Волокна с высокой термостойкостью и устойчивостью к открытому пламени, материалы на их основе широко применяются в различных областях техники. Среди термостойких волокон полиоксадиазольные (ПОД) волокна и нити арселон^® и арселон С^® занимают особое положение:

• по оригинальности разработки, не имеющей мировых аналогов;
• по доступности и низкой цене исходного сырья и стоимости готовых волокон;
• по функциональным свойствам.

В настоящее время ведущей фирмой в области технологии этих волокон и нитей является ООО НПФ Термостойкие изделия, которое совместно с предприятием РУП Светлогорское производственное объединение Химволокно разработало непрерывную технологию их получения на основе гомополимера терефталевой кислоты и гидразина. Разработаны также термостойкие фотостабилизированные волокна и нити арселон С^®. Организовано промышленное производство этих волокон и нитей второго поколения, для которых зарегистрирован товарный знак арселон^® (свидетельство РФ на товарный знак № 224405, 2002).

Изучение ПОД волокон и нитей наряду с другими видами отечественных и зарубежных ароматических волокон в течение ряда лет проводит кафедра материаловедения Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна.

Настоящая публикация в области материаловедения ПОД волокон - первая в отечественной литературе по материалам проведенных совместных исследований.*

Принципиальная схема процесса получения ПОД волокон показана на рис.1 и рис.2 ¹, ², ³. Прядильная масса (раствор) после синтеза имеет концентрацию 6...10%. Формование волокон и нитей производится из сернокислотных растворов по мокрому методу в водно-сернокислотную ванну. Свежесформованные волокна и нити подвергаются дальнейшей обработке по непрерывной схеме, включающей операции вытяжки, промывки (с промежуточной нейтрализацией остатков серной кислоты раствором NaHCO₃), повторной промывки и сушки.

При производстве упрочненных нитей они подвергаются термическому вытягиванию и термической обработке. Для повышения устойчивости волокон к УФ-излучению вводится фотостабилизатор, например, натриевая или калиевая соль мета- или параазобензолдикарбоновой кислоты. Получаемое волокно имеет существенно более высокую светостойкость и выпускается с товарным знаком арселон С^®. 

Отходящие растворы и воды, содержащие серную кислоту  повергаются утилизации (с получением строительного гипса) или нейтрализации.

В 2006 г. выпуск волокон и нитей арселон^® и арселон С^®  составил более 200 тонн с наращиванием производственных мощностей до 300 тонн. Развитие производства и его расширение предусмотрено межгосударственной программой Союзного государства (Россия и Беларусь) «Создание и организация серийного производства оборудования для выпуска специальных химических волокон и изделий на их основе на 2002 - 2006 годы». Основные свойства ПОД волокон и нитей приведены в таблице ⁴, ⁵, ⁶, ⁷, ⁸, ⁹, ¹⁰,  ¹¹.

Важно отметить высокую устойчивость полиоксадиазольных волокон и нитей к внешним механическим воздействиям:

• к двойным изгибам (до 60000...200000 циклов);
• к истиранию нити по нити (до 30000...60000 циклов).

Это обусловливает высокую износостойкость получаемых изделий. Вследствие отсутствия в структуре полимера ионогенных групп и невысокой гигроскопичности ПОД волокна имеют высокое электрическое сопротивление, достигающее 1014 Ом×см.

По термическим характеристикам они не уступают другим видам термостойких волокон и текстильных материалов, в частности - на основе метаарамидов (фенилон, номекс) и ряда других термостойких полимеров.

Температура стеклования ПОД составляет 330...350°С, что приводит к стабильности размеров и низкой величине усадки ПОД волокон и нитей до температур 400...450°С. Длительная термостойкость (рис. 2) показывает сохранение прочности при 300°С и времени 100 часов для волокон 60...80%, а для нитей 70...90%. Температура начала разложения в зависимости от скорости нагрева составляет 450...470°С.

Проведенные сравнительные исследования ПОД волокон и нитей методами термогравиметрическим (ТГА) и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) на воздухе и в среде азота показывают, что в инертной среде термостойкость возрастает вследствие исключения термоокислительных процессов ⁹, ¹⁰, ¹¹. 

Механические свойства ПОД волокон и нитей  мало зависят от присутствия влаги, причем после высушивания их исходные механические свойства восстанавливаются. При длительном действии влаги (до 400 суток) изменение прочности не превышает 5...10%. Действие микроорганизмов приводит к очень незначительному протеканию деструктивных процессов и соответственно незначительному падению прочности. Стойкость к излучению в видимой области спектра достаточно высокая, а при введении фотостабилизаторов в состав волокон и нитей светостойкость существенно возрастает. Поэтому материалы на основе волокон арселон С^® имеют хорошую атмосферо- и светостойкость.  при применении в специальной защитной одежде.

Следует отметить высокую гидролитическую устойчивость полиоксадиазольных волокон и нитей по отношению к растворам кислот и щелочей, что очень важно как при фильтрации химически агрессивных сред,  так и для специальной защитной одежды.

Текстильная переработка волокон и нитей арселон^® и арселон С^® не вызывает никаких сложностей.

Термостойкие текстильные материалы и изделия их этих волокон широко используются в самых различных изделиях:

• фильтровальных полотнах для высокотемпературных газов;
• специальной защитной одежде;
• средствах профессиональной безопасности и спасения;
• специальном текстиле для авиа-, автотранспорта и опасных помещений;
• фрикционных композитах (в тормозных колодках взамен асбеста).

Вследствие высоких значений удельного электрического сопротивления ПОД волокна и нити применяются также в качестве термостойких электроизоляционных материалов.

Используя условную балльную систему оценки, основные характеристики ПОД волокон, нитей и материалов на их основе при эксплуатационных воздействиях можно суммарно представить следующим образом (число знаков "+" соответствует оцениваемому уровню характеристик):

• температурная зависимость механических характеристик (теплостойкость)  +++++
• сохранение механических свойств после термического старения (термостойкость) при 300...350°С)            +++++
• сохранение размеров при термических воздействиях (минимум термической усадки до 400°С)   +++++
• устойчивость к открытому пламени (кислородный индекс)      ++++
• сохранение размеров в воде при кипячении (минимум усадки при 100°С )   +++++
• сохранение механических свойств после длительного воздействия влаги (400 суток)         ++++
• хемостойкость (действие кислых и щелочных сред)       +++++
• устойчивость к действию микроорганизмов        +++++
• устойчивость к искусственному свету       +++++
• устойчивость к действию солнечного света        ++++

ПОД волокна и нити имеют свой характерный комплекс свойств и, соответственно, свою нишу применения, которые определяются также технико-экономическими показателями. Доступность и широкое мировое производство исходного сырья и растворителя (терефталевая кислота, гидразин-сульфат, серная кислота), простота технологии производства и ее аппаратурного оформления, отсутствие органических растворителей и отсюда относительная экологическая безопасность приводят к тому, что стоимость ПОД волокон и нитей среди других видов термостойких волокон наиболее низкая. По оценкам, она ниже в 1,5 - 2,0 раза в зависимости от масштабов производства.

На основе ПОД волокон разработаны и производятся различные текстильные полотна, в том числе ¹², ¹³, ¹⁴, ¹⁵:

• фильтровальные ткани саржевого переплетения с поверхностной плотностью  270...500 г/м² на основе волокон арселон^®, предназначенные для фильтрации горячих технологических и топочных газов в фильтрах с импульсной регенерацией обратной продувкой и механическим встряхиванием, длительно работающие в пределах температур до 250^оС; фирма Albarrie (Канада) на основе полиоксадиазольных волокон и нитей, поставляемых ООО НПФ Термостойкие изделия, производит несколько типов фильтрующих тканей под торговой маркой Poly-Ox^®.
• ткани саржевого переплетения с поверхностной плотностью  270 г/м² на основе волокон арселон С^® под маркой Stop-fire; на ее основе производится широкий ассортимент термостойкой защитной одежды (изделия прошли сертификацию и их выпуск составил более 25000 комплектов).

Следует заметить, что приводимые характеристики ПОД волокон и нитей близки к таковым, а в некоторых случаях превышают таковые для ряда других видов термостойких гетероцепных ароматических волокон, хотя для каждого волокна характерны свои принципиальные  особенности свойств и своя ниша в сфере применения.