СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ВЫСОКОМОДУЛЬНЫХ НИТЕЙ Российский патент 1995 года по МПК D01F6/74 

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 200^оС (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 10^оС, 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 -80^оС, 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 10^оС, 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 90^о 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 72^оС 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 10^оС 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 -80^оС. 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 40^оС.

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 +10^оС 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 20^оС. 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.

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.

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.