Способ получения высокопрочных высокомодульных нитей
Патент 2032778
Авторы
Классы МПК
Способ получения высокопрочных высокомодульных нитей
Реферат
Использование: волокна технического назначения. Сущность изобретения: осуществляют формование волокон из сернокислого анизотропного раствора ароматического полиамида по сухо-мокрому способу. Кратность фильерной вытяжки 15 - 100. Одновременно охлаждают струи раствора в воздушной прослойке инертными газами. Температура инертного газа составляет от (+10) до (-80)°С.
Изобретение относится к получению синтетических волокон и, в частности к получению высокопрочных высокомодульных волокон из сернокислотных анизотропных растворов ароматических полиамидов методом сухо-мокрого формования.
Известен способ формирования волокон из жесткоцепного ароматического полиамида полипарафенилентерефталамида (ПФТА), заключающийся в продавливании прядильного раствора через отверстия фильеры в инертную некоагуляционную среду, а затем в водную осадительную ванну (1). Согласно этому способу прочность комплексных нитей составляет 195-225 сн/текс. Нить формуют при кратности фильерных вытяжек в воздушной прослойке 3-12,1 на фильерах с диаметром отверстий 0,051-0,076 мм. Диаметр экспериментальных нитей составляет 9,5-25 мкм. Волокна данной структуры, полученные по описанному способу, обладают низкой изгибоустойчивостью. Изгибоустойчивость ПФТА волокон увеличивают в 2-3 раза с сохранением их прочности и начального модуля за счет изменения структуры кристаллических и аморфных областей волокон. Эти структурные изменения получены в результате введения дополнительной стадии обработки паром в сочетании с сушкой нити при 200оС (2). Однако более высоких значений изгибоустойчивости достигнуть не удалось. Целью изобретения является получение комплексных нитей с повышенной изгибоустойчивостью при сохранении высоких значений прочности и модуля. Данная задача решается за счет сухо-мокрого формования нитей из анизотропных сернокислотных растворов ароматического полиамида при высоких кратностях вытяжек струй раствора в воздушной прослойке от 15 до 100 с одновременным охлаждением этих струй обдувкой инертными газами с температурой от (+10) до (-80)оС. При формовании с кратностью вытяжки более 100 наблюдается снижение прочности комплексных нитей вследствие обрыва некоторых струек. Если формование проводят без охлаждения струй или охлаждают воздухом при температуре выше 10оС, то при кратностях вытяжки более 12-13 наблюдается падение прочности комплексных нитей и тем существеннее, чем выше кратность вытяжки. Так при кратностях вытяжки 15-17 прочность комплексной нити снижается до 50-80 сн/текс. При этом формование идет крайне неустойчиво с обрывами струй в воздушной прослойке и переменным диаметром элементарных нитей, что не устраняется уменьшением высоты воздушной прослойки. Если температура охлаждающей струи инертного газа ниже -80оС, то формование не ухудшается, однако никаких преимуществ в свойствах нитей не наблюдается. Способ получения комплексных нитей с высокими показателями прочности и изгибоустойчивости согласно изобретению осуществляют следующим образом. Нить формуют через воздушную прослойку высотой 10-12 мм, используя платиновую фильеру с диаметром чашечки 12,5 мм. Непосредственно к струям подводят трубку, через которую подают инертный газ или воздух. Для того, чтобы газ не охлаждал фильеру, ее размещают так, чтобы поток холодного газа шел на 2-3 мм ниже поверхности фильеры. Если газ имеет температуру 10оС, то прослойка должна иметь высоту 5 мм и газ подают на всю ее высоту от поверхности фильеры до зеркала осадительной ванны. Расход газа составляет 0,8-1,2 м3/ч. В результате формования получают комплексные нити линейной плотности 3,8-30 текс. состоящие из элементарных нитей 0,019-0,15 текс (диаметр элементарных нитей 4,1-11,3 мкм). Прочность комплексных нитей составляет 200-220 сн/текс, начальный модуль 8000-10000 кгс/мм2 и изгибоустойчивость характеризуется 8000-80000 циклами двойных изгибов. Прочность нити с круткой 150 круч./м измеряли на разрывной машине РМ-30 на базе 500 мм. Изгибоустойчивость характеризовали количество циклов двойных изгибов, выдерживаемых нитью до обрыва при нагрузке 5 кгс/мм2 и углом изгиба 90о в каждую сторону. П р и м е р 1. Из 20%-ного раствора полипарафенилентерефталамида, содержащего 5 мол. статистически распределенных звеньев полипарабензамида в 100% -ной H2SO4, при 72оС сухо-мокрым формованием получают нити, используя фильеру с числом отверстий 20, и диаметром отверстий 0,08 мм, через воздушную прослойку 10-11 мм в воду с температурой 10оС со скоростью приема нити 120 м/мин. Струи раствора охлаждают в воздушной прослойке азотом, выходящим из трубки диаметром 9 мм, которая проведена непосредственно к струям с расходом азота 0,8 м3/ч и температурой на выходе -80оС. Высаженная нить, двигаясь вертикально вниз, проходит слой воды 5 см, поступая в прядильную трубку, отделяется от свободно-падающей воды и принимается мокрой на бобину. Нить на бобине промывают и нейтрализуют аммиачной водой, затем ее сушат при комнатной температуре. Кратность вытяжки струй в воздушной прослойке составляет 100. Элементарные нити имеют диаметр 4,1 мкм, логарифмическая вязкость полимера 4,96. Прочность комплексной нити 2000 сн/текс, удлинение при разрыве 3,0% начальный модуль 9700 кгс/мм2, изгибоустойчивость 80000 циклов двойных изгибов. П р и м е р 2. Формование осуществляют аналогично примеру 1 за исключением того, что кратность фильерной вытяжки составляла 40, температура воздуха 40оС. Показатели комплексной нити: прочность 217 сн/текс, удлинение при разрыве 3,2%начальный модуль 9500 кгс/мм2, изгибоустойчивость 50000 циклов диаметр элементарной нити 6,2 мкм. П р и м е р 3. Формование осуществляют аналогично примеру 1, за исключением того, что кратность фильерной вытяжки составляла 15, температура воздуха +10оС и высота воздушной прослойки 5 мм. Показатели комплексной нити: прочность 202 сн/текс, удлинение при разрыве 3,3% начальный модуль 7500 кгс/мм2, изгибоустойчивость 8000 циклов, диаметр элементарных нитей 10,2 мкм. П р и м е р 4 (сравнительный). Формование осуществляют аналогично примеру 1 за исключением того, что струи раствора в воздушной прослойке не охлаждают подачей воздуха. Температура окружающей среды 20оС. Кратность фильерной вытяжки составляла 15. Показатели комплексной нити: прочность 74 сн/текс, удлинение при разрыве 2,0% элементарные нити не равномерны по диаметру, среднерасчетный диаметр 10,2 мкм. П р и м е р 5 (сравнительный). Формование раствора, приведенного в примере 1, осуществляют на фильерах с числом отверстий 200 и диаметром 0,08 мм при кратности фильерной вытяжки 12 (в соответствии с пат. США N 3.767.756). Показатели комплексной нити: прочность 197 сн/текс, удлинение при разрыве 3,1% начальный модуль 7400 кгс/мм2, изгибоустойчивость 6000 циклов, диаметр элементарных нитей 11,3 мкм.Формула изобретения
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ВЫСОКОМОДУЛЬНЫХ НИТЕЙ формованием сернокислотного анизотропного раствора ароматического полиамида через фильеру в газовую прослойку с последующей подачей струй раствора в водную осадительную ванну, промывкой, нейтрализацией и сушкой, отличающийся тем, что, с целью повышения изгибоустойчивости нити, охлаждают струи раствора после фильеры потоком газа при (-80) (+10)oС, а формование проводят с кратностью фильерной вытяжки 15 100.