Способ получения термостойкого волокна

 

Использование: композиционные термостойкие материалы, применяемые в технических целях. Сущность изобретения: синтезируют поли-(0-аминофениленнафтоиленамид) поликонденсацией в среде N-метиллирролидона, получая непосредственно 10 - 17%-ный раствор с характеристической вязкостью полимера 1,2 - 1,9 дл/г. Формуют в осадительную ванну, содержащую N-метилпирролидон. Осуществляют пластификационную вытяжку, промывку, сушку. Затем волокно обрабатывают при 370 - 390^oС 1,5 - 2 ч в среде аргона или при давлении 10 - 15 мм рт.ст. и термовытягивают.

Изобретение относится к области технологии получения термостойких волокон, в частности волокон на основе полимера лестничной структуры. Известен способ получения волокон из полимеров типа полибензимидазофенантролина, синтезированных поликонденсацией в полифосфорной кислоте (ПФК) диангидрида 1,4,5,8-нафталинтетракарбоновой кислоты и 3,3¹-диаминобензидина. Волокно получают методом мокрого формования из 3-10%-ых сернокислотных растворов полимера. Полимер η_Ig=1,0-4,0 растворяют при 50-70^оС в 85-107%-ной (лучше 92-102% -ной) серной кислоте и после фильтрования и обезвоздушивания формуют в осадительную ванну, содержащую 50-80% серной кислоты при 45-80^оС. Сформованное волокно тщательно отмывают от кислоты, сушат и термовытягивают при 525-575^оС при кратности вытяжки 1,5-2,8. Готовое волокно имеет прочность 29,7-37,2 гс/текс, удлинение 6,8-14,4% Известен способ получения волокон формированием сернокислотных растворов полимера вышеуказанной структуры в органические осадительные ванны диметилацетамид (ДМАА), диметилформальдегид (ДМФ); N-метилпирролидон или их смеси. Формование волокна в ДМАА при 25^оС и продолжительности прохождения волокна в ванне 15 с с последующей промывкой горячей водой (80^оС) в течение 5 с и вытяжкой с кратностью 1,5 на нагретых до 270^оС вытяжных валах приводит к получению прочного волокна. Однако, существенным недостатком описанных способов является длительность процесса, связанная с операциями высаживания полимера, промывки, сушки, повторного растворения. Это усложняет технологические циклы, удлиняет процесс и увеличивает расход вспомогательных материалов и электроэнергии. Целью предложенного технического решения является упрощение процесса при сохранении физико-механических свойств волокна. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения волокна из раствора полимера лестничной структуры в осадительную ванну, содержащую амидный растворитель с последующей пластификационной вытяжкой, промывкой, сушкой и термовытяжкой, согласно предложению, формование осуществляют из 10-17%-ного раствора полимера структуры NNO в N-метилпирролидоне с фильерной вытяжкой +15 + -40% и перед термовытяжкой проводят термообработку в аргоне при давлении 10-15 мм рт.ст. температуре 370-390^оС 1,5-2 ч. Осадительная ванна имеет состав N МП: вода=60-70:40-30 соответственно. Полимер получают поликонденсацией диангидрида 1,4,5,8-нафталинтетракарбоновой кислоты с тетрааминодифениловым эфиром в N-МП в присутствии смеси бензойной кислоты: имидазол, при комнатной температуре. Из полученного поликонденсационного раствора формуют волокно по мокрому способу. Нижеприведенные примеры иллюстрируют предложенное техническое решение. П р и м е р 1. Получение полимера структуры NNO Поликонденсацию 1,15 г (0,005 м) 3,3¹,4,4¹-тетрааминодифенилового эфира и 1,3,4-(0,005 м) диангидрида 1,4,5,8-нафталинтетракарбоновой кислоты проводят в 20 мл N МП в присутствии 0,017 г (0,00025 М) имидазола и 0,036 г (0,00025 м) бензойной кислоты при комнатной температуре в течение 24 часа. Получают полимер с [ η1,9 дл/г, М=90000. Полученный поли(о-аминофенилен)-нафтоиленимид имеет состав. Вычислено/найдено, для С= 67,53/67,25; H= 3,05/3,35; O=12,12/11,96. П р и м е р 2. Полученный в примере 1 поликонденсационный p-p полимера в N МП с динамической вязкостью 900 пауз с [ η1,9 дл/г c концентрацией 10 масс. фильтруют, обезвоздушивают и формуют в осадительную ванну, содержащую 60% N МП и 40% H₂O через фильеру, имеющую 100 отверстий диаметром 0,08 мм. Фильерная вытяжка при этом составляет 27% Пластификационную вытяжку формуемого гельволокна осуществляют в "шубе" осадительной ванны на воздухе с кратностью 1,8. Полученную нить промывают водой и сушат при 80-100^оС в течение 2 ч. Термообработку высушенной нити проводят в среде осушенного аргона при 380^о в течение 1,5 ч. Свойства полученной нити: Линейная плотность, текс 29,4 Относительная разрывная нагрузка, сН/текс 25,1 Удлинение при разрыве, 40,2 Устойчивость к термоокислительному старению на воздухе (термостабильность) при 400^о в течение 15 час 50 Теплостойкость на воздухе, при 400^о 70 500^о 58 550^о 43
Кислородный индекс, 56
Термообработанное волокно вытягивают на воздухе при 530^о с кратностью 1,48. При этом получают нити со следующими свойствами: Линейная плотность, текс 20,2 Относительная разрывная нагрузка, сН/текс 35,4 Удлинение при разрыве, 10,3 Термостабильность, 40^о в течение 15 ч 52 Теплостойкость, при 400^о 65
500^о 45
550^о 40 Кислородный индекс, 56
П р и м е р 3. Операции, связанные с подготовкой раствора осуществляют согласно примера 1. Для формования используют 15% раствор поли-(о-аминофенилен) нафтоиленимида с динамической вязкостью 1100 пауз и характеристической вязкостью полимера 1,4 дл/г. Формование волокна осуществляют в осадительную ванну, состоящую из 70% N МП и 30% H₂O, использую фильеру из 100 отверстий диаметром 0,08 мм. Фильерная вытяжка составляла +15% Пластификационная вытяжка с кратностью 1,5. Нить промывают водой и сушат при 80-100^оС в течение 2 ч. Сухую нить термообрабатывают в вакууме при остаточном давлении 10-15 мм рт.ст. при 370^оС в течение 2 час. Свойства полученной нити: Линейная плотность, текс 32,6 Относительная разрывная нагрузка, сН/текс 29,3 Удлинение при разрыве, 25,7 Термостабильность; при 400^о в течение 15 ч 50,3 Теплостойкость, при 400^оС 69,3
500^оС 54,2
550^оС 45,0 Кислородный индекс, 56
Термообработанное волокно вытягивают на воздухе при 540^о с кратностью 1,3. Полученное волокно имеет следующие свойства: Линейная плотность, текс 22,7 Относительная разрывная нагрузка, сН/текс 40,1 Удлинение при разрыве, 8,0 Термостабильность, при 400^о в течение 15 час 49,8 Теплостойкость, при 400^о 70
500^о 55
550^о 48 Кислородный индекс, 56
П р и м е р 4. Подготовку раствора к формированию осуществляют как в примере 1. Для формования используют 17%-ный раствор полимера в N МП. Динамическая вязкость раствора составляет 1250 пауз, характеристическую вязкость полимера 1,2 дл/г. Формование волокна осуществляют в осадительную ванну, состоящую из 70% N-МП и 30% H₂O, используя фильеру из 100 отверстий диаметром 0,08 м. Фильерная вытяжка составляла 40% Пластификационную вытяжку гель-волокна осуществляют на воздухе в "шубе" осадительной ванны с кратностью 1,7. Нить промывают водой, сушат при 80-100 в течение 2 ч и термообрабатывают в вакууме при остаточном давлении 10-15 мм рт.ст. при 380^оС в течение 1,5 ч. Свойства нити. Линейная плотность, текс 36,2 Относительная разрывная нагрузка, сН/текс 24,7 Удлинение при разрыве, 45,3 Термостабильность, при 400^о в течение 15 ч 49,6 Теплостойкость, при 400^о 70,1
500^о 57,2
550^о 47,0
Кислородный индекс,
Термообработанное волокно вытягивают на воздухе при 550 в 1,7 раза. Полученное волокно имеет следующие свойства: Линейная плотность, текс 24,8 Относительная разрывная нагрузка, сН/текс 39,5 Удлинение при разрыве, 12,1 Термостабильность, при 400^о в течение 15 мин 59,8 Теплостойкость, при 400^о 69,8
500^о 54,8
550^о 50,0
Кислородный индекс, 56
П р и м е р 5 (сравнительный). Раствор для формования волокна получают растворением полимера, полученного поликонденсацией в полифосфорной кислоте диангидрида 1,4,5,8-нафталинтетракарбоновой кислоты и 3,3¹-диаминобензидина с последующей стадией высаживания. Формование волокна осуществляют из 5%-ного сернокислотного раствора полимера с динамической вязкостью 1500 пауз в водно-органическую ванну, содержащую 60% ДМФ при температуре 25^оС. Продолжительность прохождения волокна в ванне 15 с, скорость формования 2 м/мин с последующей промывкой горячей водой в течение 5 с и вытяжкой с кратностью 1,5 на нагретых до 270^оС вытяжных валах. Получают волокно со свойствами аналогично волокну, полученному в примере 4. Однако, как видно из вышеприведенных примеров при сохранении физико-механических свойств волокна согласно предложенному техническому решению упрощается процесс его получения, т.к. формование осуществляют непосредственно из поликонденсационного раствора полимера лестничной структуры.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОСТОЙКОГО ВОЛОКНА, включающий синтез полимера типа полибензимидазофенантролина поликонденсацией в среде растворителя, формование волокна из раствора этого полимера в осадительную ванную содержащую N-метилпирролидон, пластификационную вытяжку, промывку, сушку и термовытягивание, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса при сохранении физико-механических свойств волокна, осуществляют формование с фильерной вытяжкой 15 - (40)% и 10 - 17%-ного раствора поли-(о-аминофениленнафтоиленимида с характеристической вязкостью 1,2 - 1,9 дл/г в N-метилпирролидоне, полученного непосредственно в процессе синтеза полимера, а перед термовытягиванием волокно обрабатывают при 370 - 390^oС в течение 1,5 - 2,0 ч в среде аргона или при давлении 10 - 15 мм рт.ст. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формование осуществляют в осадительной ванне, содержащей 60 - 70% N-метилпирролидона и 30 - 40% воды.