Высокомодульные волокна

ВЫСОКОМОДУЛЬНЫЕ ВОЛОКНА (сверхпрочные волокна), химические волокна, модуль упругости которых превышает 50-70 ГПа, прочность превышает 100-150 сН/текс. Высокомодульные волокна получают на основе гибкоцепных полимеров (сверхвысокомолекулярного полиэтилена, поливинилового спирта), жесткоцепных ароматических полимеров и сополимеров пара-структуры (ароматических полиэфиров, полиамидов, полиамидобензимидазолов, полиимидов), углеродных полимеров. Высокомодульными волокнами являются также углеродные волокна.

Высокомодульные волокна выпускают в основном в виде нитей, жгутиков и однонаправленных лент. Волокнам и нитям свойственны высокая молекулярная ориентация и общая упорядоченность структуры, однако их координационная упорядоченность может изменяться от высокой (степень кристалличности 75% для нитей на основе поли-n-фенилентерефталамида) до близкой к нулю (например, для нитей из гетероциклических сополимеров). Плотность высокомодульных волокон от 960 кг/м (для волокон на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена) до 2000 кг/м³ (углеродное графитированное волокно). Модуль упругости высокомодульных волокон на основе поли-n-фениленбензо-бисоксазола 250-300 ГПа, графитированных - до 700 ГПа. Пара-Ароматические и углеродные волокна являются также трудногорючими и термостойкими волокнами (температура эксплуатации на воздухе до 250-300 °С).

Для получения высокомодульных волокон на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена или поливинилового спирта применяют ориентационное вытягивание сформованного волокна в 20-50 раз. Для высокомодульных волокон на основе ароматических жесткоцепных полимеров и сополимеров пара-структуры используют эффект самоупорядочения при формовании и термической обработке. Высокомодульные углеродные волокна получают путём пиролитических превращений исходных полиакрилонитрильных, гидратцеллюлозных волокон или волокон из нефтяного или каменноугольного пеков. Образовавшиеся карбонизованные волокна подвергают графитизации под натяжением при температуре 1500-2700 °С.

Из высокомодульных волокон изготовляют армированные полимерные композиционные материалы, высоконагруженные текстильные изделия, средства профессиональной защиты и спасения, высокоскоростные роторы. Несмотря на относительно высокую стоимость высокомодульных волокон, их используют в тех областях техники, где требуется сочетание высоких функциональных характеристик и минимальной массы: в производстве летательных аппаратов и других транспортных средств, спортивного снаряжения и пр.

Мировое производство высокомодульных волокон около 60 тысяч т/год (2000).

Лит.: Армирующие химические волокна для композиционных материалов. М., 1992; High-performance fibres / Ed. by J.W. S. Hearle. Camb., 2001; Перепелкин К. Е. Современные химические волокна и перспективы их применения в текстильной промышленности // Российский химический журнал. 2002. Т. 46. № 1; он же. Прошлое, настоящее и будущее химических волокон. М., 2004.