Новые текстильные волокна играют важную роль в жизни современного общества, особенно значительным является вклад высокопрочных волокон. Углеродные волокна непрерывно развивались последние 50 лет.

Они изготавливались из популярных в прежние времена материалов, начиная с вискозы, после которой пришли полиакрилонитрил и мезофазного пека. Хорошо разработана и повсеместно применяется технология углеродного волокна на основе полиакрилонитрила.

В 1970 году было разработано волокно, обладающее еще более высокой прочностью и модулем. Оно было названо Кевларом, и ему были присущи удивительные свойства, источником которых была анизотропия его наложенной субструктуры, демонстрирующая свойства гофрированности, кристалличности, волокнистости и оболочки-сердцевины.

Сверхсильные спряденные гелем полиэтиленовые волокна обладают высоким модулем, который создается благодаря гибкому полиэтилену с очень высоким молекулярным весом. Для него характерна очень высокая износоустойчивость и повышенная гибкость.

Углеродное волокно

Любая углеродная нить производится из длинных и тонких нитей углерода, который иногда преобразовывается в графит. Стандартным методом производства углеродных нитей является окисление и тепловой гидролиз полиакрилонитрила, при помощи которого длинные цепи задействуются в процессе вытягивания непрерывных нитей. При нагревании в нужных условиях данные цепи скрепляются бок к боку и формируют узкие графеновые листы, которые в конечном счете объединяются и формируют единую нить в форме рулета с желе.

В результате создается 93-95% углерод. Если использовать процессы термической обработки, то возможно дальнейшее усиление углерода и создание углерода с высоким модулем или высоким уровнем прочности. Углерод, нагретый до диапазона 1500-1200оС (карбонизация) демонстрирует высочайшую прочность на растяжение (5,650 N/mmI), при этом углеродное волокно, нагретое до диапазона 2500-3000оС (графитизация), демонстрируется повышенный модуль упругости (531 k N/mmI).

Ткань на основе углеродного волокна

Области применения

Армированный углерод-углерод состоит из графита, армированного углеродным волокном. Он используется в строительстве, в условиях высоких температур, например в носовых обтекателях и передних кромках космических шаттлов. Также волокно находит применение в области фильтрации высокотемпературных газов, таких как электрод с сильно развитой поверхностью и совершенной коррозионной стойкостью. Для некоторых струнных инструментов, например скрипок и виолончелей, используются композитные смычки, армированные углеродным волокном. Они являются альтернативой более традиционным деревянным смычкам. Углеродное волокно также используется для изготовления скейтбордов, делая их прочными и легкими во всех типах катания, главным образом в области скоростного спуска.

Кевларовое волокно

Арамидное волокно представляет собой ароматический полиамид, в основном известный под товарным знаком «Кевлар» (DuPont). Во время производства волокон рабочая температура раствора ароматического полиамида достигает примерно 80оС в случае высококонцентрированного раствора, помещенного в 100% серную кислоту.

Ткань из кевларового синтетического арамидного волокна

При подобной температуре состояние раствора соответствует пневматической кристаллической фазе. Уровень ориентации таких полимерных цепей зависит от температуры раствора и концентрации полимера. Радиальная кристаллическая ориентация может быть создана при помощи процесса мокрого прядения с сушкой. Кевларовые волокна обладают очень высокой молекулярной ориентацией, которая имеет практически прямо пропорциональное отношение к модулю волокон и сильно зависит от условий сушки, температуры и напряжения. При должном сочетании вышеуказанных параметров можно получить высокопрочные кевларовые волокна.

Области применения

Средства обеспечения баллистической защиты, в том числе пуленепробиваемые жилеты, а также защитная одежда, например, рукавицы, одежда для водителей автомобилей и охотничья одежда, чапсы и штаны. Кевларовое волокно также используется для изготовления прочных и легких парусов для лодок, каркасов лодок, яхт и др. Обладающий высокой прочностью и модулем Кевлар используется главным образом в изготовления ремней и шлангов, применяемых в промышленных и автомобильных областях. Волокна также находят применение в производстве компонентов корпусов самолетов, волоконной оптики, электромеханических кабелей и уплотнителей для областей работы в условиях высоких температур и давления.

Волокно из сверхвысокомалекулярного полиэтилена

Непрерывная экструзия раствора полиэтилена со сверхвысоким молекулярным весом через вращающиеся фильеры, после чего полученный в результате процесса вращения раствор преобразовывается в полиэтилен с высоким молекулярным весом посредством процесса внедрения желатина и кристаллизации. Это можно сделать охлаждением и экструзией либо выпариванием растворителя. Конечные свойства придаются волокнам посредством параллельного сверхсильного вытягивания и удаления остатков растворителя.

Области применения

Волокна из НРРЕ обладают свойством значительного поглощения энергии при разрыве благодаря своему малому весу. Это открывает возможность для их применения в областях баллистической защиты. Также они используются при защите против разрезов и колющих ударов. Среди примеров можно назвать защитные рукавицы, фехтовальные костюмы и футляры для цепных пил. Волокно не утрачивает свою прочность в воде и не подвергается воздействию УФ-облучения или морской воды, поэтому неудивительно, что изготовление канатов, бечевки и сетей стало одним из первых вариантов производства продукции из таких волокон. Можно изготавливать канаты для работы в тяжелых условиях с очень специфическими свойствами. Канаты из НРРЕ, которые удерживаются на поверхности воды, гибки и слабо растягиваются.

Заключение

Сегодня такие текстильные волокна как Кевлар, углерод и НРРЕ могут заменить традиционные материалы, среди которых алюминий, сталь и др. В будущем высокопрочные волокна должны стать ведущим материалом в секторах оборудования высокого профессионального уровня.

www.polymery.ru