Полиэфирная техническая нить повышенной термостабильности Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Полиэфирная техническая нить

повышенной термостабильности

Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) широко применяют в производстве синтетических волокон, пленок, упаковочных материалов из-за хороших термических и механических свойств, а также относительно низкой стоимости и возможности повторной переработки. Во всем мире выпускается больше полиэфирных, чем всех других синтетических волокон. Это обусловлено такими их ценными свойствами, как прочность, светостойкость, несминаемость, устойчивость к истиранию и др.

Потребители предъявляют к термостабильности полиэфирных

волокон достаточно высокие требования. В силу своей химической природы ПЭТФ относительно устойчив к температурным воздействиям: он выдерживает без заметного разложения длительное нагревание до 250-300 °С (например, при синтезе полимера и формовании волокна). Но все же термостабильность - одно из критических свойств полиэтилен-терефталата, так как в условиях его переработки и эксплуатации, а также при производстве и использовании резино-технических изделий, армированных техническими нитями (приводные ремни, конвейерные ленты, пожарные шланги), протекают процессы деструкции, что в конечном итоге отрицательно сказывается на механических характеристиках продукции.

В рамках государственной научно-технической программы «Химические технологии и производства» (подпрограмма «Научно-техническое обеспечение нефтяной и химической промышленности», научный руководитель задания - Н.Р. Прокопчук) выполнялась работа, целью которой было повышение термостабильности полиэфирной технической нити, выпускаемой ОАО «Моги-

левхимволокно». Выявлялись причины снижения этой характеристики на стадиях синтеза полимера и формования из него нитей.

При получении сложных полиэфиров и эксплуатации изделий из них могут происходить различные процессы разрушения. Для ПЭТФ можно выделить 3 основных типа деструкции:

■ термическая (при высоких температурах);

■ термоокислительная (при высоких температурах и в присутствии кислорода);

■ гидролитическая (в присутствии воды, веществ кислотной и основной природы).

Особое внимание нужно уделять гидролитической деструкции ПЭТФ, протекающей под действием паров воды. Разрушение происходит в случае использования при сушке горячего воздуха с высокой влажностью, а также при плавлении недостаточно высушенного гранулята и приводит к значительному снижению качества конечных изделий, в первую очередь нитей.

В Белорусском государственном технологическом университете (БГТУ) были разработаны методики, специально предназначенные для изучения термостабильности ПЭТФ и нитей из него. По значениям энергии активации термоокислительной

Полимерные материалы

Николай Прокопчук,

завкафедрой Белорусского государственного технологического университета, член-корреспондент, доктор химических наук, профессор

Павел Казаков,

старший

преподаватель

Белорусского

государственного

технологического

университета,

кандидат

технических наук

Юрий Можейко,

начальник центральной исследовательской лаборатории ОАО «Могилев-химволокно», кандидат технических наук

деструкции, как было предложено, ученые смогли оценивать эту характеристику полимера в виде как гранулянта, так и волокна. Также был разработан способ определения устойчивости ПЭТФ к разрушению с помощью ИК-спектроскопии, основанный на установлении содержания продуктов разложения полиэфира. Благодаря такому подходу ученые смогли проследить изменение характеристики на всей технологической цепочке производства нитей - от получения полимера до термовытяжки нитей.

Изучалась устойчивость гранулятов ПЭТФ и полиэфирного волокна к термическому воздействию. Выявлена зависимость термостабильности полимера от условий его синтеза и параметров выпуска технических нитей, в том числе от производительности линий. Максимальные понижения характеристики наблюдаются на стадиях сушки и термовытяжки.

Кроме мономеров для получения полиэтилентерефталата применяется ряд дополнительных веществ катализаторов переэте-рификации, поликонденсации, стабилизаторов и др. При этом необходимо использовать стабилизаторы или их смеси, которые одновременно подавляют как окислительную деструкцию, так и гидролиз сложного полиэфира.

В ЦИЛ ОАО «Могилевхим-волокно» были синтезированы образцы ПЭТФ с применением группы стабилизаторов, чтобы изучить эффективность действия последних, а также сформованы опытные образцы термостабили-зированных полиэфирных нитей. С помощью ряда методик исследована устойчивость к термической деструкции стабилизированных образцов ПЭТФ. Термостабильность полимера оценивалась такими методами, как термогравиметрия (определение энергии активации термоокислительной деструкции), инфракрасная спектроскопия (установление содержания продуктов распада), вискозиметрия (расчет молекулярной массы), электронная

микроскопия поверхности волокон. Измерялась способность сформованных нитей сохранять прочность при воздействии температуры 200 °С в течение 2 ч. По результатам лабораторных испытаний опытных образцов отмечено положительное влияние термостабилизаторов на устойчивость полиэфирного волокна к термоокислительной деструкции. На основании экспериментальных данных, стоимости, доступности на рынке был выбран наиболее эффективный фосфорорганиче-ский стабилизатор.

Заметим, что применение новой системы в производстве ПЭТФ и полиэфирных нитей не требует изменения технологии и приобретения дополнительного оборудования. В рамках проекта ПЭТФ выпускался в соответствии с опытно-промышленным технологическим регламентом на существующем оборудовании химического цеха завода органического синтеза. Физико-химические показатели соответствовали техническим условиям.

В 2010-2012 гг. на заводе полиэфирных нитей ОАО «Могилевхимволокно» в рамках НИОК(Т)Р осваивали производство нового для Беларуси вида продукции - высокопрочной полиэфирной нити с повышенной термостабильностью и адгезией. Физико-механические показатели соответствовали требованиям ТУ ВУ 700117487.062-2012 «Нить полиэфирная с повышенной адгезией высокопрочная термостойкая» для высшего сорта. Применение разработанного ПЭТФ позволило повысить качество и конкуренто-

способность продукции, удержать и увеличить ее экспортные поставки предприятиями концерна «Белнефтехим».

В 2010 г. выпускались опытные партии микроматированного гранулята с повышенной термостабильностью марки ТС, из которого при плане 100 т наработано 101 т нити на сумму 674 млн руб. ПЭТФ марки ТС производился в трех вариантах (использовались различные стабилизаторы).

Через год полиэтиленте-рефталат уже перерабатывался на адгезионном потоке в высокопрочные термостабильные полиэфирные нити линейной плотности 111 текс с дальнейшим превращением их в крученые нити. При плане 500 т выпущено 514 т технической нити данного ассортимента на сумму 12693 млн руб.

В 2012 г. при плане 2000 т произведено 2024,8 т полиэфирной нити, в дальнейшем переработанной в крученые нити. Стоимость выпущенной продукции составила 41139 млн руб.

Основными потребителями стали организации Российской Федерации: ООО «Иллит», Брянск; ООО «Белнефтехим-Рос», Москва; ООО «Техинвест», Санкт-Петербург; ОАО «Курская фабрика технических тканей» и др. Продукция также была реализована белорусским предприятиям: ИЗАО «Кохановский трубный завод «Белтрубпласт», Витебская область; «Кораллрост», Могилев; ИП «Стс-Белполипластик», Минск, и др.

Сравнительный анализ опытных и серийных высокопроч-

Значение показателя

Наименование показателя Опытная нить (среднее за 2011 и 2012 гг.) Серийная нить (февраль-май 2012 г.)

Удельная разрывная нагрузка, мН/текс 746-747 735

Линейная усадка (150 °С, 30 мин.), % 3,1 3

Удлинение нити при разрыве (для некрученых нитей), % 12,7 12,8

Термостабильность некрученой нити, % 90 87

Термостабильность крученой нити, % 92 88

Таблица 1. Сравнительный анализ опытной и серийной нити

25

ных нитей (линейная плотность последних - 111 текс) по процессу ориентационного вытягивания показывает улучшение ряда эксплуатационных характеристик выпускаемой нити по сравнению с нормой (табл. 1).

Применение смеси стабилизаторов позволило повысить как технологичность процесса ориен-тационной вытяжки полиэфирной нити, так и качество последней. Была снижена обрывность нитей при формовании и вытяжке, что уменьшило процент брака и повысило сортность продукции. Использование стабилизатора практически не сказывается на себестоимости нити, так как он вводится в полимер в очень малых количествах.

За три года изготовлено 2639,8 т высокопрочной полиэфирной нити с повышенной термостабильностью и адгезией на сумму 54507 млн руб. Экономическая эффективность как отношение стоимости произведенной продукции к средствам, затраченным на выполнение НИОК(Т)Р, составляет 181,7 руб. на 1 руб. в общем и 363,4 руб. на 1 руб. из республиканского бюджета в частности.

Большой вклад в успешную реализацию проекта и освоение нового вида продукции внесли сотрудники ОАО «Могилевхим-волокно» и ГП «Институт нефти и химии». Особую благодарность разработчики выражают главному технологу завода полиэфирных нитей С.А. Грищенковой.

Литература

1. Казаков П.П., Прокопчук Н.Р. Экспресс-метод оценки термостабильности полимеров // Доклады НАН Беларуси. 2005. Т.49, №5. С. 109-113.

2. Казаков П.П., Прокопчук Н.Р. Анализ причин снижения термостабильности полиэфирных технических нитей в процессе производства на ОАО «Могилевхимволокно» // Материалы, технологии, инструменты. 2005. Т.10, №4. С. 54-58.

3. Казаков П.П. Оценка термостабильности полиэфирных нитей по энергии активации их термоокислительной деструкции // Весц[ НАН Беларусь Серыя х(м(чных навук. 2005. №5. С. 45-47.

4. Казаков П.П., Прокопчук Н.Р. Изменение термостабильности полиэтилентерефталата на стадиях технологического процесса производства технических нитей на ОАО «Могилевхимволокно» // Труды БГТУ, Серия IV Химия и технология органических веществ. 2005. Вып. XIII. С. 3-7.

«Умные материалы»:

время убирать кавычки

Непременный атрибут цивилизации -материалы, активно используемые человеком в разнообразных сферах. Не случайно их создание и совершенствование стало приоритетным научно-техническим направлением во всех развитых странах.

Сергей Шилько,

завлабораторией

механики композитов и биополимеров Института механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси

mm

Ш

шШ

iW

* V ' Г

Юрий Плескачевский,

председатель

Гомельского филиала НАН Беларуси, член-корреспондент

При всем многообразии, крупнотоннажности и значимости стали, алюминиевых сплавов, бетона, древесины, пластиков, продолжаются поиски новых составов материалов и режимов их переработки в изделия, чтобы удовлетворить растущие потребности современного общества. Данная проблема особенно актуальна в части производства конструкционных материалов для нужд машиностроения, строительства и других важнейших отраслей. К сожалению, до сих пор некоторые разработчики приспосабливают новую конструкцию к узкому перечню известных или доступных им материалов. Так появляются морально и физически устаревшие уже при рождении образцы техники. Более прогрессивен комплексный подход (рис. 1), при котором одновременно и всесторонне, за несколько уточняющих шагов, взаимоувязываются требования к конструкции, материалу и технологии для достижения ключевых показателей.

Однако в то время как конструкции и технологии (даже чрезвычайно сложные) улучшаются с использованием компьютерных средств автоматизированного проектирования,