Модифицированное полиакрилонитрильное волокно

Модифицированное полиакрилонитрильное волокно

Бычкова Елена Владимировна, кандидат технических наук, доцент

1Щербина Наталья Александровна, кандидат технических наук, доцент

Панова Лидия Григорьевна, доктор химических наук, профессор

Энгельсский технологический институт Саратовского государственного технического университета им. Гагарина Ю.А.

1Балаковский инженерно-технологический институт-филиал НИЯУ МИФИ, г. Балаково

 

Получение модифицированного полиакрилонитрильного (ПАН) волокна осуществляют введением модифицирующих добавок на разных стадиях технологического процесса изготовления волокон.

Проведен обзор работ данного направления. Известна разработка, в которой модифицирующий агент вводится методом инклюдирования на стадии авиважной обработки свежесформованного волокна. При этом в качестве модификатора использовался 5-15% водный раствор триполифосфата натрия. Полученное ПАН волокно имеет повышенные физико-механические и физико-химические свойства по сравнению с немодифицированным волокном. Недостатком разработанного волокна является незначительное повышение устойчивости к горению – кислородный индекс (КИ) возрастает на 2-3,5%об.

В результате анализа патентов известно, что полиакрилонитрильное волокно, содержащее сополимер акрилонитрила, может быть модифицировано различными по природе и составу фосфор-, азотсодержащими соединениями. Модифицированные свежесформованные гель-волокна характеризуются прочностью, аналогичной прочности исходных волокон, тогда как прочность кондиционного волокна при тех же условиях снижается в среднем на 16% и 12%, соответственно. Модификация отдельными компонентами приводит к возрастанию прочности на 25%. Удлинение при разрыве модифицированных образцов снижается на 12-18%. Недостатком разработанного волокна является незначительное изменение огнезащитных свойств волокна. КИ возрастает с 19 до 24,5% об.

Техническим результатом исследования является снижение горючести модифицированного полиакрилонитрильного волокна с целью удовлетворения повышенных требований по горючести для изготовления текстильных материалов с сохранением деформационно-прочностных свойств.

Применяемые в работе материалы выпускаются по следующим ГОСТам и ТУ: кондиционное ПАН волокно выпускаемое в промышленном масштабе: - полиакрилонитрильное волокно нитрон ТУ 6-06-С-284-91 - волокно на основе тройного полимера ПАН, содержащего 92,3% (масс.) основного продукта – акрилонитрила (АН), 6,2% метилметакрилата, 1,5% итаконата натрия; некондиционное ПАН гель-волокно с промежуточной стадии технологического процесса; огнезамедлительная система состоит из органических соединений, содержащих в своём составе одновременно P- 27-28 % и N- 24-25%; фиксатор-1, содержащий в своём составе N- 46%, а так же полисахарид (Ф-2).

В лабораторных условиях готовое кондиционное ПАН волокно и ПАН гель-волокно, полученное в промышленных условиях АО «Нитрон» г. Саратова (после стадии промывки), модифицировали замедлителями горения различного состава.

В способе получения модифицированного полиакрилонитрильного волокна пониженной горючести, использовались следующие методы: пропитка кондиционного волокна водным раствором гибридной огнезамедлительной системы и методом инклюдирования гибридной огнезамедлительной системы в свежесформованное полиакрилонитрильное волокно. Процесс модифицирования волокна включал следующие стадии: пропитку кондиционного волокна водными огнезамедлительными растворами при различном соотношении компонентов при температуре 20С и модуле ванны Мв =5; термообработку при температуре 150С в течении 10 мин., для фиксации замедлителей горения на волокне; промывку при 40С, для удаления непрореагировавшего препарата; сушку до постоянной массы.

В результате модификации огнезамедлительная система проникает в структуру волокна и в результате термообработки фиксируется в структуре.

Свойства, полученного модифицированного полиакрилонитрильного волокна методом инклюдирования в свежесформованное гель-волокно, представлены в таблицах.

При модификации инклюдационным способом свежесформованного гель-волокна полученное модифицированное полиакрилонитрильное волокно характеризуется большей устойчивостью к горению, чем модифицированное кондиционное волокно.

Наличие у ПАН гель-волокна несформировавшейся структуры и высокой пористости, способствует ускорению процессов диффузии в объёме волокна при обработке водными растворами, более равномерному распределению и более полному взаимодействию замедлителей горения с волокном с образованием химических и водородных связей, это повышает сохранность огнезащитного эффекта. Модификацию свежесформованного волокна можно проводить двумя методами: обработкой волокна, прошедшего стадию промывки, водным раствором замедлителя горения и введением ЗГ в волокно в составе авиважной ванны на стадии мягкой отделки при получении ПАН волокна для текстильного ассортимента. Предполагаемая модификация свежесформованного полиакрилонитрильного волокна инклюдированием не требует дополнительной стадии и оборудования, так как модификатор может вводится в авиважную ванну.

При определении деформационно-прочностных свойств элементарных гель-волокон (табл.1) отмечены существенные различия в способности к деформациям при растяжении у модифицированного кондиционного и свежесформованного ПАН волокон.

Модифицированные образцы при поджигании на воздухе не загораются, под действием пламени обугливаются. Показатель воспламеняемости полимеров – кислородный индекс (КИ) возрастает и после промывки сохраняется до 27% об. для модифицированного кондиционного волокна, для модифицированного свежесформованного волокна сохраняется до 28,5% об. При одновременном использовании фиксаторов (Ф-1,2) замедлителей горения повышает КИ в сравнении с прототипом с 28 до 40,5 об.%, сохраняя огнезащитный эффект к мокрым обработкам, повышая КИ образцов после промывки на 4% (табл.2).

Таблица 1

Влияние состава модифицирующих ванн и стадий модификации на деформационно-прочностные свойства свежесформованного волокна

Состав образца	Деформационно-прочностные свойства	Стадии модификации
		пропитка	термо-обработка	промывка
ПАНгель+20%ОГЗС +2,5% Ф-1	разрывная нагрузка, сН	9,7	9,2	11,7
	удлинение образца, %	36,7	36,3	54,3
ПАНгель+20%ОГЗМ +2,5 Ф-1 +5%Ф-2	разрывная нагрузка, сН	8,7	8,3	12,0
	удлинение образца, %	36	45,3	53

Примечание: Разрывная нагрузка немодифицированного гель-волокна составляет 8,5 сН, удлинение 68%.

Таблица 2

  Влияние состава модифицирующих ванн на процессы пиролиза

свежесформованного волокна

Состав образца	Начальная температура деструкции Тн, 0С	Выход КО, % масс., 7000С	КИ,% после пропитки	КИ,% после промывки
ПАНгель волокно	234	20	-	-
ПАНгель+20%ОГЗС +2,5%Ф-2	235	55	31,5	23
ПАНгель+20%ОГЗС +2,5%Ф-1	244	61,4	36	28
ПАНгель+20%ОГЗС +2,5%Ф-1+2,5%Ф-2	243	64,2	40,5	28,5
ПАНгель + 13,2ФЛ (фосфолан) (прототип)	240	49,5	28,0	27,5

Примечание: КИ немодифицированного гель-волокна составляет 19 об.%.

 

Получено модифицированное полиакрилонитрильное волокно, на основе полимера акрилонитрила методом инклюдирования свежесформованного полиакрилонитрильного волокна водным раствором гибридной фосфор-азотсодержащей системы. Доказано, что для снижения показателей горючести эффективно использование фиксаторов в составе огнезамедлительной системы.

 

Литература

1. Конкин А.А. Термо-, жаростойкие и негорючие волокна – М.: Химия, 1978.–424 с
2. Копылов В.В. Полимерные материалы с пониженной горючестью / Под ред. А.Н. Праведникова. – М.: Химия, 1986. – 224 с.
3. Булгаков В.К. Моделирование горения полимерных материалов /
   В. К. Булгаков, В. И. Кодолов, А. М. Липатов. – М.: Химия, 1990. – 237 с.