Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Химволокна и нити


Сырьевые/Химволокна и нити/Набухание и изменение свойств отечественных параарамидных нитей армос и русар при действии влаги

Набухание и изменение свойств отечественных параарамидных нитей армос и русар при действии влаги

24 августа 2006
Технический текстиль №13, 2006

Перепелкин Кирилл Евгеньевич
Травина Наталья Павловна

 Волокна и нити, обладающие высокими и сверхвысокими механическими и термическими свойствами, нашли широкое применение в современной технике, транспорте, спорте и других областях для создания высоконагруженных текстильных конструкций, высокопрочных композитов и изделий на их основе. Они незаменимы для изготовления сверхпрочных малодеформативных текстильных материалов, средств профессиональной безопасности и спасения, конструкционных композитов и изделий из них.

В процессах эксплуатации эти материалы и изделия могут подвергаться воздействию как экстремально высоких нагрузок и температур, так и других эксплуатационных факторов, в частности, воздействию воды и водных сред. Последнее имеет место не только при эксплуатации изделий, но и при их хранении.

Поэтому проблема взаимодействия влаги с волокнами и волокнистыми материалами и влияния влаги на их свойства является чрезвычайно важной. От изменения свойств под действием влаги прямо зависит работоспособность и эксплуатационная надежность изготовленных из них материалов и изделий.1 Особенно актуален этот вопрос для параарамидных нитей, области эксплуатации изделий из которых связаны с действием влаги и требуют гарантии сохранения высокого уровня прочностных характеристик.

Отечественные парарамидные нити русар и армос обладают весьма высокими показателями механических и термических характеристик, их сохранением при кратковременном воздействии температуры и при длительном термическом старении, а также одновременно по устойчивости к открытому пламени Эти их характеристики достаточно подробно изучены.

В процессах эксплуатации параарамидных нитей, изделий на их основе, а также при их хранении всегда имеет место воздействие влаги воздуха и жидкой среды. Однако анализ литературы показал, что гигроскопические свойства и набухание в воде отечественных параарамидов мало изучены. Кроме того, немногочисленные данные по набуханию в воде противоречивы.2, 3 В свою очередь, имеющиеся сведения о влиянии влаги на разрывные характеристики отрывочны и ненадежны, а по результатам длительного воздействия воды совершенно отсутствуют.

В связи с важностью проблемы воздействия влаги на параарамидные материалы, в первую очередь, отечественные нити армос и русар, были проведены систематические исследования, результаты которых кратко изложены в данной статье. Исследования включали изучение набухания и изменения механических свойств при длительном действии влаги.

В качестве объектов исследования были выбраны нити, характеристики которых сведены в табл. 1.

Для оценки набухания нити выдерживались в дистиллированной воде при 200С в течение заданных интервалов времени в переделе до установления равновесия, то есть до постоянства массы.

Кинетические кривые набухания в воде по изменению массы изученных нитей (рис.1), как видим, имеют монотонно возрастающий характер, и в течение достаточно длительного времени набухание стремится к равновесному значению. Анализ результатов показал, что степень равновесного набухания нитей армос и русар в пределе составляет 14...15%.

При набухании нитей происходит изменение механических свойств. Показатели этого изменения сведены в табл. 2.

Изменение механических свойств нитей при длительном действии воды определяли в течение года, с промежуточными оценками в течение всего этого периода. Образцы нитей после заданного времени выдерживания в дистиллированной воде при 200С отжимали, высушивали и кондиционировали при стандартных климатических условиях (относительная влажность воздуха 65±2%, температура 20±20С). Результаты воздействия воды оценивали по показателям разрывных характеристик. Типичные результаты испытаний - изменения нагрузки и удлинения при разрыве нитей (в относительных величинах к исходным значениям) показаны на рис. 2 и рис.3.

Анализ полученных кинетических кривых показывает, что изменение механических свойств нитей во времени при длительном воздействии воды может быть разбито на два периода: первый период наиболее интенсивных изменений (в первые 100 - 150 ч.) и второй период, когда изменение прочностных характеристик при воздействии воды замедляется, а удлинение при разрыве проходит через максимум.

Падение прочности после длительного воздействия воды для нитей армос и русар составляет не более 7...8%. Относительное изменение удлинения при разрыве после длительного действия воды имеет экстремум, при котором его относительное увеличение достигает 115...130%.

Принимая во внимание полученные результаты, становятся непонятными выводы о высоком набухании нитей армос, на основе показателей, приведенных в статье наших коллег.3 Поскольку в этой работе нет никаких сведений об изученных образцах, то приведенные там данные по набуханию могут относиться к свежесформованным нитям. Действительно, по нашим оценкам, близкие значения наблюдались для нитей армос и русар до их термической обработки.

Длительное нарастание набухания нитей аромос и русар в течение 30...40 и более суток до достижения равновесных значений, а также изменение механических свойств во времени указывает на протекание в них структурных изменений под действием воды. Аналогичное длительное изменение сорбционных свойств нитей СВМ было отмечено в другой работе.2

Одной из причин этого является то, что гетероциклические параарамиды характеризуются значительным содержанием полярных имидных функциональных групп (имеющих свойства оснований) в бензимидазольном цикле. В то же время параарамидные нити имеют хотя и высоко-ориентированную, но аморфную структуру, то есть не имеют трехмерной (кристаллической) упорядоченности.4 Поэтому имидные группы постепенно гидратируются по мере диффузии воды в межмолекулярное пространство и вызывают также постепенное протекание структурных перестроек и, соответственно, длительное изменение набухания нитей. Кроме того, с имидными группами ионно связан хлористый водород, образующийся при синтезе исходного сополимера.5 Медленная десорбция ионно-связанного хлористого водорода, высвобождение имидных групп и проникновение молекул воды в аморфную структуру приводит к изменению свойств нитей на протяжении длительного времени.

Этот своеобразный процесс с обратной связью достаточно часто наблюдается в материалах на основе полярных полимеров, в частности, целлюлозы: диффузия молекул воды и набухание меняет структуру, что в свою очередь приводит к продолжению диффузионного процесса и изменению скорости диффузии и одновременно к изменению свойств.

Наблюдаемое появлениие экстремума на зависимости удлинения при разрыве от времени может быть объяснено конкуренцией процессов пластификакции под влиянием диффундирующей воды и самопрозвольного упорядочения, характерного для набухающих ориентированных нитей.1, 6

Результаты проведенных исследований свидетельствуют об ограниченном набухании в воде параарамидных нитей армос и русар, а также об их способности в значительной степени сохранять свои механические характеристики даже после длительного воздействия воды.

Таким образом, проведенные исследования показывают значительный резерв эксплуатационной надежности отечественных параарамидных нитей армос и русар.

ПРИМЕЧАНИЯ

1 Перепелкин К.Е. Структура и свойства волокон - М.:Химия, 1985. - 208 с.

2 Койтова Ж.Ю., Перепелкин К.Е., Кынин А.Т., Лебедева Г.Г. Сорбционные свойства термостойких нитей на основе ароматических полимеров // Химические волокна, 1993, № 2 - С. 37 - 39.

3 Иовлева М.М., Смирнова В.Н., Мачалаба Н.Н., Будницкий Г.А. Набухание волокна армос в активных жидких средах // Химические волокна, 2001, № 2 - С. 29 - 31.

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

5 Кудрявцев Г.И., Варшавский В.Я. и др. Армирующие химические волокна для композиционных материалов. - М.: Химия, 1992. - 236 с.

6 Перепелкин К. Е. Самопроизвольное (спонтанное) ориентирование и удлинение химических волокон и пленок. - М.: Изд. НИИТЭХИМ. 1980. - 54 с.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ