Применение полиакрилонитрила

Наиболее широко полиакрилонитрил применяется для изготовления волокна различного назначения. Для этой цели готовятся растворы полиакрилонитрила. Формование волокон осуществляется по мокрому или сухому способу.

Рисунок 2. Электронно-микроскопическое изображение бобовидного среза углеродного волокна, полученного из ПАН волокна

При мокром способе прядения пригодны 15–20% растворы полимера в диметилформамиде. При 20°С они обладают высокой вязкостью, поэтому подача их в фильеры производится под давлением. Из фильер прядильный раствор поступает в ванны, в которых осаждающий раствор вместе с вспомогательными добавками нагревается до 60–90°С. В качестве осадителей используется вода с добавкой диметилформамида, смесь гексантриола с диметилформамидом (75:25) и др. Сформированная нить вытягивается в 8–12 раз при 100–130°С, затем проходит отжимные валы, горячие прядильные диски и подвергается термофиксации.

При сухом способе формования волокна раствор полиакрилонитрила продавливается через фильеры в шахту навстречу току горячего воздуха. После выхода из прядильной шахты волокно содержит 12–40% диметилформамида; его физико-механические свойства невысоки. Для улучшения свойств волокно подвергают вытяжке, но предварительно отмывают избыток растворителя горячей водой (90–100°С).

Полиакрилонитрильное волокно по своим свойствам напоминает шерсть и может быть окрашено различными красителями. Если ему сообщить основные свойства, то окрашиваемость улучшается. Для этого изготовляют сополимеры акрилонитрила, содержащие небольшие количества винилпиридина, N-бензилакриламида и других азотсодержащих непредельных соединений. Обработка их аммиаком или аминами (лучше всего гексаметилендиамином) дает возможность получить материалы с небольшим содержанием основных групп. Полиакрилонитрильное волокно обладает следующими свойствами [3, С. 356]:

Таблица 3. Свойства полиакрилонитрильного волокна

Специальные ПАН волокна, которые обычно используются для производства углеродного волокна, имеют круглую форму поперечного среза, диаметр до 15 мкм, площадь поперечного сечения до 180 мкм² и низкую линейную плотность – до 0,17 текс. Коммерческое текстильное ПАН волокно имело бобовидную форму поперечного сечения, площадь сечения 530 мкм², линейную плотность 0,56 текс, прочность при растяжении 226 МПа и относительное удлинение при разрыве 43,9% [4, С. 33].

Полиакрилонитрильное волокно используется для изготовления изделий широкого потребления, технических тканей (фильтры, войлок, специальные сукна), брезентов, транспортных лент, рыболовных сетей в качестве наполнителя слоистых пластиков.

Заключение

Полиакрилонитрил представляет собой линейный карбоцепной полимер содержащий сильно полярную группу – СN, что в большей мере определяет его свойства. Этот полимер очень капризен в выборе растворителя, что необходимо учитывать как при его синтезе, так и при переработке.

Полиакрилонитрил – хорошее сырье для получения термоустойчивых материалов, воздействие повышенных температур позволяет модифицировать его свойства. Он хорошо сополимеризуется с большим числом мономеров, а полученные сополимеры являются востребованными промышленными продуктами (лаки, клеи, АБС пластик)

Волокна, получаемые из полиакрилонитрила, обладают широким спектром свойств. В частности, на основе полиакрилонитрила производят термостойкие углеродные волокна.

С момента открытия полиакрилонитрила прошло больше ста лет, но он продолжает оставаться востребованным и занимает не последнее место среди промышленных полимеров. Проводятся исследования по созданию все новых и новых материалов на его основе.

Список литературы

1. Коршак В.В. Технология пластических масс/ В.В. Коршак; под ред. В.В. Коршака. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Химия, 1985. -560 с.

2. Лебедев, Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза/ Н.Н. Лебедев. – 3-е изд., перераб. – М.: Химия, 1975. -736 с.

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

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

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

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