Непрерывное волокно и способ его получения
Сущность изобретения: раствор смеси полипарафенилентерефталамида с 3-30% поливинилпирролидона с мол. 10000-40000 в серной кислоте экструдируют через фильеру и воздушную прослойку в водную ванну, имеющую температуру 5°С. Экструдат вытягивают в воздушной прослойке в 6,3 раза. Промывают водой и/или разбавленным водным раствором щелочи. 2 н.п. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.
Изобретение относится к технологии получения химических волокон, в частности к получению волокон из ароматического полиамида в смеси с поливинилпирролидоном.
Известны волокна, полученные из смеси полипарафенилентерефталамида (РРД-Т) с различными полимерами, например с другим ароматическим полиамидом [1 и 2] , с полиакрилонитрилом [3]. Эти волокна обладают или повышенными прочностными показателями, или улучшенной накрашиваемостью. Наиболее близким изобретению является волокно, полученное из смеси РРД-Т полиамидом, содержащим звенья диаминобензанилида. Волокно обладает прочностью до 23,9 гс/денье, удельной прочностью до 26,8 гс/денье, имеет круглую форму поперечного сечения [4]. Получают волокно экструдированием раствора смеси указанных полимеров в серной кислоте через фильеру и воздушный некоагулирующий слой в водную осадительную ванну с последующей промывкой водой и/или разбавлением водным раствором щелочи [4]. Обладая неплохими прочностными показателями, повышенными значениями истирания при изгибе, известные волокна не обладают комплексом таких необходимых свойств как улучшенная окрашиваемость, повышенным сопротивлением к воспламенению или повышенным сцеплением в композиционных структурах. Задача, на решение которой направлено данное изобретение, состоит в получении волокон из РРД-Т, обладающих комплексом указанных свойств, обеспечивающих использование их в технических целях. Технический результат, полученный при осуществлении изобретения, достигается за счет того, что экструдируют через фильеру и воздушную прослойку в водную коагуляционную ванну раствор смеси РРД-Т с 3-30 мас.% поливинилпирролидона с мол. массой 10-40 тыс., взятого в качестве другого полимера, причем в воздушной прослойке экструдат вытягивают в 6,3 раза, а коагуляцию осуществляют в ванне с температурой 5оС. Толщина воздушной прослойки составляет 0,5-2,5 см. Волокно промывают водой и/или разбавленным водным раствором щелочи. Полученное волокно имеет прочность до 23,9 гс/денье, удельную прочность - до 26,8 гс/денье, неправильную форму сечения и плотность 1,3484-1,4048 г/см3. Сущность изобретения заключается в следующем. Прядильный раствор может быть получен путем перемешивания РРД-Т и ПВП в виде тонко размельченных макрочастиц с растворителем прядильного раствора, например с концентрированной серной кислотой. При этом кислота должна быть подогрета в целях полного растворения РРД-Т и ПВП, а температура должна быть как можно ниже для минимизирования деградации полимера. Альтернативно, прядильный раствор может быть получен путем перемешивания одного из полимеров в виде тонко измельченных макрочастиц с растворителем прядильного раствора, с последующим добавлением другого полимера. Следует отметить, что общая концентрация полимера должна быть такой, чтобы прядильный раствор был анизотропным. Волокна настоящего изобретения, в основном, изготавливают из смеси ПВП и РРД-Т и стандартных добавок, таких как красители, наполнители, матирующие агенты, УФ-стабилизаторы, антиоксиданты, антипирены и т.п., которые также могут быть добавлены в смесь, по необходимости. При использовании РРД-Т гомополимера и концентрированной серной кислоты, точка плавления прядильного раствора настоящего изобретения слегка снижается от 72 (при 3% ПВП) до 71оС (при 6% ПВП), а затем увеличивается приблизительно до 75оС (при 15% ПВП) и снова уменьшается до 72оС при около 20% ПВП. Точка замерзания указанных растворов снижается приблизительно от 30оС (при 3% ПВП) до приблизительно 25оС при 6-9% ПВП, а затем плавно возрастает приблизительно до 38оС при около 15% ПВП и снова снижается до 24оС при около 20% ПВП. Прядильные растворы настоящего изобретения могут быть экструдированы при любой температуре, при которой они являются жидкостями. Поскольку степень деградации полимера является некоторым образом функцией времени и температуры, то желательно использовать как можно более низкие температуры в пределах допустимого диапазона. Растворы настоящего изобретения являются оптически анизотропными, т.е. в массе они деполяризуют плоскополяризованный свет, потому что пропускание света в микроскопических объемах раствора варьируется в зависимости от направления. Микроскопические домены в растворах являются двояколучепреломляющими. Растворы настоящего изобретения подвергают формованию стандартным способом [5]. Волокна по предлагаемому способу могут быть подвергнуты тепловой обработке после высушивания или во время высушивания. Тепловую обработку проводят при 250-550оС в течение 1-6 с в условиях натяжения 11-12 г/денье тепловая обработка приводит к увеличению эффективного модуля упругости волокон. До настоящего времени, в результате тепловой обработки, прочность пара-арамидных волокон, как правило, снижалась. При работе над данным изобретением неожиданно было обнаружено, что волокна, образованные из смеси РРД-Т и ПВП с содержанием ПВП около 12-17%, не претерпевают ухудшения прочности в результате тепловой обработки при аналогичных условиях. Очевидно здесь играет роль использование ПВП в сочетании с РРД-Т. Известно, что ПВП является растворимым в воде, и при использовании ПВП в количестве до 30% в волокнах значительное количество ПВП не выщелачивается в воде. Как было описано выше, только что спряденные волокна подвергают коагуляции в водных растворах. Значительное количество ПВП не выщелачивается из коагулированных волокон в коагуляционной ванне. Многие качества предлагаемых волокон могут быть регулируемыми или модифицированными с помощью определенного количества ПВП, вводимого в волокна. Как установлено, ПВП может присутствовать в количествах 3-30 мас.% (по массе РРД-Т). Волокна по предлагаемому способу с хорошими характеристиками можно получить практически при любых концентрациях ПВП, однако, при концентрациях, меньших указанного выше нижнего предела, эти преимущества трудно определить. Превышение верхнего указанного предела концентрации ПВП приводит к ухудшению некоторых качеств волокна. В связи с этим следует отметить, что специалисты не относят ПВП к разряду тех материалов, включение которых в волокна дает исключительные результаты, и даже при том, что включение его вместе с РРД-Т в волокна настоящего изобретения привело в целом к неожиданному улучшению качества указанного волокна, существуют также концентрации ПВП, выше которых некоторые качества волокон становятся неприемлемыми. Очевидно, что количество ПВП, превышающее 30 мас.% (по отношению к РРД-Т), необратимо выщелачивается из волокон в коагуляционной ванне при их обработке. Окрашиваемость. Волокна, изготовленные целиком из пара-арамида, трудно поддаются окрашиванию, так как красящие вещества не могут легко проникать в молекулярную структуру таких волокон. Напротив, предлагаемые волокна легко окрашиваются. При концентрации ПВП лишь 3 мас% (от пара-арамида) для окраски волокон могут быть использованы основные красители путем стандартных способов крашения. Основными красителями являются красители, имеющие катионные группы в своей молекуле. Окрашиваемость с использованием основных красителей возрастает с возрастанием концентрации ПВП до значения 15 мас.% (по отношению к пара-арамиду), а при увеличении концентрации ПВП выше 15 мас. % указанная способность к окрашиванию основным красителем меняется незначительно. При использовании кислотных красителей окрашиваемость волокон довольно низкая при концентрациях ПВП ниже приблизительно 12-15 мас.% (на основе пара-арамида), а при достижении указанных концентраций способность к окрашиванию резко возрастает и остается достаточно высокой с дальнейшим возрастанием концентрации ПВП. К кислотным красителям относятся красители, имеющие анионные группы в своей молекуле. На основании вышесказанного очевидно, что любые концентрации ПВП в волокнах по изобретению способствуют улучшению окрашиваемости волокон независимо от того, является указанная концентрация в пределах предпочтительного диапазона до 30 мас.% или нет. Плотность волокна. Плотность волокон, изготовленных из РРД-Т, составляет приблизительно 1,45 г/см3. Плотность волокон из ПВП обычно составляет 1,29 г/см3. Плотность волокон настоящего изобретения варьируется в зависимости от концентрации ПВП в волокнах. При низких концентрациях ПВП плотность волокон резко уменьшается от 1,4048 г/см3 до своего минимального значения, приблизительно 1,3484 г/см3, а затем вновь плавно возрастает при увеличении концентрации. Некруглая форма. Волокна, сформованные с помощью круглых фильер, обычно имеют круглую форму, и, в основном, волокна принимают форму фильеры, с помощью которой они были экструдированы. Волокна получают некруглую форму некоторым образом случайно, т.е. независимо от формы фильеры. Было обнаружено, что после обработки в коагуляционной ванне волокна настоящего изобретения приобретают неправильную форму, напоминающую шестиугольник. На фиг.1 изображена фотография волокон настоящего изобретения, полученных с использованием 12 мас.% ПВП (по массе РРД-Т). Волокна, показанные на этой фигуре, были изготовлены с использованием многоканального мундштука с круглыми отверстиями диаметром 0,063 мм (фотографии получены с увеличением х 1000). Причина получения волокон предлагаемым способом, имеющих некруглую форму, полностью не выяснена. Некруглую форму имеют волокна настоящего изобретения, в которых содержание ПВП относительно РРД-Т превышает приблизительно 9%. Волокна с некруглым профилем имеют большую поверхность, чем волокна круглой формы, и вследствие этого они обладают лучшей способностью к склеиванию с матричными материалами, по сравнению с круглыми волокнами с тем же денье, и к тому же они являются гораздо более мягкими наощупь, чем волокна с круглым профилем. Термостойкость. Помимо указанных выше улучшенных качеств волокон по изобретению, было обнаружено, что изготовленные из этих волокон изделия обладают повышенной термостойкостью и устойчивостью к возгоранию. Установлено также, что изделия, изготовленные из волокон настоящего изобретения, содержащих 6-20 мас.% ПВП (в отношении РРД-Т), показывают значительное повышение огнестойкости. Стойкость против теплового старения. В качестве показателя улучшения теплостойкости волокон настоящего изобретения может служить тот факт, что эти волокна обнаружили значительно более высокую, по сравнению с волокнами прототипа (изготовленными из РРД-Т), прочность после теплового воздействия. В испытаниях на сохранение прочности после теплового воздействия было установлено, что волокна настоящего изобретения, содержащие 12% ПВП по отношению к РРД-Т, сохраняют 94% от своей первоначальной прочности, тогда как волокна, изготовленные лишь из РРД-Т при таком же размере в аналогичных условиях, сохраняют 82% своей первоначальной прочности. Склеивание с эластомерными матрицами. Пара-арамидные волокна часто используют в качестве армирующих материалов в полимерных матрицах, например в резиновых изделиях. Для использования пара-арамидных волокон в качестве приемлемых армирующих материалов они должны обладать соответствующей способностью склеиваться с матрицами. Улучшение адгезивной способности волокон способствует улучшению армирования. Было установлено, что волокна настоящего изобретения проявляют способность к склеиванию с резиной, в 2 раза превышающую указанную способность РРД-Т волокон прототипа. Методы испытания Линейная плотность Весовой номер волокна или денье означает массу в граммах пряжи длиной 9000 м. Умножение денье на 1,111 дает значение линейной плотности в дтекс. Механические свойства при растяжении Прочность определяется, как разрушающее напряжение, поделенное на линейную плотность. Модуль упругости определяется, как угол наклона начальной кривой зависимости деформации от напряжения, и измеряется в тех же единицах, что и прочность. Удлинение выражается в процентном увеличении длины волокна при разрыве. Прочность и модуль упругости сначала рассчитывают в г/денье, а затем, умножая на 0,8838, получают значение в единицах кН/текс. Каждое измерение берется, как среднее из 10 разрывов. Удельную прочность определяют, как разрушающее напряжение, деленное на линейную плотность с поправкой на количество ПВП. Поскольку присутствие ПВП очень мало влияет на прочность волокон, по сравнению с РРД-Т, то прочность волокна может быть скорректирована на присутствие ПВП. Удельная прочность является мерой прочности РРД-Т в волокне и измеряется путем деления прочности на весовую фракцию РРД-Т в волокне. На фиг.2 представлена зависимость удельной прочности от содержания ПВП в волокнах настоящего изобретения. Механические свойства пряжи при растяжении измеряли при 24оС и относительной влажности 55% после увлажнения при условиях испытания в течение по меньшей мере 14 ч. Перед каждым испытанием пряжу скручивали с коэффициентом крутки 1,1 (например, пряжу с номинальным весовым номером 1500 скручивали приблизительно с 0,8 об/см). Каждый крученый образец имел длину 25,4 см и растягивался на 50% в мин (по отношению к первоначальной длине в нерастянутом состоянии) с помощью стандартного регистрирующего напряжение - деформацию, устройства. Коэффициент крутки (ТМ) приводит в соответствие зависимость кручения на единицу от линейной плотности откручиваемой пряжи. Указанный коэффициент рассчитывается по формуле: ТМ = (денье)1/2 (об/дюйм)/73, где об/дюйм = обороты/дюйм; ТМ = (дтекс)1/2 (об/cм)/30,3, где об/см = обороты/см. Окрашиваемость. Окрашиваемость волокон настоящего изобретения определяли путем окраски волокон с использованием красного красителя и измерения компонента цвета "а" с помощью колориметра "Hunter", например Huntelab ob heston. В качестве способа определения цвета использовали метод испытания ААТОС 153-1985; ААТОС - Американская ассоциация специалистов по красителям для тканей. Для целей настоящего изобретения, абсолютные значения величины "а", определенные посредством указанного испытания, не являются столь уж важными. Различие в окрашиваемости волокон легко увидеть с помощью относительных значений для различных волокон. На шкале "а" значение 0 соответствует нейтральному красному, а значение 30 соответствует ярко-красному. Огнестойкость. Это испытание предназначено для моделирования тепла от сгорания нефтяного топлива при 50/50-образовании конвекции и радиантного тепла для полного теплового потока 2,0 кал/см2




Формула изобретения
1. Непрерывное волокно, выполненное из смеси полипарафенилентерефталамида с другим полимером, имеющее прочность до 23,9 гс/денье и удельную прочность до 26,8 гс/денье, отличающееся тем, что в качестве другого полимера оно содержит поливинилпирролидон с мол.м. 10000-40000 в количестве 3-30 мас. % . , имеет неправильную форму поперечного сечения и плотность 1,3484-1,4048 г/см3. 2. Способ получения непрерывного волокна приготовлением однородного раствора из смеси полипарафенилентерефталамида с другим полимером в серной кислоте при нагревании, экструдированием его через фильеру и воздушную прослойку в водную коагуляционную ванну с последующей промывкой водой и/или разбавленным водным раствором щелочи, отличающийся тем, что в качестве другого полимера используют поливинилпирролидон с мол.м. 10000-40000 в количестве 3-30% от массы полипарафенилентерефталамида, экструдат вытягивают в воздушной прослойке в 6,3 раза, а коагуляцию осуществляют в ванне с температурой 5oС. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что толщина воздушной прослойки составляет 0,5-2,5 см.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Похожие патенты:
Композиция для формования волокна // 2011701
Способ получения волокон // 1782253
Способ получения пористых волокон // 303375
Способ получения высокопрочного волокна // 2130980
Изобретение относится к области получения высокопрочных волокон на основе ароматических сополиамидобензимидазолов (ПАБИ), используемых, как правило, в органопластиках авиакосмического, оборонного и др
Изобретение относится к области получения синтетических нитей, в частности синтетических нитей, формуемых из анизотропных растворов в серной кислоте жесткоцепных ароматических полиамидов, смешанных с алифатическими полиамидами
Полипарафенилентерефталамидная пульпа // 2151829
Изобретение относится к получению высококачественной волокнистой пульпы
Композиция для формования волокон или пленок // 2215833
Изобретение относится к технологии получения формованных изделий - волокон или пленок на основе ароматического сополиамида с гетероциклами в цепи и может быть использовано в химической промышленности для армирования пластмасс, резинотехнических изделий, в качестве шинного корда, для получения тканей и в других материалах технического назначения, а также для изготовления пленок и пульпы
Изобретение относится к технологии получения синтетических нитей, волокон и филаментов из полиамида
Электропроводящая параарамидная пульпа // 2265680
Изобретение относится к получению электропроизводящей пульпы для изготовления бумаги, армирования полимерных материалов, упаковочной пленки
Термопластичное моноволокно для щетины // 2287030
Изобретение относится к технологии получения термопластичных моноволокон и может быть использовано при производстве для щетины, которая при использовании подвергается воздействию повышенной влажности
Изобретение относится к технологии получения термоогнестойких текстильных материалов, в частности, полученных из смеси термостойкого синтетического волокна и окисленного полиакрилонитрильного волокна, которые могут быть использованы для изготовления защитной одежды спасателей, военнослужащих, пожарных, нефтяников и газовиков, фильтровальных тканей для очистки горячих газов от токсичной пыли в металлургической, цементной и др