Получение и свойства полиакрилонитрильных волокон

Показатель  растворимости полиакрилонитрила =30,8*10^-3 (Дж/м³), а воды =46,4*10^-3 (Дж/м³), напомним, что растворение полимера в растворителе происходит при значениях 4 (Дж/м³), т.е.  должен быть почти равен , что для воды и полиакрилонитрила не наблюдается.

При нагревании полиакрилонитрил растворяется в N-формилпиперидине (170–180°С), цианацетамиде (165–170°С), N-метил-иианацетамиде (180–190°С), этиленциангидрине (165–170°С), однако при охлаждении этих растворов образуются гели (происходит застудневание). Предполагается, что механизм застудневания растворов полиакрилонитрила заключается в образовании трехмерной сетки за счет возникновения вторичных межмолекулярных связей. Скорость застудневания повышается при увеличении концентрации растворов, молекулярного веса полимера и количества введенной воды.

Растворители  способные разрушить межмолекулярные  связи в полимере это диметилформамид  и тетраметиленсульфон, динитрил малоновой и янтарной кислот, смеси, содержащие более 60% этиленкарбоната и воды, диметилцианамид, концентрированные водные растворы некоторых солей, например бромистого лития, роданистого натрия и кальция, хлористого цинка.

Для снижения растворимости полиакрилонитрил обрабатывают водным раствором формальдегида.

Таблица 1 Свойства полиакрилонитрила

Свойство	Значение
Плотность, г/см3	1,14-1,15
Показатель  преломления, n	1,49-1,52
Температура размягчения (одновременно с деструкцией),  °С	220-230
Удельная теплоемкость, кДж/кг*К	1,51
Прочность при  растяжении (для волокна), Мн/м2	600
Относительное удлинение, %	10-35
Влагопоглощение отпрессованнго образца, %	1-2
Дипольный момент, к*м (D)	1,13-10-4
Диэлектрическая проницаемость при
50 гц	6,5
1 Мгц	4,2
Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом*см	1014
Тангенс угла диэлектрических  потерь при
50 гц	0,11
1 Мгц	0,03

 

 

3 Термические

Полиакрилонитрил  при нагревании в атмосфере азота  не претерпевает никаких изменений  до 200°С, но при более высокой температуре происходит его размягчение и появление газообразных продуктов, главным образом аммиака NH₃, и водорода Н₂. При 270°С наблюдается также выделение цианистого водорода HCN. Из жидких продуктов распада полимера можно выделить вещества, содержащие группы – NH₂ и – С = N. Также присутствуют винилацетонитрил и вещества, являющиеся димерами, тримерами и тетрамерами акрилонитрила. Полимер окрашивается и становится нерастворимым.

Энергия активации  термической деструкции 130 кДж/молъ (31 ккал / молъ).

При нагревании растворов полиакрилонитрила в  диметилформамиде в токе воздуха, кислорода  или в инертной атмосфере в  течение 30–40 часов полиакрилонитрил также окрашивается в желтый и  далее в темно-коричневый цвет; образующиеся при этом сопряженные системы растворимы в диметилформамиде.

При температурах выше 700°С полиакрилонитрил подвергается химическому превращению в полимер  циклической структуры, содержащий сопряженные двойные связи. В  зависимости от условий пиролиза (вакуум или воздух, водород, азот и аммиак под давлением) образуются продукты с различными свойствами. В ряде случаев может быть получен продукт графитовой структуры, обладающий свойствами полупроводников (удельная электропроводность 10-10 – 10-13 Мом/см).

При длительной термической обработке полиакрилонитрильного волокна или ткани в азоте и на воздухе получен термостойкий материал, выдерживающий кратковременное воздействие пламени горелки и сохраняющий достаточную прочность.

Резюме:

• По своим механическим свойствам ПАН волокна очень близки к шерсти, и в этом отношении они превосходят все остальные химические волокна. Их нередко называют «искусственной шерстью».
• Благодаря низкой гигроскопичности, эти свойства во влажном состоянии не изменяются. Изделия из них после стирки сохраняют форму.
• Характеризуются высокой термостойкостью и стойкостью к ядерным излучениям.
• Обладают инертностью к загрязнителям, поэтому изделия из них легко очищаются.
• Не повреждаются молью и микроорганизмами.
• Растворители, применяемые для стирки и чистки одежды (бензин, ацетон, четырёххлористый углерод, дихлорэтан и др.), не влияют на прочность волокна. Фенол, м-крезол и формалин разрушают волокно.
• Устойчивость к истиранию ниже, чем у ПА и ПЭ.
• По сравнению с кручеными нитями самая высокая светостойкость и низкая теплопроводимость

 

Применение

 

Основным видом  продукции, вырабатываемой из полиакрилонитрила, является волокно (примерно 99,5%); техническая  нить выпускается в малых количествах (около 0,5%).

Наиболее широкое  применение полиакрилонитрильные волокна  получили для изготовления изделий народного потребления- верхнего трикотажа и различных тканей. Для этой цели используют волокно в чистом виде или в смеси с другими волокнами, а так же объемная полиакрилонитрильная пряжа. Целесообразность их применения для изделий народного потребления обусловлена высокой объемностью, шерстеподобным видом, низкой теплопроводностью, очень высокой светостойкостью и способностью сохранять приданную форму [5].

Полиакрилонитрильные  волокна используют для изготовления искусственного меха, ковров, одеял, для изготовления мебельных (обивочных) тканей, пряжи для ручного вязания, чулочно-носочных изделий.

Благодаря высокой  стойкости к маслам и жирам  полиакрилонитрильные волокна целесообразно  применять для пошива спецодежды, изготовления шлангов и других изделий. Например, термостойкое волокно панокс применяется для термоизоляции.

 

Заключение

 

Широкое распространение  полиакрилонитрильных (ПАН) волокон  связано с их специфическими ценными  свойствами: по теплозащитным свойствам  оно превосходит шерсть, имеет низкую гигроскопичность (1,5%), мягче и шелковистее капрона и лавсана, стойко к действию минеральных кислот, щелочей, органических растворителей, бактерий, плесени, моли. По стойкости к истиранию нитрон уступает полиамидным и полиэфирным волокнам. Изделия из этого волокна после стирки полностью сохраняют форму, не требуют глажения. Возможность придать ПАН волокнам пушистости и объемности делает их заменителями шерсти, а способность к циклизации позволяет использовать их в производстве углеродных волокон.

Пожалуй, нет  другого вида химических волокон, которые  производились бы в столь разнообразных  технологических вариантах, как  ПАН волокна. В настоящее время  выпуском ПАН волокон в мире занято более 60 фирм.

 

 

Список литературы

1.  Николаев  А.Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе/А.Ф. Николаев. – 2-е изд., доп.-Л.: Химия, 1966. -768 с.

2.  Процесс изготовления  углеродных волокон на основе  коммерческих полиакрилонитрильных  волокон мокрого формования/ R. Eslami Farsani и [др.] // Химические волокна. – 2006. – №5. – С. 30–33.

3.  Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные  соединения: учебник для вузов/  Ю.Д. Семчиков. – М.: Академия, 2003. – 368 с.

4.  Энциклопедия полимеров:  энциклопедия. В 3 т. Т. 1. А-К. –  М.: Советская энциклопедия, 1972. -1224 с.

5. Зазулина З. А., Дружинина Т. В., Конкин А. А. Основы технологии химических волокон. М.: Химия, 1985. 343 с.