Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Химволокна и нити


Сырьевые/Химволокна и нити/Высокотермостойкие полиоксадизольные волокна, нити и текстиль на их основе

Высокотермостойкие полиоксадизольные волокна, нити и текстиль на их основе

30 января 2008
Технический текстиль №16, 2007

Дресвянина Елена Николаевна
Макарова Роза Александровна
Трусов Юрий Дмитриевич

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 250оС; 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.

ПРИМЕЧАНИЯ

 

1. Perepelkin K.E., Makarova R.A. Temperature resistant polyoxadiazole fibers and yarns // Chemical Fibers International,  2006, No 4, p. 24-29.

2.  Патент РФ. No 2213814. Приоритет 29.12.2000. Способ получения поли-оксадиазольного волокга или нити. Patent RF No 2213814; 29.12.2000.

3.  Патент РФ. No 2213815. Приоритет 29.12.2000. Способ получения поли-оксадиазольного волокна или нити.

4.  Perepelkin K.E. Russian Aromatic Fibres. In book: High-Performance Fibres. Ed. by J.W.S. Hearle -  Cambridge: Woodhead Publishing Ltd., 2001. -  P. 115 - 132; 146 - 154.

5. Макарова В.А., Панкина О.И., Макаров П.Б., Кузнецов В.А., Каширин В.Б. Доступная цена при высокой термостойкости // Технический текстиль. 2003, No 7, с. 27.

6. Mieck K.P., Taeger E. Eigenschaften und Einsatzgebiete von Polyoxazol-Faserstoffe // Texriltechnik. 1990, Bd. 40. N0 3, s. 154-158.

7. Perepelkin K.E. Chemical Fibers with Specific Properties for Industrial Application and Personnel Protection // Journal of Industrial Textiles. 2001, v. 31, No 2, p. 87 - 102.

8.  Perepelkin K.E. Chemical fibers and textiles with specific properties for industrial application, professional and environmental protection //  Chemical Fibers International. 2004, v. 54. No 2, p. 101-107.

9.  Перепелкин К.Е., Маланьина О.Б., Пакшвер Э.А., Макарова Р.А. Сравнительная оценка термических характеристик ароматических нитей (полиоксазольных, полиимидных и полиарамидных) // Химические волокна. 2004. № 5, с. 45-48.

10.  Перепелкин К.Е., Маланьина О.Б., Басок М.О., Макарова Р.А., Оприц З.Г. Термическая деструкция ароматических теромостойких нитей в среде воздуха и азота // Химические волокна. 2005 № 3, с. 36-38.

11.  Перепелкин К.Е., Пакшвер Э.А., Андреева И.В., Маланьина О.Б., Макарова Р.А., Оприц З.Г. Термические характеристики высокопрочных и термостойких ароматических нитей // Химические волокна. 2005, № 5, с. 27-31. 

12. Ткань Stop-Fire. Проспект ООО Триминар и ООО Тканьинвест. - Иваново. 2001.

13.  J.-S. Co "Albarrie". WebSite -  http\www.Albarrie.com

14.  ООО СолТэк. -  www.ZolTek.ru .

СПРАВКА

* Доклад был зачитан на семинаре, посвященном 100-летию со дня рождения проф. Г.Н.Кукина (2007).

КОМПАНИИ И ТОРГОВЫЕ МАРКИ, УПОМЯНУТЫЕ В СТАТЬЕ

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ