной прочности; полиакрилонитрильные нити обработанные сульфидом аммония, сохраняют. 62—67% первоначальной прочности.
Повышение температуры плавления полимеров может быть достигнуто введением в цепь макромолекул ароматических или гетероциклических звеньев:
----ОС—/~\—COHN-f~V-NHOC—f~\— COHN—f~S—NH-
Повышенную температуру плавления имеет и полимер с -сопряженными связями (полифенилен):
Полимеры, содержащие ароматические, гетероциклические или сопряженные связи, отличаются интенсивным межмолекулярным
взаимодействием и очень большой жесткостью макромолекул; Дли них характерна высокая температура плавления и стеклования. Многие полимеры такого типа не плавятся и не растворяются, они имеют высокую термическую и химическую стойкость. Получение нитей из таких полимеров сопряжено с большими трудностями, а в некоторых случаях просто невозможно.
Термо- и теплостойкие гетероциклические волокна получают двухстадийным методом. На первой стадии получают линейный полимер, не содержащий гетероциклов и растворяющийся в доступных растворителях; из этого полимера получают нити обычным методом.
На второй стадии проводится химическая или термическая обработка полученных нитей, вследствие чего в полимере происходят дальнейшие превращения, сопровождающиеся образованием гетероциклов, а в некоторых случаях — системы сопряженных связей. Готовая нить после такой обработки становится нерастворимой, не Плавится и приобретает высокую тепло- и термостойкость.
Ниже приводится схема получения полипиромеллитимидных волокон. При взаимодействии диангидрида пиромеллитовой кислоты с диаминодифенилоксидом образуется полиамидокислота:
О
с
>+-»*-<ж>
-NH2
О
HO(X ^COH
OO
Из полученной полиамидокислоты обычным методом формуют нить, которая после вытяжки подвергается термической или химической циклизации с образованием нерастворимых гетероциклов!
0 О
1 с
XX ху^о
O
о
В СССР разработаны технологические процессы получения тепло- и термостойких волокон нескольких типов, из которых практическое применение нашли следующие: аримид, фенилон, сульфон-Т
и др. В США выпускают термостойкое волокно, называемое но-макс, с прочностью нитей 450—540 мН/текс; они могут продолжительное время находиться при температурах около 2000C без изменения свойств и более короткое время — до 300 °С. Прочность фе- -нилоновых нитей составляет 450 нМ/текс; при 300 °С они сохраняют 42%, а при прогреве около 3000C в течение 100 ч —54% от исходной прочности. Термостойкое волокно сульфон-Т по термо- и теплостойкости превосходит термостойкое волокно номакс.
Наилучшими свойствами обладает отечественное сверхпрочное синтетическое волокно вниивлон, характеризующееся следующими физико-механическими показателями:
Плотность, кг/м3.................... 1430
Прочность, ГПа..................... 1,5—1,7
Удлинение при разрыве, %............... 3—7
Прочность в мокром состоянии, % от исходной..... 86—96
Термостойкость (сохранение прочности при 300 °С), % . . 64—79 Термостабильность (сохранение прочности при выдержи-
------ - . , 60—68
22.2. ЖАРОСТОЙКИЕ ВОЛОКНА
Жаростойкие волокна могут работать при температурах выше 1000 °С. К ним относятся стеклянные, углеродные, борные, борнит-ридные, сапфировые и некоторые другие. Широкое применение во многих отраслях народного хозяйства нашли стеклянные волокна. Большой интерес представляют углеродные - волокна, так как в зависимости от методов получения их свойства изменяются в большом диапазоне и они применяются для изготовления разнообразных технических изделий. Сырьем для получения углеродных волокон служат целлюлозные, полиакрилонитрильные, поливииилспиртовые и другие волокна, но большая часть углеродных волокон вырабатывается из полиакрилонитрильных и целлюлозных волокон. Углеродные волокна получаются в результате пиролиза исходных волокон. В зависимости от конечной температуры обработки получаемые углеродные волокна подразделяют на 3 группы: частично карбонизованные (400—500°С); углеродные (900—15000C) и углеграфитовые (3000°С).
Пиролиз нитей проводится в специальных печах. Наиболее сложен пиролиз гидратцеллюлозных нитей: перед термической обработкой нити подвергают обработке растворами антипиренов (хлорид аммония, фосфат аммония, бура, борная кислота).
В присутствии кислорода углерод сгорает, превращаясь в диок* . сид и оксид углерода. При этом выход углеродных волокон снижается, поэтому очень важно не допустить сгорания углерода и следить за средой, в которой проходит пиролиз. Обычно его проводят в защитной среде (инертные газы, продукты распада цел-і люлозы, угольная засыпка и др.).