Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Разработка процесса получения высокопрочных и высокомодульных нитей армалон

Диссертация: Разработка процесса получения высокопрочных и высокомодульных нитей армалон
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Установлена зависимость между величинами характеристической вязкости сернокислотных растворов ароматических полиамидов и второго вириального коэффициента вискозиметрического уравнения Куна-Марка-Хаувинка и химическим строением гомополимера ПФТА и сополиамидов на его основе, обусловленная изменением строения элементарных звеньев и нарушением регулярности строения полимерных цепей; Другой сферой… Читать ещё >

Разработка процесса получения высокопрочных и высокомодульных нитей армалон (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • 1. Литературный обзор
    • 1. 1. Получение высокопрочных высокомодульных пара-арамидных волокон
    • 1. 2. Термическая обработка пара-арамидных волокон
    • 1. 3. Структура и свойства пара-арамидных волокон
  • 2. Методический раздел
  • 3. Основные результаты и их обсуждение
    • 3. 1. Изучение свойств сернокислотных растворов ароматических сополиамидов, содержащих различные сомономерные добавки
    • 3. 2. Изучение процесса формования
    • 3. 3. Изучение процесса термообработки пара-арамидных нитей. Разработка параметров, направленно изменяющих прочностные характеристики нитей
  • Выводы

Высокопрочные высокомодульные арамидные волокна и нити, явившиеся выдающимся достижением химии и технологии химических волокон, нашли широкое применение в тех сферах жизнедеятельности, где необходимы материалы с уникальными свойствами. Сочетание высоких механических и термических характеристик, устойчивость к действию открытого огня делают арамидные волокна идеальным материалом для изготовления средств безопасности и спасения людей как в жестких условиях профессиональной деятельности, так и при чрезвычайных ситуациях.

Другой сферой их применения являются высокопрочные конструкционные композиционные, а также ответственные резинотехнические материалы. Использование арамидных волокон в качестве армирующих структур наиболее целесообразно в тех видах композиционных материалов и изделий, которые должны обладать максимальной прочностью при минимальной массе.

Однако уже сегодня требуется новый импульс в их развитиидальнейшее совершенствование эксплуатационных характеристик для создания новых конкурентоспособных отечественных материалов.

Цель работы заключалась в исследовании основных закономерностей процесса формования сухо-мокрым способом и термической обработки нитей из сополиамидов на базе поли-пара-фенилентерефталамида (ПФТА) и разработке на этой основе процесса получения высокопрочных высокомодульных нитей армалон.

В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:

— обосновать выбор сополимерных добавок к ПФТАизучить свойства сернокислотных растворов ароматических сополиамидов типа армалон и дать оценку влияния изменения строения полимерной цепи на макромолекулярные характеристики сополиамидов и их взаимодействие с растворителем;

— исследовать влияние концентрации и температуры сернокислотных растворов ароматических сополиамидов на механические показатели нитей;

— установить взаимосвязь условий формования и последующей термообработки со свойствами нитей из ароматических гомои сополиамидов и разработать на основе полученных данных условия, обеспечивающие возможность направленного регулирования прочности и модуля упругости нитей армалон.

Научная новизна:

— установлена зависимость между величинами характеристической вязкости сернокислотных растворов ароматических полиамидов и второго вириального коэффициента вискозиметрического уравнения Куна-Марка-Хаувинка и химическим строением гомополимера ПФТА и сополиамидов на его основе, обусловленная изменением строения элементарных звеньев и нарушением регулярности строения полимерных цепей;

— установлен факт резкого снижения вязкости сернокислотных растворов сополиамида по сравнению с гомополимером ПФТА, являющегося результатом повышения гибкости макромолекул при введении в полимерную цепь звеньев 5-амино-2-(пара-аминофенил)бензимидазола;

— показана независимость скорости гидролитической деструкции в сернокислотных растворах ароматических гомои сополиамидов от строения полимерной цепи.

Практическая значимость:

— разработаны режимы формования и термообработки, обеспечивающие получение нитей с прочностью до 235 сН/текс при модуле упругости около 175 ГПа (армалон-ДМ) и с прочностью 200 сН/текс и модулем упругости 155 ГПа (армалон-МД);

— показана зависимость прочности и модуля упругости нитей армалон от температуры термообработки, что позволяет регулировать соотношение этих характеристик, изменяя параметры технологического процесса. Установлены оптимальные температуры термообработки, при которых достигаются максимальная прочность (300−350°С) и модуль упругости (550−600°С).

Публикации: по материалам диссертации опубликовано 5 работ: 2 статьи и тезисы 3 докладов.

Объем и структура диссертации: диссертационная работа изложена на 109 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, методического раздела, обсуждения результатов, выводов, списка литературы из 96 источников. Работа содержит 15 таблиц, 16 рисунков и приложения на 4 страницах.

Выводы.

С целью разработки процесса получения высокопрочных и высокомодульных арамидных нитей исследованы свойства сернокислотных растворов сополиамидов на основе поли-пара-фенилентерефталамида, взаимосвязь условий формования и последующей термообработки нитей армалон с их свойствами.

1. На основании сопоставления величины характеристической вязкости сернокислотных растворов ароматических полиамидов — гомополимера ПФТА и сополимеров на его основе, содержащих звенья диаминобензанилида и 5-амино-2-(пара-аминофенил)бензимидазола, установлено влияние на этот показатель различий в строении полимерных цепей.

2. Для сернокислотных растворов ароматических гомои сополиамидов рассчитаны величины второго вириального коэффициента вискозиметрического уравнения Куна-Марка-Хаувинка и установлена взаимосвязь между химическим строением сополиамидов и термодинамическим качеством растворителя.

3. Показано, что введение в полимерную цепь ароматического полиамида звеньев 5-амино-2-(пара-аминофенил)бензимидазола, приводящее к повышению гибкости цепи, обеспечивает резкое снижение вязкости сернокислотных растворов.

4. На основании сопоставления кинетики изменения вязкости сернокислотных растворов ароматических гомои сополиамидов показано незначительное влияние введения звеньев диаминобензанилида на гидролитическую устойчивость амидных связей в полимерной цепи.

5. На основании исследования зависимости прочности и модуля упругости нитей армалон от величины фильерной вытяжки, концентрации формовочных растворов, температуры растворов и осадительной ванны определены оптимальные значения этих параметров, обеспечивающие получение различных модификаций нитей армалон с прочностью более 200 сН/текс.

6. Установлено, что зависимость прочности как нитей из поли-пара-фенилентерефталамида, так и нитей армалон от температуры термообработки имеет экстремальный характер, в то время как модуль упругости монотонно возрастает при повышении температуры термообработки. Установлены оптимальные температуры термообработки, при которых достигаются максимальная прочность (300−350°С) и модуль упругости (550−600°С).

7. Методами дифференциально-термического и термогравиметрического анализа показана высокая термическая устойчивость нитей армалон-ДМ до температуры 400−450°С. Высказано предположение о причинах зависимости кинетики терморазложения от условий предшествующей термообработки нитей.

8. Предложено конструктивное решение, реализация которого позволит совместить стадию сушки на опытно-наработочной установке МФТН-800 с термообработкой при повышенной температуре непосредственно на ребристом сушильном ролике.

9. Установленные оптимальные условия формования и термообработки позволили получить нити армалон исследованных модификаций с максимальными значениями прочности до 235 сН/текс и модуля упругости до 180 ГПа.

Показать весь текст

Список литературы

  1. А.В. Высокопрочные арамидные волокна из смесей полимеров // Хим. волокна. 2000. № 4. — С. 5−8.
  2. К.Е., Мачалаба Н. Н., Будницкий Г. А., Курылева Н. Н. Пара-арамиды в текстиле и композитах высокомодульные волокнистые материалы для обеспечения надежности и безопасности // Вестн. С.-Петербург, гос. ун-та технол. и дизайна. 2000. № 4.-С. 64−83.
  3. К.М., Будницкий Г. А., Никишин В. А. Термостойкие текстильные материалы для аварийных средств эвакуации гражданского самолета // Хим. волокна. 2004. № 1. С. 35−37.
  4. Н.Н., Будницкий Г. А., Щетинин A.M., Френкель Г. Г., Тенденции в области развития синтетических волокон для баллистических материалов // Хим. волокна. 2001. № 2. С. 31−41.
  5. К.Е. Полимерные волокнистые композиты, их основные виды, принципы получения и свойства. Часть 3. Основные виды полимерных волокнистых композитов, их свойства и применение // Хим. волокна. 2006. № 1. С. 29−34.
  6. К.Е. Из мировой истории химических волокон. Развитие современных химических волокон в мире // Директор. 2002. № 7.-С. 21−22.
  7. Sanui К., Kitayama S. In a spin. // Eur. Chem. News. 2004. V. 80. № 2094.-P. 16.
  8. Aramids Nonwovens. Du Pont of Russia. // Ru. Du Pont. Com. 2005.
  9. Э.М. Мировое производство химических волокон и нитей. // WWW. Koltech. Ru. 2005.
  10. Ю.ОАО «Каменскволокно» // WWW.Aramid.Ru/Rus/Index.Shtml. 2005.
  11. Кия-Оглу B.H. Разработка технологии получения высокопрочных нитей из жидкокристаллических сернокислотных растворов ароматических сополиамидов. // Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, докт. техн. наук. Мытищи: ВНИИПВ. 1997. — 41 с.
  12. А.В., Кия-Оглу В.Н., Рождественская Т. А., Высокопрочная синтетическая нить и термостойкое волокно терлон. // Хим. волокна. 1991. № 2. С. 63−64
  13. Кия-Оглу В.Н., Серова Л. Д. Волокна на основе поли-пара-фенилентерефталамида. // Обз. инф. Сер. «Пром-сть хим. волокон». -М.: НИИТЭХИМ. 1985. 33 с.
  14. Т.А. Жидкокристаллические растворы волокно-образующих ароматических сополиамидов. // Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. хим. наук. Мытищи: ВНИИВпроект. 1987. -16 с.
  15. О. А., Кулева С. С., Нечаев П. П., Заиков Г. Е. Закономерности деструкции полиамидов в серной кислоте и в олеуме различной концентрации. // Высокомол. соед. Сер. Б. 1985. -Т. 27. --№ 9.-С. 696−699.
  16. Blades Н. Dry-jet wet spinning process. // Патент США. 3.767.756. 1973.
  17. Blades Н. High strenght polyamide fibers and films. // Патент США. 3.869.429.1975.
  18. Blades H. High modulus, high tenacity poly (p-phenilene-terephtalamide) fiber. // Патент США. 3.869.430.1975.
  19. Steven D. Ittel, Hsiang Shih. Air gap spinning process for aramids. // Патент США. 5.393.477.1978.
  20. С.П., Куличихин В. Г. Жидкокристаллическое состояние полимеров. М.: Химия. 1977. — 246 с.
  21. Кия-Оглу В.Н., Рождественская Т. А., Серова Л. Д., Спицын А. Н. Границы устойчивости формования через воздушную прослойку нитей на основе поли-пара-фенилентерефталамида. // Хим. волокна. 1999. № 1.-С. 12−16.
  22. Г. А., Кия-Оглу В.Н. Куличихин В. Г. Особенности формования через воздушную прослойку волокон из растворов жесткоцепных полимеров. // Хим. волокна. 1991. № 1. С. 32−34.
  23. Кия-Оглу В.Н., Белинский Г. А., Огнев В. И., Волохина А. В. Влияние диаметра отверстий фильеры и температуры в воздушной прослойке на стабильность формования волокон из раствораполипарафенилентерефталамида. // Хим. волокна. 1992. № 4. С. 20−22.
  24. Yang Н.Н. Spinning process. // Патент. США. 4.340.559. 1982. кл. D01D5/14.
  25. Кия-Оглу В.Н., Рождественская Т. А., Серова Л. Д. Реологические свойства жидкокристаллических растворов поли-пара-фенилен-терефталамида и поведение струй при формовании через воздушную прослойку. // Хим. волокна. 1997. № 2. С. 3−7.
  26. Волокна на основе поли-п-фенилентерефталамида. // Обз. инф. Сер. «Пром-сть хим. волокон». М.: НИИТЭХим. 1985. — 55 с.
  27. Г. И., Варшавский В .Я., Щетинин A.M., Казаков М. Е. Армирующие химические волокна для композиционных материалов. М.: Химия. 1992. — С. 25−83.
  28. Т.А., Платонов В. А., Васильева Н. В. и др. // Высокомол. соед. 1982. Т. 24А. № 5. С. 964−967.
  29. В.М., Щетинин A.M., Френкель Г. Г., Кудрявцев Г. И. Новые волокна из ароматических полимеров. // Обз. инф. Сер. «Пром-сть хим. волокон». М.: НИИТЭХим. 1981. — 71 с.
  30. Патентная заявка 53−119 977. Япония. 1978. Новые волокна из ароматических полимеров. // Обз. инф. Сер. «Пром-сть хим. волокон». -М.: НИИТЭХим. 1981. 71 с.
  31. Г. А., Кудрявцев Г. И., Френкель Г. Г. Новое в области термостойких полимеров и волокон. // Обз. инф. Сер. «Пром-сть хим. волокон». М.: НИИТЭХИМ. 1978. — 72 с.
  32. Патент Япония. 36 697. 1979. Новые волокна из ароматических полимеров. // Обз. инф. Сер. «Пром-сть хим. волокон». М.: НИИТЭХим. 1981.-71 с.
  33. Патент США. 4.011.203. 1977. Новые волокна из ароматических полимеров. // Обз. инф. Сер. «Пром-сть хим. волокон». М.: НИИТЭХим. 1981.-71 с.
  34. Патентная заявка 136 917. Япония. 1976. Новые волокна из ароматических полимеров. // Обз. инф. Сер. «Пром-сть хим. волокон». М.: НИИТЭХим. 1981. — 71 с.
  35. Патентные заявки 1130/52, 53−12 988, 53−14 829. Япония. 1978. Новые волокна из ароматических полимеров. // Обз. инф. Сер. «Пром-сть хим. волокон». М.: НИИТЭХим. 1981. — 71 с.
  36. Патентная заявка 53−18 696. Япония. 1978. Новые волокна из ароматических полимеров. // Обз. инф. Сер. «Пром-сть хим. волокон». М.: НИИТЭХим. 1981. — 71 с.
  37. А.Н., Серова Л. Д., Рождественская Т. А., Симонян Т. А. Перспективы развития отечественного арамидного волокна армалон. // Аннотация к договору № Т-3/99.1999.
  38. А.Н., Матвеев B.C., Милютин Л. А., Кудрявцев Г. И., Каллер Л. Г., Ганцура А. Я., Воробьев А. Д., Назаров В. Ф., Волохина А. В., Кия-Оглу В.Н., Казаковцев Ю. А. Машина для получения химических нитей. // Авт. свид. № 1 002 417. 1983. Кл. D01D 5/06.
  39. К.Е., Андреева И. В., Пакшвер Э. А., Моргоева И. Ю. Термические характеристики параарамидных нитей. // Хим. волокна. 2003. № 4. С. 22−25.
  40. К.Е., Пакшвер Э. А., Андреева И. В., Маланьина О. Б., Макарова Р. А., Оприц З. Г. Термические характеристики высокопрочных и термостойких ароматических нитей. // Хим. волокна. 2005. № 5. С. 21−24.
  41. Matsuda К., Sen’i Gakkaishi // Fiber Sci. and Techn. Jap. 1976. V. 32. N10.-P. 347−352.
  42. K.E., Мачалаба H.H., Кварацхелия B.A. Свойства параарамидных нитей армос в условиях эксплуатационных воздействий. Сравнение с другими параарамидами. // Хим. волокна. 2001. № 2. С. 22−29.
  43. В.Н., Кия-Оглу В.Н., Голобурдина JI.JI. Получение нитей из сернокислотных растворов сополиамидов, содержащих звенья полиамидбензимидазола, и их термическая обработка. // Хим. волокна. 1999. № 1. С. 8−11.
  44. Патентная заявка 2 723 867. ФРГ. 1978. Новые волокна из ароматических полимеров. // Обз. инф. Сер. «Пром-сть хим. волокон». -М.: НИИТЭХим. 1981. 71 с.
  45. Патентная заявка 52−12 325. Япония. 1977. Новые волокна из ароматических полимеров. // Обз. инф. Сер. «Пром-сть хим. волокон». М.: НИИТЭХим. 1981. — 71 с.
  46. Kaneda Т., Ishihawa S., Daimon Н., Katsura Т., Ueda М. Wholly aromatic polyamides containing bridged biphenylyene groups. // Macromol. Chem. 1981. V. 183. № 2.-P. 417−432.
  47. K. // J. Amer. Chem. Soc. Polym. Prepr. 1979. V. 21. № 1. -P. 122−125.
  48. M. // J. Amer. Chem. Soc. Polym. Prepr. 1978. V. 19. № 1. P. 355.
  49. A.B., Фролова И .Я. // Препринты III Междунар. симп. по хим. волокнам. Калинин. 1981. Т. 5. С. 99−103.
  50. М.В., Никитина О. А., Кудрявцев Г. И. // Высокомол. соед. 1984. Т. 26А. № 5. С. 984−990.
  51. JI.K., Брусенцова В. Г., Трифонова Н. П., Щетинин В. М. Влияние водной обработки на релаксационные свойства волокон на основе ароматического полиамида. // Хим. волокна. 1988. № 2. -С. 33−35.
  52. О.В., Шаблыгин М. В., Гуннер А., Вильгельм П., Слугин И. В. Новые возможности ИК-спектроскопии при исследовании химических нитей. // Хим. волокна. 2001. № 5. С. 66−67.
  53. И.В. Структурообразование сополиамидбензимидазолов и технология волокон на их основе. // Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. хим. наук. Москва: МГТУ им А. Н. Косыгина. 2005. -15 с.
  54. А.Е., Веттегрень В. И. // Высокомол. соед. 1988. Т. ЗОА. № 8. -С. 1583−1587.
  55. Downing J.W., Newell J.A. Characterization of structural changes in thermally enhanced Kevlar-29 fiber. // J. Appl. Polym. Sci. 2004. v. 91. № 1.-P. 417−424.
  56. A.T., Волохина A.B., Кудрявцев Г. И. // Хим. волокна. 1980. № 4.-С. 26−28.
  57. К.Е. Основные структурные факторы, определяющие получение высокопрочных и высокомодульных волокон. // Теория формования химических волокон. М.: Химия. 1975. — С. 221−246.
  58. Perepelkin К.Е. Composite Materials. // Reports of the first Soviet-Japanese Symposium on Composite Materials. M.: Moscow Univers. Press. 1979.-P. 138−161.
  59. А.А., Рымкевич П. П., Горшков A.C., Сталевич A.M. Динамическая релаксация синтетических нитей // Хим. волокна. 2005. № 4.-С. 22−24.
  60. К.Е. Структура, методы формования и основные физические свойства высокоориентированных полимеров. // Препринты I Междунар. симпоз. по хим. волокнам. Калинин. 1974.-С. 18−39.
  61. Г. И., Щетинин A.M. Термостойкие волокна. // Термо-, жаростойкие и негорючие волокна. М.: Химия. 1978. — С. 112 143.
  62. С.О., Steele W.J. Kershaw R.P. // J. Amer. Chem. Soc. Polym. Prepr. 1981. V.22. № 2. P. 216−217.
  63. M.G. // Brit. Polym. J. 1981. V. 13. № 2. P. 64−65.
  64. Высокомол. соед. 1982. 24 A. № 5. C. 984−989.
  65. Haraguchi К., Kajiyama Т., Takayanagati M. Uniplanar orientation of poly (p-phenylenterephthalamide) crystal in thin film and its effect on mechanical properties. // J. Appl. Polymer Sci. 1979. V. 23. № 3. P. 903−914.
  66. R. // J. Macromolec. Sci. 1985−86. V. B24. № 1−4. P. 199 130.73 .Колесник C.B. Многоликие волокна. // О композитах. MotoLife.Ru. 2003.
  67. К.Е. Полимерные волокнистые композиты, их основные виды, принципы получения и свойства. Часть 1. Основные компоненты волокнистых композитов, их взаимодействие и взаимовлияние // Хим. волокна. 2005. № 4. С. 2−9.
  68. И.В., Склярова Г. Б., Каширин А. И., Ткачева JI.B. Параарамидные нити русар для композиционных материалов конструкционного назначения // Хим. волокна. 2006. № 1. С. 1418.
  69. J. Appl. Polym. Sci. 1977. V. 21. № 10. -P. 27−91.
  70. A., Schwartz F. // J. Mat. Sci. Letters. 1987. V. 6. P. 832 834.
  71. M.G., Jonson D.J., Saville B.P. // Polymer. 1981. V. 22. № 7. -P. 960−965.
  72. И.В., Склярова Г. Б., Каширин А. И., Ткачева JI.B., Комиссаров С. В. Микрофиламентная нить русар для средств баллистической защиты // Хим. волокна. 2006. № 1. С. 18−22.
  73. А.В., Щетинин А. М. Создание высокопрочных, термо- и огнестойких синтетических волокон. // Хим. волокна. 2001. № 2. -С. 14−21.
  74. А.В., Калмыкова В. Д. // Итоги науки и техники. Химия и технология высокомолекулярных соединений. М.: ВИНИТИ. 1981. Т. 15.-С. 3.
  75. В.Г., Сорокин В. Е. и др. // Препринты III Междунар. симп. по хим. волокнам. Калинин. 1981. Т. 5. С. 91−98.
  76. W., Perov В. // Strong Fibers. North-Holland. 1985. V. 1. Ch. 15−17.-P. 605−740.
  77. K.E., Маланьина О. Б., Пашквер Э. А., Макарова P.А. Сравнительная оценка термических характеристик ароматических нитей (полиоксазольных, полиимидных и полиарамидных) // Хим. волокна. 2004. № 5. С. 45−48.
  78. К.Е., Маланьина О. Б., Басок М. О., Макарова Р. А., Оприц З. Г. Термическая деструкция ароматических термостойких нитей в среде воздуха и азота // Хим. волокна. 2005. № 3. С. 18 -21.
  79. Кац Г. С., Милевски В. В. Наполнители для полимерных композиционных материалов. М.: Химия. 1981. — 735 с.
  80. Т. // КАСЕН ГЭНПО. 1986. V. 39. № 2. Р. 64−73.
  81. Т.С., Волохина А. В. Теплостойкие полимерные материалы и особенности производства изделий на их основе. // Материалы семинара общества «Знание». -М.: 1991. С. 128−130.
  82. Г. Г., Волохина А. В. Термостойкие огнезащитные волокна и изделия из них. // Обз. инф. Сер. «Пром-сть хим. волокон». М.: НИИТЭХИМ. 1983. — 107 с.
  83. JI.B., Волохина А. В., Глазунов В. Б. // Хим. волокна. 1989. № 4.-С. 21−27.
  84. Kaneda Т., Ishihawa S., Daimon Н., Katsura Т., Ueda М. Wholly aromatic polyamides containing bridged biphenylyene groups. // Macromol. Chem. 1981. V. 183. № 2. P.433−457.
  85. М.Г., Лавренко П. Н., Окатова O.B. и др. Гидролитические свойства и равновесная жесткость молекул полиамидбензимидазола в диметилацетамиде и серной кислоте. // Высокомол. соед. Сер. А. 1981. Т. 23.№ 9. С. 1959−1968.
  86. В.Н., Теренин В. И. Анизотропный раствор для формования нити и нить, полученная из этого раствора. Патент РФ. 2 045 586. 1995.
  87. А.А. Физико-химия полимеров. М.: Химия, 1968. — 536 с.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!