ПОЛИКОНДЕНСАЦИОННЫЕ 2

уступая лишь углеродным и борным волокнам. Лишь самые высоко прочные сорта стали со специальной обработкой приближаются по прочности к наименее прочным сортам пара-амида.

Из-за высокой прочности кевлар очень тяжело режется, как в виде ткани, так и ламинатов, и для работы с ним необходим твёрдосплавный режущий инструмент. Жесткость полимера обуслав-

ливает и высокую жёсткость композитов на его основе, превосходящую жёсткость стеклопла-

стиков. Волокна не проявляют ползучести и во всём интервале нагрузок вплоть до разрушения зависимость деформации от напряжения остаётся линейной. Высока и термостойкость кевлара.

Волокна не плавятся и не деструктируют до температур 4000С и выше. Однако длительная вы-

держка при температурах выше 1800С влечёт некоторую деградацию прочностных показате-

лей, что ограничивает возможность применения пара-арамидных волокон в качестве наполни-

теля в композициях, предназначенных для длительной работы при более высоких температурах.

Волокна при температуре примерно в 4000С начинают обугливаться. Вне пламени быстро само-

стоятельно затухают. Из арамидных волокон могут быть получены почти все типы волокни-

стых армирующих наполнителей: нити, ровинги, ткани разного плетения, бумага и т.п.

Изначально арамидное волокно предназначалось для изготовления кордов автомобильных шин, но толчком к широкой известности арамидов типа «Кевлар» стало использование их в баллистических тканях, в том числе в так называемой «текстильной броне» - материале, из ко-

торого делаются пуленепробиваемые жилеты для полиции и армии, защитные вставки в костю-

мы для авто- и мотогонщиков, огнезащитная одежда для пожарных, спортивный инвентарь.

Текстильная или мягкая броня состоит, как правило, из большого количества слоёв ткани, из-

готовленной из нитей. Комплексные нити состоят из отдельных волокон, соединенных между собой механическим скручиванием или склеиванием. Число элементарных волокон в типичных нитях может меняться от 130 до 1000 при изготовлении тканей и от 500 до 10000 при изготов-

лении канатов и корда.

В текстильной броне сочетаются относительно низкая плотность полимера и высокий мо-

дуль упругости, что приводит к очень высоким значениям продольной скорости звука в волок-

нах, обеспечивающей быстрое превращение кинетический энергии пули или осколка в работу по деформированию достаточно большого объёма защитного материала. Это наряду с исклю-

чительной прочностью волокон на растяжение определяет эффективность текстильной брони.

Она может протыкаться стальной заострённой спицей, но великолепно противодействует удару пуль и осколков. Такое поведение материала объясняется как химическим строением волокна,

так и фазовым состоянием арамида, а также его надмолекулярной структурой.

Химическая структура волокна отличается высокой степенью ориентированности и жёстко-

сти, что обусловлено наличием большого количества ароматических колец и водородных свя-

зей, как это показано ранее. Жёсткие полимерные цепи находятся в распрямленном состоянии и образуют очень плотную упаковку в объёме волокна

269

Волокно «Кевлар» представляет собой кристаллизующийся полимер, для которого харак-

терна фибриллярная структура с чередованием аморфных и кристаллических участков с перио-

дичностью порядка единиц десятков нанометров. Фибриллы в волокнах «Кевлара» - стержни из палочкообразных кристаллов диаметром около 50 нм. Высокая жёсткость макромолекулы ар-

амидов затрудняет межфибриллярные переходы цепей, из-за чего продольная расщепляемость фибрилл требует больших затрат энергии на преодоление межмолекулярного взаимодействия.

Это же обстоятельство обеспечивает удержание высокоскоростного удара.

Фибриллы - новолат. fibrilla – волоконце, ниточка. В области полимеров фиб-

риллярная, т.е. нитевидная структура - одна из форм надмолекулярных структур,

характерная для ориентированных полимеров. Специфическим свойством полиме-

ров в таком состоянии является высокая механическая прочность в сочетании со способностью к большим обратимым деформациям.

Образуется фибриллярная структура на стадии фильерной и ориентационной вытяжки при формовании волокна из раствора или геля волокнообразующих полимеров при оптимальных степенях вытяжки.

Недостатками арамидных волокон являются «боязнь» воды, разрушение под действием ультрафиолета, старение, сохранение жёлтого оттенка даже при пропитке тканей бесцветными смолами. При намокании кевлар почти на 40% снижает свои пулестойкие свойства из-за нару-

шения водородных связей. Но при высыхании волокно восстанавливает свои свойства. Дейст-

вие атмосферных факторов и солнечной радиации влечёт безвозвратную потерю механической прочности в связи с чем гарантию на сохранение волокном своих свойств производители дают только на 5 лет. Волокна имеют исключительно жёлтый цвет и плохо окрашиваются. Это не препятствует их использованию в технике, но может мешать при изготовлении повседневной одежды.

Получается пара-амид подобно фенилону и номексу поликонденсацией пара - фенилен-

диамина с хлорангидридом тере-фталевой кислоты в полярном амидном растворителе, содер-

жащем 2 – 10% хлорида щелочного или щёлочноземельного металла. На 1 моль диамина ис-

пользуется 0,94 – 0,99 моля хлорангидрида. В качестве растворителя используются N - метил-

пиролидон, N,N- диметилформамид или другие амидные рвстворители. Поликонденсация про-

водится при температурах от -200С до +500С. Полученный 4 – 10%-ый раствор пара-амида с невысокой степенью поликонденсации подвергают формованию. Волокно подвергается фиб-

рилляции и сушке Используется пара-амидное волокно, помимо производства бронежилетов, в устройствах

пассивной защиты броне- и авиационной техники, в аэрокосмической, автомобильной про-

мышленности, в областях, требующих высоких показателей прочности и износостойкости ма-

териала: альпинистские верёвки, шлемы, лыжи и т.п. Волокна из арамидов в смеси с натураль-

270

ными волокнами используются для изготовления самозатухающих тканей, предназначенных для обивки салонов самолётов, железнодорожных вагонов и интерьеров общественных поме-

щений, для защитной огнеупорной одежды лётчиков, космонавтов, пожарных. Так, комплект защитной амуниции для пожарных состоит из двух костюмов. Теплозащитный изготавливается в виде комбинезона из комбинированного нетканого фенилон-пара-амидного вокна с подклад-

кой из хлопчатобумажного материала. Поверх него надевается теплоотражательный костюм,

изготовленный в виде герметичного комбинезона из дублированной металлизированной лавса-

новой плёнкой асбесто-фенилоновой или асбесто-кевларовой ткани. Ноги защищаются бахила-

ми из тех же материалов, руки – трёхпалыми рукавицами.

В СССР во ВНИИ полимерных волокон почти одновременно с США были получены ана-

логичные кевлару волокна, получившие наименование «ТСВМ». В развитие направления оте-

чественными исследователями был избран путь синтеза арамидов более сложной химической структуры, чем структура кевлара, а именно - синтез сополиконденсационных полимеров. В ре-

акции растворной сополиконденсации здесь участвуют два ароматических диамина: один сим-

метричный, другой – несимметричный. Эти диамины в оптимальных мольных соотношениях взаимодействуют с хлорангидридом тере-фталевой кислоты с образованием сополиамида со-

става:

-[A - B - C]-,

где: А – амидный фрагмент симметричного ароматического диамина;

В – радикал тере-фталевой кислоты;

С – амидный фрагмент несимметричного ароматического диамина.

Средой-растворителем для проведения реакции служит N-диметилацетамид (или другие амидные растворители) с добавками хлоридов лития или кальция.

ОПУ «ВМН»-88 в НПП «Термотекс» г. Мытищи были подобраны режимы проведения кон-

денсации (температурные, концентрационные, временные), позволяющие получать среднеста-

тистический, а не блочный сополимер. Формование волокон проводится из низко концентриро-

ванных (4 – 10%) растворов. Получаемые волокна производятся под торговыми наименования-

ми «Терлон», «Русар», «СВМ», «Армос». Эти волокна не уступают по своим характеристикам нитям «Кевлар», а по некоторым показателям и превосходят их. Ткань из волокон «Русар»,

называемая «Арус», способна значительно увеличивать свою прочность при высокоскоростном воздействии внешней силы на растяжение (динамическую или ударную прочность). Подобной реакцией на воздействие со скоростью полёта пули или осколка обладают только ткани этого типа. Совершенствование технологий синтеза сополимеров и формования нитей привело к соз-

данию целого семейства волокон и нитей «Русар» с модулем упругости выше 170 – 180 ГПа и устойчивостью к воздействию открытого пламени до 500 - 5500С. Негативной чертой этих во-

271

локон является высокая стоимость, что не мешает экспортировать российские арамидные во-

локна в США и ряд европейских стран, где их используют при создании баллистических тка-

ней и защитных экипировок элитного класса.

272

		Таблица 5.		Показатели свойств полиамидов и некоторых композитов									на их основе
Показатели		ПА 6		Капролон В		ПА 12		ПА 6,6	ПА 6,8		ПА 6,10		ПА 6,12	Фенилон		Гроднамид		Армамид
Плотность, кг/м3		1130		1630		1020	- 1140	1140	1100		1090	- 1110 1100 - 1110		1330	- 1360		-	1310 - 1370
Степень кристалличности, %		до 60		до 80		40	- 70	60	50	- 60	до 60				-		-		-
Температура плавления,	0С	215	- 220	220 – 23\26		175	- 180	250 - 255	168	- 176	213	- 221	220 - 225	430			-	216	- 219
Температура хрупкости,	0С	- 25 ? - 30			-	- 80 ? - 90		- 25 ? - 30		-	- 60		-	- 70			-		-
Темп. размягчения по Вика, 0С		200 - 215		220	- 230	120 - 140		230	115		200	- 220	172	260	- 270		-		-
Теплостойкость по Мартенсу, 0С		50	- 55		-	45	- 50	65	65		55	- 60	45 - 50		-		-		-
Модуль упругости, МПа (200С)
при растяжении		790 – 1000		2000 – 3000		1570		1400 – 1600	550		1500 – 1700		1100	3000	- 3300		-
при статическом изгибе		800 - 1400			-	900 - 1100		860 - 1550		-	1600	- 1700	1250		-		-	7000 - 8300
Разрушающее напряжение, МПа													160
при растяжении		50 – 75		88 – 93		50 – 60		78 – 108	44 – 49		50 – 65		-	110 – 120		125	- 140	150 – 180
при сжатии		83 – 90		123		50 – 62		98 – 117	69	–85		-	-	210 – 320			-		-
при статическом изгибе		88	- 98	117	- 150	50	- 65	98 - 110	28	- 30	45	- 60		130	- 150	175	- 200		-
Предел текучести, МПа
при растяжении		40	- 60	70	- 75	36	- 40	55 - 65		-	70	- 90	50 - 65		-		-		-
Относительное удлинение, %
при разрыве		100	- 150	100	- 150	250		100	300	- 350	100 – 150		70 - 280		4	Более 5		1,5 – 8,0
Ударная вязкость по Шарпи,, Дж/м2
образец без надреза		98 – 128		90 – 160		80 – 100		98 – 160	200 – 250		100 – 125		-		-	65	- 75	40	- 65
образец с надрезом		15	- 20	5 - 10		3	- 9	12 - 17		-	5 - 10		13 - 15	18				5,0 – 10,0
Твёрдость по Бринеллю, МПа		100	- 120	200	- 250	70	- 78	80 - 100	40	- 45	100	- 150	130	300	- 330		-		-
Электрическая прочность при
переменном токе, кВ/мм		25		20	- 21	28	- 30	20 - 25		-	22		-	27	- 30	20	- 21	22	- 25
Диэлектрическая проницаемость										-
при частоте тока 106Гц		3,7 – 7,0		3,4 – 3,8		4,0		3,6 – 4,6			3,2 – 3,8		3,5	5,5					-

273

274