СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРА ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ СВЕТОЗАЩИТНОГО ПОЛИИМИДНОГО ВОЛОКНА Российский патент 1995 года по МПК D01F6/74 

Изобретение относится к технологии получения высокотермостойких волокон, в частности к способу получения раствора для формования светозащитного полиимидного волокна, используемого в космической технике.

Развитие современных космических аппаратов нового поколения требует создания волокон, работающих в условиях открытого космоса и способных поглощать солнечную энергию.

Известен способ получения раствора для формования полиимидных пленок путем диспергирования 1-5% (от массы полимера) углеродных частиц в органическом полярном растворителе с последующим добавлением мономеров и проведением низкотемпературной поликонденсации с получением полиамидокислоты (ПАК). После проведения имидизации получают пленку с коэффициентом отражения света менее 1 [1]
Недостаток этого способа заключается в том, что получают ПАК с низкой характеристической вязкостью и крупными агрегированными частицами технического углерода, поэтому такие растворы не формуются (забивает фильеру).

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения раствора для формования полиимидной пленки [2] путем введения 10-75% углерода в раствор ПАК на основе ароматического диамина и диангидрида пиромеллитовой кислоты. Однако изделия из этого раствора получают с неровной поверхностью и плохой разрывной прочностью в связи с тем, что такие растворы содержат большие агрегативные частицы углерода.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение стабильного раствора для формования светозащитного полиимидного волокна.

Поставленная задача решается за счет того, что технический углерод сначала смешивают с диспергатором и растворителем и перемешивают в шаровой мельнице 8-10 ч, затем добавляют ПАК и перемешивают еще 8-10 ч при соотношении технического углерода, диспергатора ГВС-9, растворителя и ПАК 1,0:0,07-0,1: 9,5-11,0: 4,0-5,0 соответственно. Дисперсию углерода вводят в раствор ПАК до содержания углерода 2-4 мас. (от веса полимера) и перемешивают в течение 4-6 ч. Концентрация ПАК в амидном (ДМАА) растворителе на основе пиромеллитового диангидрида и ароматических диаминов составляет 10-13 мас. Полученная дисперсия имеет размеры частиц углерода не более 1,9 мм и устойчива при хранении более 10 сут.

Уменьшение содержания ГВС-9 (менее 0,07 мас.ч.) вызывает агрегацию частиц технического углерода, увеличение (более 0,1 мас.ч.) нецелесообразно, так как улучшения дисперсности не происходит.

Уменьшение содержания растворителя ДМАА (менее 9,5 мас.ч.) значительно повышает вязкость дисперсии за счет структурообразования, увеличение (выше 11,0 мас. ч. ) вызывает разбавление раствора ПАК, снижение вязкости наполненных растворов.

Уменьшение содержания ПАК (менее 4,0 мас.ч.) не обеспечивает кинетической устойчивости наполненной системы технического углерода, увеличение содержания ПАК (выше 5 мас.ч.) снижает концентрацию технического углерода в суспензии.

Полученный стабильный прядильный раствор формуют через фильеру 100 х 0,08 в водную осадительную ванну, содержащую 40 мас. диметилацетамида, и получают волокно с коэффициентом поглощения A_S 0,95-0,98 при прочности 45-60 сН/текс.

П р и м е р 1. В барабан, заполненный на 1/2 объема шарами, загружают 100 г технического углерода (сажа П234), 100 мл N,N'-диметилацетамида (ДМАА) и 10 г винилтриоксисилана (ГВС-9) ТУ 6-05-1933-82. Барабан плотно закрывают крышкой и вращают 10 ч, затем добавляют 400 г раствора ПАК и еще вращают 10 ч. Готовую суспензию выгружают. Она устойчива более 10 сут при хранении в холодильнике. Массовая доля технического углерода в суспензии 6,7% Соотношение технического углерода, ГВС-9, ДМАА и раствора ПАК 1:0,1:10:4 соответственно.

К 1000 г раствора ПАК (массовая доля полимера 12%) добавляют 35,8 г суспензии технического углерода и перемешивают 5 ч. Полученный прядильный раствор формуют в водную осадительную ванну, содержащую 40 мас. ДМАА. Промытую и обработанную раствором о-фосфорной кислоты (0,7 мас.) нить ПАК сушат и подвергают термической циклодегидратации по следующему режиму: загрузка в термоциклизатор при 120^оС, под вакуумом с остаточным давлением 0,95 кгс/мм² поднимают температуру до 370^оС со скоростью 4-5^оС в минуту и выдерживают при этой температуре 15 мин. Содержание технического углерода в нити 2 мас. Прочность нити 60 сН/текс при удлинении 14% и коэффициент поглощения световой энергии A_S 0,97.

П р и м е р 2. В барабан загружают 100 г технического углерода, 950 мл ДМАА и 7 г ГВС-9 и вращают 8 ч, затем добавляют 450 г раствора ПАК и еще вращают 10 ч. Готовая суспензия содержит 6,85 мас. технического углерода. Соотношение технического углерода, ГВС-9, ДМАА и раствора ПАК 1,0:0,07:9,5: 4,5. К 500 г раствора ПАК (массовая доля полимера 100%) добавляют 21,9 г суспензии технического углерода, перемешивают 4 ч. Полученный прядильный раствор, содержащий 3 мас. технического углерода (от веса полимера), формуют, как в примере 1.

Прочность полученной нити после термической имидизации 50 сН/текс, удлинение 15% и коэффициент поглощения A_S 0,975%
П р и м е р 3. В барабан загружают 100 г технического углерода, 9 г ГВС-9 и 1100 мл ДМАА и вращают 7 ч, затем добавляют 500 г раствора ПАК и еще вращают 9,0 ч. Готовая суспензия содержит 6,05 мас. технического углерода. Соотношение технического углерода, ГВС-9, ДМАА и раствора ПАК 1,0:0,09:11,0: 5,0. К 400 г раствора ПАК (массовая доля полимера 13%) добавляют 42,9 г суспензии технического углерода и перемешивают 5 ч. Полученный прядильный раствор, содержащий 4 мас. технического углерода, формуют, как в примере 1. Прочность полученной нити 45 сН/текс при удлинении 13% и коэффициент поглощения солнечной энергии A_S 0,98.

П р и м е р 4. В круглодонную колбу заливают 293 мл ДМАА, включают мешалку и загружают 9 г технического углерода, перемешивают 3 ч, затем загружают 20 г диаминодифенилового эфира, перемешивают 15 мин, охлаждают раствор до 16^оС и загружают порциями в течение 10 мин 21,8 г диангидрида пиромеллитовой кислоты. Поликонденсацию проводят в течение 3 ч, прядильный раствор ПАК имеет характеристическую вязкость 0,7 дл/г, концентрацию 13 мас. содержание технического углерода 3 мас. Раствор формуют в водную ванну, содержащую 40% ДМАА. Многие частицы-агрегаты технического углерода превышали размер 20 мм. Формование не пошло, забило фильеру.

Использование: космическая техника. Сущность изобретения: смешивают технический углерод с диспергатором и амидным растворителем в течение 8 - 10 ч. Добавляют полиамидокислоту и перемешивают 8 - 10 ч. Соотношение технического углерода, диспергатора, растворителя и полиамидокислоты 1,0 : 0,07 - 0,1 : 9,5 - 11,0 : 4,0 - 5,0. Затем вводят в этот раствор полиамидокислоту при ее концентрации 10 - 18 мас.% до содержания технического углерода 2 - 4% от массы полимера. Диспергатором является винилтриоксисилан. 1 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРА ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ СВЕТОЗАЩИТНОГО ПОЛИИМИДНОГО ВОЛОКНА путем введения технического углерода в раствор полиамидокислоты на основе ароматического диамина и диангидрида пиромеллитовой кислоты в амидном растворителе, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильного раствора, технический углерод предварительно смешивают с диспергатором и растворителем и перемешивают в течение 8 10 ч, добавляют полиамидокислоту и перемешивают еще 8 10 ч, при соотношении технический углерод: диспергатор: растворитель: полиамидокислота 1,0:(0,07-0,1):(9,5-11,0):(4,0-5,0) и полученную дисперсию вводят в раствор полиамидокислоты до содержания технического углерода 2 4% масса полимера при концентрации полиамидокислоты 10 18 мас. и перемешивают еще 4 6 ч. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве диспергатора используют винилтриоксисилан.