Прочнее кевлара

#полимеры

Вчера мы рассматривали уникальный полимер обладающими экстремальными свойствами – поли-пара-фенилентерефталамид, известный на рынке под торговой маркой Кевлар. В СССР были такие разработки проводились тоже, но до промышленного исполнения дошла только одна, но зато какая! Отечественными учеными был получен полимер, нити из которого превосходят кевлар по прочности в полтора раза. 

Разработки нитей по прочности не уступающей кевлару шла в двух направлениях: первая, по технологии примерно подобной, в качестве полимера для формования использовали также жидкокристаллические растворы поли-пара-фенилентерефталамида в концентрированной серной кислоте. Были достигнуты определенные успехи и создана опытно-промышленная установка, выпускающая нити под маркой «Терлон». Нити терлон имеют такую же формулу, как и кевлар и примерно такие же физико-механические свойства. В настоящее время не производятся. 

Второе направление оказалось более перспективным. Как было сказано в статье про кевлар, формование полимера проходит в очень жестких условиях из концентрированной серной кислоты при высоких температурах, при этом раствор остается стабильным и пригодным для формования очень малое время и через несколько часов процессы кислотного гидролиза приводят к деструкции макромолекул, снижению молекулярной массы полимера и как следствие, к получению нитей низкой прочности. Чтобы снизить температуру переработки и подобрать более мягкий растворитель в основную цепь полимера вводили различные добавки, так называемые сомономеры и исследовали их влияние на полимер и физико-механические свойства нитей, полученных их него. В итоге, был найден сомономер, введение которого не ухудшало, а улучшило характеристики получаемой нити и при этом раствор полимера можно было формовать непосредственно из реакционного раствора, без дополнительных стадий высаживания, промывки и нейтрализации полимера. 

Характеристики получаемой нити превзошли кевлар по показатели модуль упругости и прочность. Уникальным сомономером для нового волокна оказался диамин на основе бензимидазола и элементарное звено выглядит так: 

(Источник).

 Нить полученная из этого полимера назвали СВМ – сверхвысокомодульная. Данная полимер отностится к классу жесткоцепных с нерегулярной  химической структурой, что приводит к ряду специфических особенностей в процессах получения и свойствах получаемых волокон  и нитей. 

Процесс получения полимера и нити СВМ является непрерывным. В качестве растворителя используют диметилацетамид или метилпирролидон с добавками неорганических солей лития или кальция. Главное отличие от кевлара является то, что раствор для формования изотропный и высоковязкий и нити получаемые непосредственно из прядильного раствора обладают малой прочностью. 

Магия начинается на следующих стадиях – при термообработки свежесформованных нитей происходит термотропный жидкокристаллической переход и прочность нити увеличивается в 5-6 раз. 

Дальнейшее развитие технология получила в 90-е году прошлого столетия, когда был успешно освоен выпуск сополимерных нитей нового поколения «Русар» (в настоящее время «Руслан»). Формула элементарного полимерного звена полимера Руслан выглядит следующим образом: 

(Источник).

В настоящее время АО «Каменскволокно»  продолжает выпуск арамидных нитей первого и второго поколения под торговыми марками «Руслан» и «Руслан-СВМ». Нити превосходят зарубежные аналоги по прочности примерно в 1,3 – 1,5 раз. 

Основными потребителя российских арамидов являются предприятия изготавливающие средства индивидуальной бронезащиты - бронежилеты и бронешлема.