Хімічні волокна

Химические волокна.

Євген Варнавский.

З 1931 року, крім бутадиенового каучуку, синтетичних полімерів не було, а виготовлення волокон використовувалися єдино відомі тоді матеріали з урахуванням природного полімеру — целлюлозы.

Революційні зміни настали на початку 1960;х років, коли відразу після оголошення відомої програми хімізації народного господарства промисловість нашої країни початку освоювати виробництво волокон з урахуванням поликапроамида, полиэфиров, поліетилену, полиакрилонитрила, поліпропілену та інших полимеров.

Тоді полімери вважали лише дешевими замінників дефіцитного природного сировини — бавовни, шовку, вовни. Але незабаром прийшов розуміння те, що полімери і волокна з їхньої основі часом краще традиційно використовуваних природних матеріалів — вони легше, міцніше, більш жаростойки, здатні працювати у агресивних середовищах. Тому всі свої зусилля хіміки і технологи направили створення нових полімерів, які мають високими експлуатаційними характеристиками, і методів їхньої переробки. І досяг у цьому справі результатів, часом переважаючих результати аналогічної діяльності відомих закордонних фирм.

На початку 70-х там з’явилися вражаючі своєї міцністю волокна кевлар (США), трохи згодом — тварон (Нідерланди), технора (Японія) та інші, виготовлені з урахуванням поли-п-фенилентерефталамида та інших аналогічних полімерів ароматичного низки, отримали збірне назва арамидов. За підсумками таких волокон було створено різні композиційні матеріали, котрі почали успішно застосовувати виготовлення відповідальних деталей літаків і ракет, і навіть шинного корду, бронежилетів, вогнезахисної одягу, канатів, приводних ременів, транспортерних стрічок та інших изделий.

Ці волокна широко рекламувалися у світовому друку. Але тільки вузькому колу спеціалістів відомо, що у ті роки російські хіміки і технологи самостійно створили арамидное волокно терлон, не поступається за своїми властивостями зарубіжних аналогів. До того ж відразу ж розробили методи отримання волокон СВМ і армос, міцність яких перевищує міцність кевлара у півтора рази, а питома міцність (тобто міцність, віднесена до одиниці ваги) перевершує міцність високолегованої сталі в 10−13 раз! І особливо якщо міцність стали розрив становить 160−220 кг/мм2, той зараз активно роботи з створенню полімерної волокна з міцністю до 600 кг/мм2.

Інший клас полімерів, придатних щоб одержати високоміцних волокон — рідкокристалічні ароматні полиэфиры, тобто полімери, які мають властивості кристалів в рідкому стані. Волокнам з їхньої основі властиві як гідності арамидных волокон, але що й висока стійкість до радіації, і навіть опірність впливу неорганічних кислот і різних органічних розчинників. Це ідеальний матеріал для армування гуми і шляхом створення высоконаполненных композитів; його основі створено зразки световодов, в якості яких відповідає вищому світового рівня. А найближче завдання — створення про молекулярних композитів, тобто композиційних матеріалів, у яких армирующими компонентами служать самі молекули рідкокристалічних полимеров.

Молекули звичайних полімерів містять, крім вуглецю, що й атоми інші елементи — водню, кисню, азоту. Але сьогодні розроблено методи отримання волокон, що становлять, щодо справи, чистий полімерний вуглець. Такі волокна мають рекордної міцністю (понад 700 кг/мм2) і жорсткістю, і навіть надзвичайно малими коефіцієнтами термічного розширення, високої стійкістю до зношування і корозії, до впливу високих температур і радіації. Це дозволяє успішно використовувати їх задля виготовлення композиційних матеріалів — углепластиков, що застосовуються у найвідповідальніших конструкційних вузлах швидкісних літаків, ракет і космічних аппаратов.

Застосування вуглепластику виявляється економічно дуже вигідним. На одиницю ваги виготовленого потім із нього вироби потрібно затратити в 3 рази менше енергії, ніж виріб зі сталі, й у 20 разів менша, ніж із титану. Тонна вуглепластику може замінити 10−20 тонн високолегованої сталі. Турбіна насоса, виготовлена з вуглепластику і придатна для перекачування мінеральних кислот за температур до 150оС, виявляється вдвічі дешевшим і є ушестеро довше. Зменшується і трудомісткість виготовлення деталей складної конфигурации.

Багато властивості углекомпозитов можна змінювати в найширших межах. Наприклад, створено матеріали з коефіцієнтом тертя, що становить всього 0,06, — їх можна залучити до підшипниках ковзання. Проте й матеріали з коефіцієнтом тертя до 0,7, але це отже, що їх можна зробити гальмівні колодки, які містять асбеста.

Ще один чудову рису матеріалів з урахуванням вуглецевих волокон — спроможність добре проводити електроенергію та опалення. Це дозволяє робити за основі сухі безынерционные електронагрівачі як або жорстких пластин, або м’яких тканин. Вони цілком безпечні в пожежному відношенні, оскільки теплової потік рівномірно розподіляється з великої поверхні, і можна використовуватиме обігрівання приміщень чи сидінь автомобілів і тракторів. Харчуються такі нагрівальні елементи або постійним струмом з напругою від 6 до 18 У, або змінним струмом з напругою від 24 до 220 В.

Електропровідність вуглецевих волокон дозволяє боротись і з які викликають чимало клопоту статичним електрикою (до речі, далеко ще не нешкідливим здоров’ю людини): досить вводити на матеріал (тканину, папір) всього 0,02 — 1% вуглецевого волокна, щоб електричні заряди повністю «прямували» від цього матеріалу, як після обробки антистатиком.

Вуглецеві матеріали мають значення і медичні області застосування: живий організм їх відкидає. Тому якщо скріпити зламану кістку штифтом з урахуванням вуглепластику, а пошкоджене сухожилля замінити легкої і міцної вуглецевої стрічкою, то організм не сприйме цей матеріал як чужорідний. А вуглецеві матеріали, які мають високої адсорбційної активністю, успішно застосовують у вигляді пов’язок, тампонів і дренажей під час лікування відкритих ран і опіків — зокрема і хімічних. Сорбційні властивості спеціально приготовленого вуглецевого волокна в 2,5 разу вищу сорбционных властивостей активованого угля!