CC BY
474
УДК 677.499
Е. А. Сергеева, К. Д. Костина
АНАЛИЗ АССОРТИМЕНТА АРАМИДНЫХ ВОЛОКОН И ИХ СВОЙСТВ
Ключевые слова: волокно, арамид, свойства, полимер.
Проведен обзор рынка арамидных волокон. Приведено сравнение популярных марок арамидных волокон. Обоснован выбор и описаны преимущества волокон Русар-С, Русар-НТ.
Keywords: fibers, aramid, properties, polymer.
The review the review of the market of aramide fibers is carried out. Comparison ofpopular brands aramide fibers is given. The choice is reasonable and advantages of Rusar-Sfibers, Rusar-NT are described.
Синтетические волокна, содержащие от 85% амидных связей, непосредственно связанных с двумя ароматическими кольцами и формуемые из полиамидных соединений (-CO-NH), относятся к ара-мидным. Процесс вытягивания арамидных волокон осуществляют из растворов волокнообразующих полимеров в сильных кислотах, таких, как концентрированная серная кислота.
Арамидные волокна относятся к классу ароматических полиамидных волокон. Волокна такого происхождения отличаются высокими значениями прочности, модуля упругости, химстойкости, теплостойкости. Впервые они стали известны под маркой «кевлар».
Мировой объем производства арамидных волокон составляет более 60 000 тонн в год, ежегодный прирост выпуска составляет около 10%. К зарубежным производителям арамидного волокна относятся такие, как Teijin Ltd (Япония), Kolon Industries Inc (Ю.Корея), DuPont (США), Teijin Twaron (Нидерланды), Kermel (Франция), ТОО «Казхимволокно» (Казахстан) и ОАО «СветлогорскХимволокно» (Беларусь). В России производителями арамидных волокон являются: ООО НПП «Термотекс» (г. Мытищи), ООО «Лирсот» (г. Мытищи), ООО «Арамид» (г. Каменск-Шахтинский), ОАО «Каменскволокно» (г. Каменск-Шахтинский) ОАО НПК «Тверьхимво-локно» (г. Тверь) [1].
Лидером по производству арамидных волокон среди предприятий отечественной промышленности является ОАО «Каменскволокно», которое выпускает в год волокон около 20 тонн. Это предприятие преимущественно работает на государственный заказ.
Процесс производства арамидного волокна состоит из нескольких стадий. Полимеры для синтеза арамидных волокнистых материалов получают при положительных температурах до 10 °C методом поликонденсации. Основным процессом при получении волокнообразующего сырья является интенсивное перемешивание основного раствора и дополнительных реагентов. Выделяемые из синтезированного раствора крошка или гель идут на стадию промывки и сушки. Далее полученный полимер растворяют в одной из сильных кислот, например, в концентрированной серной кислоте. Готовые волокна или нити получают методом экструзии через фильеры при температуре формования 50 ... 100 °C. Полученные в результате экструзии волокна под-
вергаются кратковременному воздушному охлаждению в прослойке высотой 5-20 мм и попадают в осадительную ванну с водой, температура которой менее 4 °С На следующем этапе волокно промывается, собирается на приемном устройстве и высушивается. Для повышения механических свойств волокна, оно подвергается дополнительной обработке, такой, как вытягивание или термообработка. Состав применяемого сырья, параметры технологического процесса синтеза волокон, свойства использованных растворителей, и условия термообработки влияют на свойства готовых волокнистых материалов.
На сегодняшний день наиболее известными и распространенными изомерами арамида являются пара- и метаарамид. Волокна, полученные на основе вышеуказанных полимеров, различаются по своим свойствам. Метаарамидные волокна обладают высокой температурной устойчивостью. Для параара-мидных волокон характерна высочайшая прочность. Именно эти свойства определяют области применения волокон. Метаарамидные волокна применяются, как правило, в огнезащитной одежде, термоустойчивых фильтрах и других изделиях, где необходима повышенная термо- и огнестойкость, легкость, гибкость. Параарамидные волокна используются для армирования пластиков, резиновых изделий, оптоволоконных кабелей, изготовления защитной одежды [2].
Параарамидные волокна различаются в зависимости от состава волокнообразующего полимера:
- полипарафенилентерефталамид (ПФТА) (Тварон (Нидерланды), Кевлар (США));
- сополимер близкий по составу к ПФТА с содержанием сомономеров 5-15 % (Терлон, (Россия));
- полиамидобензимидазол (ПАБИ) на основе гетероциклического диамина и терефталоилхлорида (СВМ (Россия));
- сополимер ПАБИ с ПФТА на основе гетероциклического диамина (45-35% мол.), парафенилен-диамина (5-15% мол.) и терефталоилхлорида (50% мол.) (Армос, Русар (Россия));
- параметаполиарамид на основе парафенилен-диамина, 3,4'-параметадиаминодифенилоксида и терефталевой кислоты (Технора (Япония)) [1,3].
Основные показатели свойств марок арамидных волокон Кевлар®, Руслан®, Русар-С® имеют некоторые отличия. Сравнительные свойства арамидных волокон марки Русар-С® (ООО НТП «Термотекс»),
Руслан® (ОАО «Каменскволокно»), Кевлар® (Дюпон) представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Свойства некоторых марок арамид-ных волокон
Наименование показателя Кевлар® Руслан® Русар-С®
1. Плотность, г/см3 1,44 1,46 1,45
2. Линейная плотность, текс 167 58 60
3. Удлинение нити при разрыве, %, 3,6 не > 3,5 не > 2,6
4. Модуль упругости при растяжении, ГПа, не менее 70,5 120 1 65-175
5. Разрушающее напряжение элементарной нити при растяжении в микропластике, МПа, не менее 3600 4400 53906370
6. Количество фила-ментов, шт. 1000 300 200
Показатели наиболее важных при создании КМ свойств волокна Русар-С (модуль упругости при растяжении и разрушающее напряжение элементарной нити пропитанной смолой) превышают соответствующие показатели волокон Кевлар, вероятно, это объясняется различием химического состава волок-нообразующего полимера. Волокна марки Русар-С отличаются от других марок отечественного производства более высокими прочностными характеристиками. Это объясняется использованием технологии сухо-мокрого формования, которая позволяет сгладить рельеф поверхности и увеличить тем самым физико-механические свойства волокна. Кроме того, в последние годы ООО НТП «Термотекс» организовало производство волокна марки Русар-НТ, отличающееся повышенным модулем упругости и кислородным индексом по сравнению с волокном Русар-С. Поэтому в качестве объектов исследования целесообразно выбрать волокна российского производства марок Русар-С, Русар-НТ. В то же время интерес представляет сравнение известного мирового бренда (волокна Кевлар) с инновационным волокном отечественного производства (Русар-С, Ру-сар-НТ).
Из недостатков арамидных волокон можно выделить их высокую стоимость. При намокании в волокне нарушаются водородные связи, что является причиной снижения его механической прочности почти в два раза. При выпаривании влаги арамид-ное волокно приобретает первоначальные свойства. Однако, для арамидных волокон характерен процесс старения, приводящий к безвозвратной потере механической прочности. Применение аппретириую-щих добавок и замасливателей позволяет ряду производителей гарантировать сохранение свойств ара-мидов в течении 5 лет. Согласно обзору литературы, применяя различные способы обработки волокон, можно добиться практически полного устранения вышеперечисленных недостатков. Плохую окраши-ваемость так же относят к недостаткам арамидных волокон. Арамидное волокно бывает жёлтого цвета, что не имеет значения при техническом применении, но при изготовлении из него повседневной одежды может помешать.
Для регулирования свойств арамидных волокон, изменения поверхностных, адгезионных и других свойств, в зависимости от марки и назначения волокна, интерес представляет применение плазменной технологии, позволяющей придавать материалам заданные свойства [4-5].
Литература
1. Сергеева, Е.А. Рынок нанокристаллических химических волокон: состояние, перспективы, инновации /Е.А. Сергеева. - Казань: Изд-во КГУ, 2010. - С.128
2. Армирующие химические волокна для композиционных материалов/ под ред. Б.Э. Геллера. - М.: Химия, 1992.-236с.
3. Кудрявцев, Г.И. Полиамидные волокна / Г.И. Кудрявцев, М.П. Носов, А.В. Волохина. - М: Химия, 1976. -264с.
4. Сергеева, Е.А. Исследование адгезионной способности ВППЭ волокон, обработанных плазмой ВЧ-разряда/ Е.А. Сергеева, И.Ш. Абдуллин, Н.В. Кудинов, Е.И. Ме-кешкина-Абдуллина // Вестник Казанского технологического университета. - 2009. - №1. - С. 27-32.
5. Сергеева, Е.А. Влияние плазменной обработки на изменение массы высокомодульных полиэтиленовых волокон / Е.А. Сергеева, И.А. Гришанова, Л.Н. Абуталипова, С.В. Илюшина // Вестник Казанского технологического университета. - 2010. - №10. - С. 187-190.
© Е. А. Сергеева, проф. каф. ПНТВМ КНИТУ, katserg@rambler.ru; К. Д. Костина Дамировна, аспирант той же кафедры, karikostina@mail.ru.
© Е. А. Sergeeva, prof. of the department «Plasma- and nanotechnology high-molecular materials», KNRTU, katserg@rambler.ru; К. D. Kostina, post graduate of the department «Plasma- and nanotechnology high-molecular materials», KNRTU, karikostina@mail.ru.
