Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2452799

(19)

RU

(11)

2452799

(13)

C2

(51) МПК D01F6/60 (2006.01)

D01F6/74 (2006.01)

C08G69/32 (2006.01)

D01F6/80 (2006.01)

D01F6/90 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 27.08.2012 - действует Пошлина: учтена за 5 год с 15.12.2011 по 14.12.2012

(21), (22) Заявка: 2009127106/05, 14.12.2007

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

14.12.2007

Приоритет(ы):

(30) Конвенционный приоритет:

15.12.2006 JP 2006-338283

15.12.2006 JP 2006-338284

(43) Дата публикации заявки: 20.01.2011

(45) Опубликовано: 10.06.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2045586 C1, 10.10.1995. RU 2285761 C1, 20.10.2006. АВРОРОВА Л.В. и др. Изменение молекулярных параметров ароматических полиамидов при прогреве. - Химические волокна, 1988, 2, c.20. RU 2017866 C1, 15.08.1994. Армирующие химические волокна для композиционных материалов/ Под ред. Г.И.Кудрявцева. - М.: Химия, 1992, с.101-102. RU 93057704 А,20.09.1996. Термо-, жаростойкие и негорючие волокна/ Под ред. А.А.Конкина. - М.: Химия, 1978, с.77. RU 2126856 С1, 27.02.1999. US 5738940 А, 14.04.1998. RU 2264295 С1, 20.11.2005.

(85) Дата начала рассмотрения заявки PCT на национальной фазе: 15.07.2009

(86) Заявка PCT:

JP 2007/074585 20071214

(87) Публикация заявки PCT:

WO 2008/075751 20080626

Адрес для переписки:

109012, Москва, ул. Ильинка, 5/2, ООО "Союзпатент", О.И.Воль

(72) Автор(ы):

ИСИХАРА Сигеру (JP),

МАРУМОТО Ясухиро (JP),

ВАДА Норико (JP),

ИЗАВА Хадзиме (JP),

ОЗАКИ Хироми (JP)

(73) Патентообладатель(и):

ТЕЙДЗИН ТЕКНО ПРОДАКТС ЛИМИТЕД (JP)

(54) АРОМАТИЧЕСКОЕ ПОЛИАМИДНОЕ ВОЛОКНО НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОЦИКЛСОДЕРЖАЩЕГО АРОМАТИЧЕСКОГО ПОЛИАМИДА, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ, ТКАНЬ, ОБРАЗОВАННАЯ ВОЛОКНОМ, И АРМИРОВАННЫЙ ВОЛОКНОМ КОМПОЗИТНЫЙ МАТЕРИАЛ

(57) Реферат:

Изобретение относится к ароматическим полиамидным волокнам на основе гетероциклсодержащего ароматического полиамида, способу их изготовления, ткани, образованной волокнами, и армированному волокном композитному материалу, армированному данными волокнами, и может быть использовано в различных областях. Ароматические полиамидные волокна, содержащие гетероциклсодержащий ароматический полиамид, подвергают после растяжения тепловой обработке в условиях содержания кислорода 1 об.% и менее. Ароматические полиамидные волокна характеризуются прочностью при растяжении 20 сн/дтекс и более, начальным модулем 500 сн/дтекс и более, и количеством вещества, растворимого в серной кислоте, равным 45% и менее. Гетероциклсодержащие ароматические полиамидные волокна по изобретению демонстрируют наличие превосходного баланса между прочностью при растяжении, начальным модулем и прочностью в направлении, перпендикулярном оси волокна, характеризуются высоким коэффициентом сохранения прочности в условиях действия нагрева и влажности и превосходными огнестойкостью, пуленепробиваемостью и стойкостью к резанию. 7 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 12 пр.

Область техники

Настоящее изобретение относится к ароматическим полиамидным волокнам на основе гетероциклсодержащего ароматического полиамида, способу их изготовления, ткани, образованной волокнами, и армированному волокном композитному материалу, армированному данными волокнами. Говоря более конкретно, оно относится к ароматическим полиамидным волокнам, которые демонстрируют наличие превосходного баланса между механическими характеристиками, в частности баланса между прочностью при растяжении, начальным модулем и прочностью в направлении, перпендикулярном оси волокна, и характеризуются высоким коэффициентом сохранения прочности в условиях действия нагрева и влажности в сопоставлении с обычно использующимися ароматическими полиамидными волокнами, способу их изготовления, ткани, образованной волокнами, характеризующейся превосходными огнестойкостью и пуленепробиваемостью, и армированному волокном композитному материалу, армированному данными волокнами и, тем самым, улучшенному по армирующему действию, насколько это только возможно.

Уровень техники

Ароматические полиамидные волокна, содержащие компонент, образованный ароматической дикарбоновой кислотой, и компонент, образованный ароматическим диамином, широко использовались в промышленных целях и целях изготовления одежды, что обуславливается использованием их характеристик, включающих прочность, высокий модуль упругости и высокую термостойкость. В частности, волокна из ароматического полиамида пара-серии (которые здесь и далее в настоящем документе могут быть обозначены как пара-арамидные волокна) широко используются в целях изготовления защитной одежды, такой как рабочая одежда, рабочие перчатки и тому подобное, в качестве фрикционного материала, такого как тормозная колодка для транспортного средства и тому подобного, армирующего материала для покрышки или оптических волокон и тому подобного благодаря своей высокой жесткости, высокой термостойкости и превосходной износостойкости.

Представительные примеры волокон из ароматического полиамида пара-серии включают поли-п-фенилентерефталамидные (ПФТА) волокна, и данным волокнам свойственно множество преимуществ. Однако существуют моменты, которые требуется улучшить, например, с ними связаны проблемы в способе прядения, поскольку их изготавливают по так называемому способу жидкокристаллического прядения, использующему оптическую анизотропию полимерного прядильного раствора, в числе механических характеристик волокон они необязательно характеризуются высокой прочностью, они характеризуются недостаточной податливостью вследствие низкой способности к растяжению, они характеризуются недостаточной прочностью в направлении, перпендикулярном оси волокна.

В данных обстоятельствах были предложены такие ароматические полиамидные волокна, которые демонстрируют наличие улучшенных механических характеристик благодаря введению гетероциклсодержащего мономера при одновременном сохранении оптической анизотропии (смотрите, например, документ JP-A-51-8363 и тому подобное).

Были разработаны такие ароматические сополиамидные волокна, которые характеризуются высокой растворимостью в известном амидном растворителе, что облегчает их прядение, и характеризуются высокой прочностью при растяжении и высоким начальным модулем.

Например, в документах JP-A-7-300534, JP-A-278303 и CN 14733969 A предлагается ароматический сополиамид, который в качестве повторяющегося звена содержит гетероциклсодержащий мономер и может формировать изотропный раствор с амидным растворителем. Ароматический сополиамид можно легко формовать в волокна, тем самым, получая волокна, которые характеризуются высокой прочностью при растяжении и высоким начальным модулем в сопоставлении с обычно использующимися продуктами.

Кроме того, волокна из ароматического полиамида пара-серии характеризуются превосходной огнестойкостью в сопоставлении с волокнами, обычно использующимися при изготовлении одежды, такими как найлон, сложный полиэфир и тому подобное, о чем можно судить по значению их ПКИ (предельного кислородного индекса) 29. Однако существует настоятельная потребность в волокнах из ароматического полиамида пара-серии, которые характеризуются дополнительно улучшенной огнестойкостью, вследствие возрастания потребности в их функциональных возможностях в различных областях, включающих огнестойкий занавес для больницы и тому подобного, чехол сидения для самолета и тому подобное.

По поводу способа изготовления огнестойких ароматических полиамидных волокон были сделаны различные предложения. Например, в документе JP-B-55-51069 предлагается способ, по которому мета-арамидные волокна, которые представляются поли-м-фениленизофталамидными волокнами, для придания огнестойкости подвергают тепловой обработке под действием ароматического амина, а после этого обработке под действием галогензамещенного фосфазена и тому подобного.

Однако по данному способу антипирен фиксируется на пара-арамиде, который характеризуется более высокой степенью кристалличности в сопоставлении с мета-арамидом, необязательно в достаточной степени, и, таким образом, огнестойкие пара-арамидные волокна, характеризующиеся долговечностью, не могут быть получены. Предпринимались попытки использования способа смешанного прядения мета-арамидных волокон и пара-арамидных волокон, что описывается в документе JP-A-1-221537 (патентный документ 2), способа использования тканого материала из огнестойких шерстяных волокон и пара-арамидных волокон в двухслойной структуре, что описывается в документе JP-A-3-837, и тому подобного, но, тем не менее, продукт, который характеризовался бы достаточными функциональными возможностями, получен не был. Кроме того, как продемонстрировано в документе JP-A-7-197317, предпринималась попытка использования способа улучшения огнестойкости в результате добавления антипирена во время прядения пара-арамидных волокон, но данный способ ограничен по выбору антипирена, а, кроме того, волокна, характеризующиеся достаточной прочностью, получены быть не могут.

Были предложены такие огнестойкие ткань и одежда, которые для улучшения огнестойкости используют полибензазольные волокна, характеризующиеся более высокой огнестойкостью в сопоставлении с арамидными волокнами. Несмотря на улучшение огнестойкости в результате использования данных волокон данные волокна являются значительно более дорогостоящими, и поэтому дорогостоящими также являются и ткань, и одежда, использующие данные волокна.

Как было описано, существует потребность в ткани, которая в качестве эквивалента случаю использования обычных пара-арамидных волокон является недорогой и улучшенной по огнестойкости, пуленепробиваемости, стойкости к резанию и армированию смолы в сопоставлении со случаем использования обычных пара-арамидных волокон.

Описание изобретения

Цель изобретения заключается в предложении ароматических полиамидных волокон, которые демонстрируют наличие превосходного баланса между механическими характеристиками, в частности баланса между прочностью при растяжении, начальным модулем и прочностью в направлении, перпендикулярном оси волокна, и характеризуются высоким коэффициентом сохранения прочности в условиях действия нагрева и влажности в сопоставлении с обычно использующимися ароматическими полиамидными волокнами, и способа изготовления ароматических полиамидных волокон, который способен обеспечить их стабильное изготовление.

В результате проведения изобретателями серьезных исследований, направленных на достижение данной цели, было установлено то, что ориентированная нить, которую прядут из прядильного раствора (гетероциклического) гетероциклсодержащего ароматического полиамида и подвергают растяжению после прядения, подвергают тепловой обработке в бескислородной атмосфере или низкокислородной атмосфере, тем самым, позволяет изготовить ароматические полиамидные волокна, которые демонстрируют наличие превосходного баланса между прочностью при растяжении, начальным модулем и прочностью в направлении, перпендикулярном оси волокна, и характеризуются высоким коэффициентом сохранения прочности в условиях действия нагрева и влажности, и, таким образом, было сделано данное изобретение.

В соответствии с этим, изобретение предлагает:

(1) Ароматические полиамидные волокна на основе гетероциклсодержащего ароматического полиамида, отличающиеся тем, что волокна характеризуются прочностью при растяжении, равной 20 сн/дтекс и более, начальным модулем, равным 500 сн/дтекс и более, и количеством вещества, растворимого в серной кислоте, равным 45% и менее в соответствии со следующим далее методом измерения.

Метод измерения количества вещества, растворимого в серной кислоте

Ароматические полиамидные волокна на основе гетероциклсодержащего ароматического полиамида добавляют к концентрированной серной кислоте, имеющей концентрацию 97%, до получения концентрации гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон 10 мг/10 мл и в течение 24 часов растворяют в ней при 20°С до получения раствора, для которого по методу эксклюзионной хроматографии размеров (при помощи устройства, изготовленного в компании Spark Holland В.V.) проводят измерения молекулярно-массового распределения и площади пика (Р1). Измерения молекулярно-массового распределения и площади пика (Р0) для гетероциклсодержащего ароматического полиамида до формования волокон проводят подобным образом в тех же самых условиях. Величину, рассчитанную по получающимся в результате значениям Р1 и Р0 в соответствии со следующим далее выражением, называют количеством вещества, растворимого в серной кислоте.

Количество вещества, растворимого в серной кислоте, (%)=(Р1)/(Р0)×100

(2) Способ изготовления гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон, которые прядут из прядильного раствора гетероциклсодержащего ароматического полиамида, отличающийся тем, что после растяжения волокна подвергают тепловой обработке в условиях количества кислорода, равного 1 об.% и менее, и натяжения нити во время тепловой обработки, превышающего 1,0 сн/текс.

(3) Ткань из гетероциклсодержащего ароматического полиамидного волокна, характеризующаяся превосходными огнестойкостью, пуленепробиваемостью и стойкостью к резанию, содержащая гетероциклсодержащие ароматические полиамидные волокна, отличающаяся тем, что гетероциклсодержащими ароматическими полиамидными волокнами являются гетероциклсодержащие ароматические полиамидные волокна, описанные в позиции (1).

(4) Армированный волокном композитный материал, содержащий гетероциклсодержащие ароматические полиамидные волокна и матричную смолу, отличающийся тем, что уровень содержания матричной смолы находится в диапазоне от 30 до 70 масс.% при расчете на совокупное количество композитного материала, а гетероциклсодержащими ароматическими полиамидными волокнами являются гетероциклсодержащие ароматические полиамидные волокна, описанные в позиции (1).

Наилучший способ реализации изобретения

Варианты реализации изобретения будут подробно описываться далее.

Гетероциклсодержащие ароматические полиамидные волокна

Гетероциклсодержащими ароматическими полиамидными волокнами изобретения являются волокна, которые изготавливают из прядильного раствора, содержащего гетероциклсодержащий ароматический полиамид, и которые обладают следующими далее конкретными свойствами. Свойства, состав, способ изготовления и тому подобное, что относится к гетероциклсодержащим ароматическим полиамидным волокнам изобретения, будут описываться далее.

Свойства гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон

Прочность при растяжении

Прочность при растяжении у гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон изобретения составляет 20 сн/дтекс и более, предпочтительно 25 сн/дтекс и более, а более предпочтительно 30 сн/дтекс и более. В случае прочности при растяжении, меньшей, чем 20 сн/дтекс, при использовании в качестве армирующего волокна для композитного материала достаточное армирующее действие продемонстрировано быть не может.

«Прочность при растяжении» в изобретении представляет собой величину, полученную в результате проведения испытания на растяжение в соответствии с методом, описанным в документе JIS L1013.

Начальный модуль

Начальный модуль у гетероциклических гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон изобретения составляет 500 сн/дтекс и более, предпочтительно 600 сн/дтекс и более, а более предпочтительно 850 сн/дтекс и более. В случае начального модуля, меньшего, чем 500 сн/дтекс, при использовании в качестве армирующего волокна для композитного материала достаточное армирующее действие продемонстрировано быть не может.

«Начальный модуль» в изобретении представляет собой величину, полученную в результате проведения испытания на растяжение в соответствии с методом, описанным в документе JIS L1013.

Количество вещества, растворимого в серной кислоте

Количество вещества, растворимого в серной кислоте, у гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон изобретения в соответствии со следующим далее методом измерения составляет 45% и менее. В случае превышения количеством вещества, растворимого в серной кислоте, 45% сшитая структура, которая, как считается, может быть приписана образованию водородной связи и ковалентной связи, в достаточной степени не образуется, и, таким образом, прочность при растяжении и начальный модуль не улучшаются.

Однако предпочтительно, чтобы сшитая структура не образовывалась бы в избыточных масштабах, поскольку взаимодействие по длинам молекулярных цепей будет слишком сильным, и на стадии изготовления пряжи будет вероятным возникновение пушения и разрывов моноволокна.

Метод измерения количества вещества, измеримого в серной кислоте

Гетероциклсодержащие ароматические полиамидные волокна добавляют к концентрированной серной кислоте, имеющей концентрацию 97%, до получения концентрации гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон 10 мг/10 мл и в течение 24 часов растворяют в ней при 20°С до получения раствора, для которого по методу эксклюзионной хроматографии размеров (при помощи устройства, изготовленного в компании Spark Holland В.V.) проводят измерения молекулярно-массового распределения и площади пика (Р1). Измерения молекулярно-массового распределения и площади пика (Р0) для гетероциклсодержащего ароматического полиамида до формования волокон проводят подобным образом в тех же самых условиях. Величину, рассчитанную по получающимся в результате значениям Р1 и Р0 в соответствии со следующим далее выражением, называют количеством вещества, растворимого в серной кислоте.

Количество вещества, растворимого в серной кислоте, (%)=(Р1)/(Р0)×100

Фракция, которая нерастворима в серной кислоте, является нерастворимой фракцией вследствие сшивания молекулярных цепей, которая, как считается, может быть приписана образованию водородной связи и ковалентной связи. В соответствии с этим, небольшое количество вещества, растворимого в серной кислоте, соответствует большой фракции молекулярных цепей, которые являются сшитыми, и, таким образом, соответствует большой прочности в направлении, перпендикулярном оси волокна. Однако даже в случае чрезмерно малого количества вещества, растворимого в серной кислоте, прочность в направлении, перпендикулярном оси волокна, не увеличивается пропорционально данной величине до тех пор, пока количество вещества, растворимого в серной кислоте, будет составлять 45% и менее, а поэтому прочность при растяжении и начальный модуль необязательно могут быть улучшены.

Коэффициент сохранения прочности при растяжении

Коэффициент сохранения прочности при растяжении у гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон изобретения после воздействия атмосферы при температуре 37°С и относительной влажности 95% в течение 1400 часов составляет 90% и более, предпочтительно 95% и более, а более предпочтительно 99% и более. Коэффициент сохранения прочности при растяжении предпочтительно является не меньшим, чем 90%, поскольку в данном случае, например, при изготовлении пуленепробиваемой ткани и использовании ее в среде с высоким уровнем воздействия тепла и влажности прочность ткани уменьшается.

«Коэффициент сохранения прочности при растяжении» в изобретении представляет собой величину, полученную по следующему далее методу измерения.

Метод измерения коэффициента сохранения прочности при растяжении

Измерения прочности при растяжении (St1) для гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон изобретения после воздействия атмосферы при температуре 37°С и относительной влажности 95% в течение 1400 часов проводят в соответствии с методом, описанным в документе JIS L1013, и величину, рассчитанную по St1 и прочности при растяжении (St0) до проведения тепловой обработки в соответствии со следующим далее выражением, называют коэффициентом сохранения прочности.

Коэффициент сохранения прочности (%)=(St1)/(St0)×100

Состав гетероциклсодержащего ароматического полиамида

Гетероциклсодержащий ароматический полиамид, упоминаемый в изобретении, представляет собой полимер, содержащий один тип или два и более типа двухвалентных ароматических групп, которые непосредственно связаны через амидную связь и содержат гетероцикл. На положение содержащегося гетероцикла каких-либо конкретных ограничений не накладывают, и им может быть любое положение на основной цепи или боковой цепи, и гетероцикл может образовывать ароматическую группу вместе с ароматическим кольцом. Ароматическая группа включает группу, содержащую два ароматических кольца, которые связаны через кислород, серу или алкиленовую группу, и группу, содержащую два ароматических кольца, которые связаны непосредственно. Кроме того, двухвалентная ароматическая группа может иметь низшую алкильную группу, такую как метальная группа, этильная группа и тому подобное, метокси-группу, группу галогена, такую как группа хлора и тому подобное, и тому подобное. На положение амидной связи, которая непосредственно связывает двухвалентные ароматические группы, каких-либо ограничений не накладывают, и им может являться любое одно, относящееся к пара-типу и мета-типу.

Материалы исходного сырья для гетероциклсодержащего ароматического полиамида

Гетероциклсодержащий ароматический полиамид, использующийся в изобретении, может быть получен в результате использования в качестве материалов исходного сырья хлорангидрида ароматической дикарбоновой кислоты и ароматического диамина и проведения реакции между ними. В гетероциклсодержащем ароматическом полиамиде, использующемся в изобретении, гетероциклсодержащее соединение, вводящее гетероцикл, используют в виде части ароматического диамина.

Ароматическая дикарбоновая кислота

На хлорангидрид ароматической дикарбоновой кислоты, использующийся в качестве материала исходного сырья для гетероциклсодержащего ароматического полиамида, использующегося в изобретении, каких-либо конкретных ограничений не накладывают, и могут быть использованы те соединения, которые широко известны. Примеры хлорангидрида ароматической дикарбоновой кислоты включают дихлорангидрид терефталевой кислоты, дихлорангидрид 2-хлортерефталевой кислоты, дихлорангидрид 3-метилтерефталевой кислоты, дихлорангидрид 4,4'-бифенилдикарбоновой кислоты, дихлорангидрид 2,6-нафталиндикарбоновой кислоты, дихлорангидрид изофталевой кислоты и тому подобное.

Ароматический диамин

Ароматическим диамином, использующимся в качестве материала исходного сырья для гетероциклсодержащего ароматического полиамида, использующегося в изобретении, в роли части или всего компонента, образованного им, предпочтительно является гетероциклсодержащее соединение. В том случае, если данный компонент, например, будет частично представлять собой гетероциклсодержащее соединение, то тогда предпочтительным будет использование двух типов ароматических диаминов, и один из них будет представлять собой гетероциклсодержащий ароматический диамин.

Ароматическим диамином, который не содержит гетероцикл, предпочтительно является тот, который выбирают из ароматического диамина пара-типа, поскольку в данном случае полученные волокна будут демонстрировать наличие превосходных механических характеристик, и его ароматическое кольцо может быть замещенным, а может быть и не замещенным. В качестве ароматического диамина, который не содержит гетероцикла, могут быть использованы широко известные соединения, такие как п-фенилендиамин, п-бифенилендиамин и тому подобное.

На ароматический диамин, содержащий гетероцикл, каких-либо конкретных ограничений не накладывают, предпочтительным является тот, который выбирают из ароматического диаминового соединения, имеющего замещенный или незамещенный фенилбензимидазольный скелет, вследствие демонстрации достаточной степени формирования сшитой структуры, которая, как считается, может быть приписана образованию водородной связи. В их числе предпочтительным является использование 5(6)-амино-2-(4-аминофенил)бензимидазола вследствие превосходных его доступности, прочности при растяжении у полученных волокон, начального модуля и тому подобного.

Структурное повторяющееся звено гетероциклсодержащего ароматического полиамида

Гетероциклсодержащий ароматический полиамид, использующийся в изобретении, предпочтительно содержит структурное повторяющееся звено, описывающееся следующей далее формулой (1), в количестве в диапазоне от 30 до 100 моль.% при расчете на совокупное количество повторяющихся звеньев. В случае уровня содержания структурного повторяющегося звена, описывающегося формулой (1), меньшего, чем 30 моль.%, реакционный раствор в реакции полимеризации будет мутным, и мутный прядильный раствор потребуется подвергать прядению на последующей стадии прядения, что, тем самым, сделает прядение затруднительным. Уровень содержания структурного повторяющегося звена, описывающегося формулой (1), предпочтительно находится в диапазоне от 50 до 100 моль.%.

где Ar 1 представляет собой группу двухвалентного ароматического остатка, и водород его ароматического кольца может быть частично или полностью замещен низшей алкильной группой, метокси-группой или группой галогена.

В случае гетероциклсодержащего ароматического полиамида, применяемого в качестве материала исходного сырья для армирующих волокон, использующихся в изобретении, примеры структурного повторяющегося звена, отличного от структурного повторяющегося звена, описывающегося формулой (1), включают структурное повторяющееся звено, описывающееся следующей далее формулой (2). Уровень содержания структурного повторяющегося звена, описывающегося формулой (2), может составлять весь баланс по отношению к структурному повторяющемуся звену, описывающемуся формулой (1), или может составлять часть данного баланса.

где Ar2 и Ar3 могут представлять собой одно и то же или могут отличаться друг от друга, и каждый из них представляет собой группу незамещенного или заместительсодержащего двухвалентного ароматического остатка.

Способ получения гетероциклсодержащего ароматического полиамида

Гетероциклсодержащий ароматический полиамид, использующийся в изобретении, может быть получен в соответствии со способом, который известен на современном уровне техники. Говоря конкретно, примеры способа включают способ проведения реакции между хлорангидридом ароматической дикарбоновой кислоты и ароматическим диамином в амидном полярном растворителе.

Примеры амидного полярного растворителя, использующегося при получении гетероциклсодержащего ароматического полиамида, включают N,N-диметилформамид, N,N-диметилацетамид, N-метил-2-пирролидон, диметилимидазолидинон и тому подобное. В их числе предпочтительным является использование N-метил-2-пирролидона вследствие его превосходных удобства в обращении и стабильности на серии стадий от полимеризации с образованием гетероциклсодержащего ароматического полиамида до получения прядильного раствора и стадии мокрого прядения и его меньшей токсичности в качестве растворителя.

В целях улучшения растворимости гетероциклсодержащего ароматического полиамида в амидном полярном растворителе в изобретении предпочтительным является добавление известной неорганической соли в подходящем для использования количестве. На момент добавления неорганической соли каких-либо конкретных ограничений не накладывают, и она может быть добавлена в произвольный момент времени, такой как до начала полимеризации, во время или после полимеризации и так далее. Примеры неорганической соли, которая может быть добавлена, включают хлорид лития, хлорид кальция и тому подобное. Их добавляемое количество предпочтительно находится в диапазоне от 3 до 10 масс.% при расчете на массу амидного полярного растворителя. Добавляемое количество, превышающее 10 масс.%, не является предпочтительным, поскольку растворение совокупного количества неорганической соли в амидном полярном растворителе будет затруднительным. Добавляемое количество, меньшее чем 3 масс.%, не является предпочтительным, поскольку растворимость гетероциклсодержащего ароматического полиамида в достаточной степени не улучшится.

По завершении данной реакции для проведения реакции нейтрализации предпочтительно добавляют основное неорганическое соединение, такое как гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид кальция, оксид кальция и тому подобное.

Концентрация полимера, полученного в результате проведения реакции полимеризации в амидном полярном растворителе, важна для получения гомогенного полимера, характеризующегося высокой степенью полимеризации. Концентрация полученного полимера предпочтительно составляет 10 масс.% и менее, и, в частности, в случае концентрации в диапазоне от 3 до 8 масс.% можно будет стабильно получать гомогенный полимер, характеризующийся высокой степенью полимеризации.

Способ изготовления гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон

Гетероциклсодержащие ароматические полиамидные волокна изобретения изготавливают при использовании прядильного раствора, содержащего гетероциклсодержащий ароматический полиамид, полученный по вышеупомянутому способу получения, в результате проведения стадии прядения, стадии растяжения и стадии тепловой обработки, описанных далее.

Стадия прядения

На стадии прядения прядильный раствор, содержащий гетероциклсодержащий ароматический полиамид, эжектируют из предусмотренного в фильере выпускного отверстия в коагуляционную ванну для получения нерастянутой нити.

Использующимся в изобретении прядильным раствором, содержащим гетероциклсодержащий ароматический полиамид, может являться раствор, который содержит гетероциклсодержащий ароматический полиамид, полученный по вышеупомянутому способу получения гетероциклсодержащего ароматического полиамида и растворенный в растворителе, использующемся при получении по данному способу, или гетероциклсодержащий ароматический полиамид в форме отдельных частиц и тому подобного может быть растворен в растворителе до получения раствора, который может быть использован в качестве прядильного раствора. В их числе предпочтительным является использование в качестве прядильного раствора, содержащего гетероциклсодержащий ароматический полиамид, растворенный в растворителе, как такового, поскольку стадия отделения гетероциклсодержащего ароматического полиамида может быть опущена.

Для целей придания волокнам функциональности и тому подобного во время получения прядильного раствора может быть введен другой произвольный компонент, такой как добавка и тому подобное, в таком количестве, которое не приведет к отклонению от сущности изобретения. На способ введения каких-либо конкретных ограничений не накладывают, и, например, произвольный компонент в прядильный раствор может быть введен при использовании экструдера, смесителя и тому подобного.

На стадии прядения прядильный раствор, содержащий гетероциклсодержащий ароматический полиамид, выпускают в коагуляционный раствор в соответствии с известным способом изготовления ароматических полиамидных волокон для получения нерастянутой нити. Коагуляционным раствором, использующимся в настоящем изобретении, является водный раствор, образованный двумя компонентами, включающими амидный растворитель и воду. Использующимся амидным растворителем предпочтительно является N-метил-2-пирролидон вследствие его превосходных удобства в обращении и стабильности и меньшей токсичности в качестве растворителя.

Концентрация амидного растворителя в коагуляционном растворе предпочтительно находится в диапазоне от 10 до 50 масс.%. В случае превышения концентрацией амидного растворителя 50 масс.% коагуляция прядильного раствора гетероциклсодержащего ароматического полиамида не протекает, что приводит к склеиванию между получающимися нерастянутыми нитями и, таким образом, делает непрерывное прядение затруднительным. Концентрация предпочтительно является не меньшей чем 10 масс.%, поскольку в противном случае пластификация нерастянутой нити в достаточной степени не протекает, что, таким образом, уменьшает способность к растяжению на стадии растяжения, проводимой впоследствии.

Температуру коагуляционной ванны предпочтительно выбирают надлежащим образом в зависимости от коагуляционной ванны, поскольку температура тесно связана с составом коагуляционной ванны, и температура предпочтительно не является чрезмерно высокой, поскольку получающиеся в результате нерастянутые нити в значительной степени будут прилипать друг к другу, и перерабатываемость ухудшится. Температура коагуляционной ванны в подходящем случае находится в диапазоне от 0 до 50°С.

Стадия растяжения

На стадии растяжения нерастянутую нить, полученную на стадии прядения, подвергают растяжению до получения ориентированной нити.

На стадии растяжения нерастянутую нить из гетероциклсодержащего ароматического полиамида, сформованную в коагуляционой ванне на стадии прядения, из коагуляционной ванны вынимают. После этого, таким образом, вынутую нерастянутую нить транспортируют в водный раствор для растяжения, содержащий два компонента, в том числе амидный растворитель и воду, и подвергают в водном растворе растяжению в степени в диапазоне от 1,2- до 5,0-кратной до получения ориентированной нити. Использующимся амидным растворителем предпочтительно является N-метил-2-пирролидон вследствие его превосходных удобства в обращении и стабильности и меньшей токсичности в качестве растворителя.

Концентрация амидного раствора в водном растворе для растяжения предпочтительно находится в диапазоне от 30 до 80 масс.%. В случае превышения концентрацией амидного растворителя 80 масс.% гетероциклсодержащая ароматическая полиамидная нить будет растворяться в водном растворе для растяжения, что, тем самым, сделает непрерывное формование ориентированной нити затруднительным. В случае концентрации амидного растворителя, меньшей чем 30 масс.%, пластификация получающейся в результате ориентированной нити в достаточной степени не произойдет, и, таким образом, будет трудно обеспечить получение вышеупомянутой степени вытяжки.

На температуру водного раствора для растяжения каких-либо конкретных ограничений не накладывают, и в случае чрезмерно высокой температуры гетероциклсодержащие ароматические полиамидные нити в значительной степени будут прилипать друг к другу, и перерабатываемость ухудшится. Температура водного раствора для растяжения предпочтительно находится в диапазоне от 0 до 50°С.

Стадия водного промывания и стадия высушивания

После проведения стадии растяжения в качестве методик, предваряющих стадию тепловой обработки, проводят стадию водного промывания и стадию высушивания. На стадии водного промывания водный раствор для растяжения из получающейся в результате гетероциклсодержащей ароматической полиамидной ориентированной нити в достаточной степени удаляют в результате промывания водой. После этого ориентированную нить, из которой удалили водный раствор для растяжения, в порядке подготовки к последующей стадии тепловой обработки в достаточной степени высушивают на стадии высушивания.

Стадия тепловой обработки

На стадии тепловой обработки, таким образом, полученную ориентированную нить подвергают тепловой обработке в бескислородной атмосфере или низкокислородной атмосфере, характеризующейся концентрацией кислорода, равной 1 об.% и менее, для получения гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон.

В качестве концентрации кислорода при проведении тепловой обработки используют бескислородную атмосферу или низкокислородную атмосферу, характеризующуюся концентрацией кислорода, равной 1 об.% и менее. Концентрация кислорода предпочтительно составляет 0,5 об.% и менее, а более предпочтительно 0,2 об.% и менее. В случае превышения при проведении тепловой обработки концентрацией кислорода 1 об.% разложение полимерной цепи ускорится, в результате чего достижение баланса между высокой прочностью волокон и прочностью в направлении, перпендикулярном оси волокна, будет затруднительным.

Температура тепловой обработки на стадии тепловой обработки предпочтительно находится в диапазоне от 300 до 550°С. В случае температуры тепловой обработки, меньшей чем 300°С, достаточная степень ориентационной кристаллизации достигнута быть не может, в результате чего получение волокон, характеризующихся достаточными прочностью при растяжении и начальным модулем, будет затруднительным. Кроме того, сшивание не может быть проведено в достаточной степени, в результате чего получение прочности в направлении, перпендикулярном оси волокна, будет затруднительным. С другой стороны, в случае превышения температурой тепловой обработки 550°С характеристики волокна под действием тепла подвергнутся ухудшению, в результате чего получение достаточных прочности при растяжении и начального модуля будет затруднительным.

Время тепловой обработки на стадии тепловой обработки предпочтительно составляет 1 минуту и менее. В случае превышения временем тепловой обработки 1 минуты разложение полимерной цепи ускорится, в результате чего получение волокон, характеризующихся высокой прочностью, будет затруднительным.

Натяжение волокон во время тепловой обработки предпочтительно является большим чем 1,0 сн/текс и равным 3,0 сн/текс и менее. В случае натяжения, равного 1,0 сн/текс и менее, достаточная ориентация молекулярных цепей получена быть не может, в результате чего достижение высокой прочности будет затруднительным. С другой стороны, в случае превышения натяжением 3,0 сн/текс для волокон зачастую наблюдается пушение, что может привести к появлению случаев, когда получение волокон, обладающих хорошим качеством, будет затруднительным.

Тонина гетероциклсодержащей ароматической полиамидной ориентированной нити, подвергнутой воздействию стадии тепловой обработки, предпочтительно находится в диапазоне от 0,55 до 22 дтекс, а в особенности предпочтительно в диапазоне от 1,67 до 16,7 дтекс, при выражении через тонину мононити. Тонина мононити предпочтительно является не меньшей чем 0,55 дтекс, поскольку в противном случае на стадии изготовления пряжи из полученных волокон вероятным будет возникновение пушения и разрыва мононити. Предпочтительным является непревышение ею 22 дтекс, поскольку в противном случае проведение кручения нити или изготовления сетки будет затруднительным.

Изготовление и назначение огнестойкой ткани

Нить из огнестойких гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон, таким образом, изготовленных по вышеупомянутому способу, подвергают кручению нити, приданию нити извитости и тому подобному в зависимости от того, что потребуется, а после этого в соответствии с известным способом преобразуют в ткань, такую как вязаный материал, тканый материал, нетканый материал и тому подобное. Ткань характеризуется достаточно высоким значением ПКИ (предельного кислородного индекса), равным 32 и более, а предпочтительно находящимся в диапазоне от 32 до 42, в испытании на огнестойкость в соответствии с методом из документа JIS K7201.

Во многих случаях ткань из огнестойкого ароматического сополиамидного волокна наслаивают в несколько слоев и используют в виде многослойного материала, и в многослойном материале ткань из ароматического сополиамидного волокна может быть использована индивидуально или может быть использована в комбинации с тканью из другого высокопрочного волокна. В данном случае необходимо, чтобы ткань из высокопрочного волокна, использующаяся в комбинации, представляла бы собой ткань из волокон, характеризующихся прочностью при растяжении, равной 20 сн/дтекс и более, таких как другие арамидные волокна, полиарилатные волокна, полибензазольные волокна и тому подобное.

Огнестойкая ткань изобретения является не только подходящей для использования в качестве материала для огнестойкой одежды, такой как одежда для авиационно-космической отрасли, военная одежда, экипировочная одежда для персонала службы безопасности, огнезащитная одежда для персонала пожарных команд, рабочая одежда, использующаяся перед доменной печью, и тому подобное, но также может быть эффективно использована и в областях, включающих огнезащитный и огнестойкий занавес, сиденье для самолетов и автомобилей и тому подобное. В данных случаях для предотвращения возникновения статического заряда может быть примешано и введено в ткань небольшое количество электропроводящих волокон.

Изготовление и назначение пуленепробиваемой ткани

Нить из гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон, полученных по вышеупомянутому способу, подвергают кручению нити, приданию нити извитости и тому подобному в зависимости от того, что потребуется, а после этого в соответствии с известным способом преобразуют в пуленепробиваемую ткань, такую как вязаный материал, тканый материал, нетканый материал и тому подобное. В том случае, если в их числе ткань будет представлять собой тканый материал, то тогда волокна будут выровнены в каждом одном направлении для нитей основы и утка, что облегчит реализацию функциональных возможностей волокон, и, таким образом, позволит достичь высоких функциональных возможностей по пуленепробиваемости. Кроме того, форма тканой структуры может легко сохраняться, что предотвращает возникновение бреши в текстуре. Соответственно, это является предпочтительным, поскольку волокна не отклоняются при попадании пули, и функциональные возможности волокон не утрачиваются, обеспечивая реализацию высоких функциональных возможностей по пуленепробиваемости.

Ткань из высокопуленепробиваемого гетероциклсодержащего ароматического полиамидного волокна используют в виде многослойного материала после наслаивания, и многослойный материал может быть использован индивидуально или может быть использован в комбинации с тканью из другого высокопрочного волокна. Ткань из высокопрочного волокна, использующаяся в комбинации, предпочтительно представляет собой ткань из волокон, характеризующихся прочностью при растяжении, равной 18 сн/дтекс и более, таких как другие арамидные волокна, полиарилатные волокна, высокопрочные полиэтиленовые волокна и тому подобное.

Изготовление и назначение стойкой к резанию ткани

Нить из гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон, изготовленных по вышеупомянутому способу, подвергают кручению нити, приданию нити извитости и тому подобному в зависимости от того, что потребуется, а после этого в соответствии с известным способом преобразуют в стойкую к резанию ткань, такую как вязаный материал, тканый материал, нетканый материал и тому подобное. В данном случае в объем изобретения также включается и композитная ткань, включающая и другие волокна в комбинации. Другие волокна в настоящем документе включают натуральные волокна, органические волокна, неорганические волокна, металлические волокна, минеральные волокна и тому подобное. На способ комбинирования каких-либо конкретных ограничений не накладывают, и может быть использован произвольный способ, такой как смешанное тканье, комбинированное вязание и тканье и тому подобное.

Тканый материал может представлять собой материал с миткалевым переплетением, материал с двойным переплетением, материал с переплетением «Рипстоп» и тому подобное, а вязаный материал может представлять собой кругловязаный трикотажный материал, поперечновязаный трикотажный материал, основовязаный трикотажный материал, рашелевый трикотажный материал и тому подобное. Нетканый материал может представлять собой любой один материал, выбираемый из нетканого материала, содержащего короткие волокна, и нетканого материала, содержащего длинные волокна. Нетканый материал, содержащий короткие волокна, может представлять собой нетканый материал, полученный по способу сухого холстоформования, или нетканый материал, полученный по способу мокрого холстоформования (в том числе бумагу), а нетканый материал, содержащий длинные волокна, может представлять собой так называемый нетканый материал, полученный при эжектировании высокоскоростным потоком воздуха, или нетканый материал, полученный при филаментизации жгута волокон, а может представлять собой материал, содержащий длинные волокна, выровненные в одном направлении до получения листа, на который наслаивают другие листы из множества выровненных волокон при пересечении направлений выравнивания по отношению друг к другу. При необходимости волокна данных нетканых материалов могут быть скреплены друг с другом при использовании клея или термоскрепляющего волокна в комбинации. Нетканый материал может быть подвергнут обработке, формирующей перепутывание волокон, по способу с использованием иглопробивания или водяной струи.

На пучок волокон, составляющий ткань, каких-либо конкретных ограничений не накладывают. Говоря конкретно, могут быть использованы мононить, комплексная нить, крученая пряжа, смешанная крученая пряжа, каркасная пряжа, спряденная нить, пряжа разрывоштапелирующей машины, пряжа со структурой «ядро-оболочка» и тому подобное.

Стойкая к резанию ткань изобретения может быть использована как составляющая часть структуры или всю структуру защитной одежды или брони.

Матричная смола

На матричную смолу, которая является существенным компонентом, использующимся для случая применения нити из гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон, изготовленных по вышеупомянутому способу, в качестве армирующих волокон для армированного волокном композитного материала, каких-либо конкретных ограничений не накладывают до тех пор, пока из нее может быть получен композитный материал с использованием гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон, и может быть использована любая одна смола, выбираемая из термопластичной смолы и термоотверждающейся смолы. Примеры термопластичной смолы включают полиэтиленовую смолу, полипропиленовую смолу, полиамидную смолу, смолу сложного полиэфира, поликарбонатную смолу, полифениленсульфидную смолу, смолу полиэфирэфиркетона на основе простого эфира и тому подобное. Примеры термоотверждающейся смолы включают фенольную смолу, диаллилфталатную смолу, смолу ненасыщенного сложного полиэфира, эпоксидную смолу, полиимидную смолу, смолу винилового сложного эфира и тому подобное.

Уровень содержания матричной смолы находится в диапазоне от 30 до 70 масс.% при расчете на массу совокупного композитного материала. В случае уровня содержания матричной смолы, меньшего чем 30 масс.%, изготовление армированного волокном композитного материала, содержащего гетероциклсодержащие ароматические полиамидные волокна, которые гомогенно распределены в матричной смоле, будет затруднительным. В случае превышения уровнем содержания матричной смолы 70 масс.% армирующее действие волокна в получающемся в результате армированном волокном композитном материале значительно уменьшится.

Другие компоненты

Для целей придания функциональности и тому подобного в армированный волокном композитный материал изобретения могут быть введены и другие произвольные компоненты в количестве в таком диапазоне, который не приведет к отклонению от сущности изобретения. При введении могут быть использованы известные способы, и их примеры включают способ, по которому произвольный компонент предварительно диспергируют в матричной смоле, а после этого формируют композитный материал с использованием матричной смолы и гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон.

Способ изготовления армированного волокном композитного материала.

На способ изготовления армированного волокном композитного материала изобретения каких-либо конкретных ограничений не накладывают, и он может быть выбран из известных способов в зависимости от целевой формы и типа матричной смолы. В изобретении оптимальный способ изготовления может быть выбран, например, из способа ручного наслаивания, способа холодного прессования, способа с инжекцией смоляной смеси, способа изготовления объемного ламинированного компаунда, способа изготовления листового ламинированного компаунда и тому подобного.

ПРИМЕРЫ

Изобретение будет описываться более подробно со ссылкой на примеры и сравнительные примеры, но изобретение ими не ограничивается до тех пор, пока они не будут отклоняться от сущности изобретения.

Методы измерения и оценки

В примерах и сравнительных примерах измерения и оценки для следующих далее позиций делали следующим образом:

Характеристическая вязкость ( inh)

При измерении характеристической вязкости измерение проводили при 30°С с использованием в качестве растворителя 98%-ной концентрированной серной кислоты.

Концентрация кислорода при проведении тепловой обработки

Измерение проводили при использовании устройства для измерения концентрации кислорода (ТМ-3500), изготовленного в компании Terucom Co., Ltd.

Прочность при растяжении и начальный модуль

Прочность при растяжении и начальный модуль рассчитывали, проводя испытание на растяжение в соответствии с методом, описанным в документе JIS L1013.

Коэффициент сохранения прочности при растяжении

Измерения прочности при растяжении (St1) для гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон после воздействия атмосферы при температуре 37°С и относительной влажности 95% в течение 1400 часов проводили в соответствии с методом, описанным в документе JIS L1013, и коэффициент сохранения прочности при растяжении рассчитывали по St1 и прочности при растяжении (St0) до проведения тепловой обработки в соответствии со следующим далее выражением.

Коэффициент сохранения прочности (%)=(St1)/(St0)×100

Количество вещества, растворимого в серной кислоте

Гетероциклсодержащие ароматические полиамидные волокна добавляли к концентрированной серной кислоте, имеющей концентрацию 97%, до получения концентрации гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон 10 мг/10 мл и в течение 24 часов растворяли в ней при 20°С до получения раствора, для которого по методу эксклюзионной хроматографии размеров (при помощи устройства, изготовленного в компании Spark Holland В.V.) проводили измерения молекулярно-массового распределения и площади пика (Р1). Измерения молекулярно-массового распределения и площади пика (Р0) для гетероциклсодержащего ароматического полиамида до формования волокон проводили подобным образом в тех же самых условиях. Величину, рассчитанную по получающимся в результате значениям Р1 и Р0 в соответствии со следующим далее выражением, называют количеством вещества, растворимого в серной кислоте.

Количество вещества, растворимого в серной кислоте, (%)=(Р1)/(Р0)×100

Огнестойкость

ПКИ (предельный кислородный индекс) рассчитывали, проводя испытание на огнестойкость в соответствии с методом из документа JIS L7201.

Пуленепробиваемость

В качестве показателя пуленепробиваемости использовали значение V50 в соответствии с документом MIL-C-44050 (US Military Specification).

Стойкость к резанию

10-сантиметровую квадратную рамку (ширина: 1 см, внешний размер: 11×11 см, внутренний размер: 10×10 см) фиксировали под углом 45° и на ней фиксировали испытываемую ткань. Поверх опускали траверсу, имеющую прикрепленное к ее краю лезвие дискового ножа (изготовленное в компании Olfa Corporation, диаметр: 20 мм), и измеряли максимальное усилие сопротивления вплоть до разрезания одной линии нитей, составляющих ткань.

Пример 1

Получение гетероциклсодержащего ароматического полиамида

В перемешиваемой емкости, обеспеченной перемешивающими лопастями и перепусканием азота через внутреннее пространство, размещали 1,940 л N-метил-2-пирролидона (NMP). Здесь же размещали и растворяли 60,0 г достаточно высушенного хлорида кальция. После этого, соответственно, отвешивали, здесь же размещали и растворяли 11,0 г (30 моль.%) п-фенилендиамина (PPD) и 53,0 г (70 моль.%) 5(6)-амино-2-(4-аминофенил)бензимидазола (DAPBI). Затем здесь же размещали 68,6 г (100 моль.%) хлорангидрида терефталевой кислоты (TDC) и проводили реакцию для получения раствора гетероциклсодержащего ароматического полиамида. Для проведения реакции нейтрализации к получающемуся в результате раствору гетероциклсодержащего ароматического полиамида добавляли 110,0 г раствора NMP, содержащего 22,5 масс.% гидроксида кальция.

Для гетероциклсодержащего ароматического полиамида, осажденного из раствора полиамида, полученного после проведения реакции нейтрализации, измеряли характеристическую вязкость ( inh), которая составляла 5,5.

Стадия прядения

Раствор гетероциклсодержащего ароматического полиамида, полученный после проведения реакции нейтрализации, использовали в качестве прядильного раствора и выпускали из прядильной фильеры, характеризующейся диаметром отверстия 0,15 мм и количеством отверстий 25, при расходе 2,5 куб. см в минуту, тем самым, проводя прядение, через участок в виде зазора, называемый воздушным зазором, в водный раствор NMP (коагуляционный раствор), характеризующийся концентрацией NMP 30%, при 50°С для получения нерастянутой нити (коагулированной нити).

Стадия растяжения

Получающуюся в результате нерастянутую нить подвергали пластическому растяжению при степени вытяжки 2,0 в водном растворе NMP (водном растворе для растяжения), характеризующемся концентрацией NMP 70%, при 30°С.

Стадия тепловой обработки

Нить после растяжения промывали водой, высушивали, а затем в течение 30 секунд подвергали тепловой обработке в условиях температуры 450°С и концентрации кислорода 0,2 об.%. После проведения тепловой обработки нить сматывали при скорости 30,0 м/мин и получали гетероциклсодержащие ароматические полиамидные волокна с 42 дтекс на 25 элементарных волокон.

Измерение и оценка для гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон

Для получающихся в результате гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон проводили различные измерения по вышеупомянутым методам измерения. Результаты продемонстрированы в таблице.

Примеры от 2 до 3 и сравнительные примеры от 1 до 4

Изготовление гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон

Гетероциклсодержащие ароматические сополиамидные волокна изготавливали по тому же самому способу, что и в примере 1, за исключением того, что гетероциклсодержащий ароматический полиамид получали по тому же способу, что и в примере 1, а условия проведения тепловой обработки представляли собой то, что продемонстрировано в таблице. Для получающихся в результате гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон проводили различные измерения тем же самым образом, что и в примере 1. Результаты продемонстрированы в таблице.

Пример 1

Пример 2

Пример 3

DAPBI (% моль.)

70

70

70

PPD (% моль.)

30

30

30

TDC (% моль.)

100

100

100

Концентрация кислорода при проведении тепловой обработки (об.%)

0,2

0,2

5

Температура тепловой обработки (°С)

450

420

420

Время тепловой обработки (мин)

0,5

1,0

0,5

Количество вещества, растворимого в серной кислоте, (%)

40

3

10

Коэффициент сохранения прочности при растяжении после воздействия тепла и влажности в течение 1400 часов (%)

99

99

95

Тонина (дтекс)

42

42

42

Прочность при растяжении (сн/дтекс)

36

35

34

Относительное удлинение при разрыве (%)

3,6

3,4

3,2

Начальный модуль (сн/дтекс)

950

900

850

DAPBI: 5(6)-амино-2-(4-аминофенил)бензимидазол

PPD: п-фенилендиамин

TDC: хлорангидрид терефталевой кислоты

(продолжение)

Сравнительный пример 1

Сравнительный пример 2

Сравнительный пример 3

Сравнительный пример 4

DAPBI (% моль.)

70

70

70

70

PPD (% моль.)

30

30

30

30

TDC (% моль.)

100

100

100

100

Концентрация кислорода при проведении тепловой обработки (об.%)

21

8

21

10

Температура тепловой обработки (°С)

450

450

280

560

Время тепловой обработки (мин)

0,5

3,0

10,0

1,5

Количество вещества, растворимого в серной кислоте, (%)

60

2

45

2

Коэффициент сохранения прочности при растяжении после воздействия тепла и влажности в течение 1400 часов (%)

98

89

80

80

Тонина (дтекс)

42

42

42

42

Прочность при растяжении (сн/дтекс)

19

18

15

18

Относительное удлинение при разрыве (%)

2,8

2,5

2,0

2,2

Начальный модуль (сн/дтекс)

700

750

400

450

DAPBI: 5(6)-амино-2-(4-аминофенил)бензимидазол

PPD: п-фенилендиамин

TDC: хлорангидрид терефталевой кислоты

Пример 4

Гетероциклсодержащие ароматические полиамидные волокна, полученные по тому же самому способу, что и в примере 1, объединяли для получения волоконной пряжи с 1176 дтекс.

Волоконную пряжу подвергали кручению при коэффициенте крутки 6 и использовали при тканье с плотностью переплетения 45 на один дюйм (17,7 на один сантиметр) как для основы, так и для утка, получая материал с миткалевым переплетением, характеризующийся поверхностной плотностью 210 г/м 2 .

Тканый материал характеризовался значением ПКИ (предельного кислородного индекса) 32 согласно измерению в соответствии с методом из документа JIS K7201.

Пример 5

Для получения пуленепробиваемого тканого материала друг на друга наслаивали 24 листа материала с миткалевым переплетением, изготовленного в примере 4. Испытание на пуленепробиваемость для пуленепробиваемого тканого материала выявило значение V50 580 м/сек.

Сравнительный пример 5

Поли-п-фенилентерефталамидные (ПФТА) волокна с 1100 дтекс (Kevlar, торговое наименование, изготавливают в компании DuPont) подвергали кручению при коэффициенте крутки 7,6 и использовали при тканье с плотностью переплетения 30 на один дюйм (11,8 на один сантиметр) как для основы, так и для утка, получая материал с миткалевым переплетением, характеризующийся поверхностной плотностью 285 г/м 2 . Друг на друга наслаивали 18 листов тканого материала, и то же самое испытание на пуленепробиваемость выявило значение V50 494 м/сек.

Пример 6

Спряденную нить (номер нити: 20/2) изготавливали по обычному способу при использовании гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон, изготовленных по тому же самому способу, что и в примере 1, и спряденную нить использовали в качестве основы и утка при тканье материала с саржевым переплетением 2/1 (поверхностная плотность: 280 г/м 2 ).

Измерение стойкости к резанию для материала с саржевым переплетением выявило хорошую стойкость к резанию в 1,3 кг.

Сравнительный пример 6

Реализовали те же самые методики, что и в примере 6, за исключением того, что волокна, составляющие спряденную нить в примере 6, представляли собой поли-п-фенилентерефталамидные (ПФТА) волокна (Kevlar, торговое наименование, изготавливают в компании DuPont).

Получающийся в результате материал с саржевым переплетением характеризовался стойкостью к резанию 0,7 кг.

Формула изобретения

1. Ароматические полиамидные волокна, содержащие гетероциклсодержащий ароматический полиамид, подвергнутые после растяжения тепловой обработке в условиях содержания кислорода, составляющего 1 об.% и менее, которые характеризуются прочностью при растяжении, равной 20 сН/дтекс и более, начальным модулем, равным 500 сН/дтекс и более, и количеством вещества, растворимого в серной кислоте, равным 45% и менее.

2. Гетероциклсодержащие ароматические полиамидные волокна, подвергнутые после растяжения тепловой обработке в условиях содержания кислорода, составляющего 1 об.% и менее, которые характеризуются коэффициентом сохранения прочности при растяжении, равным 90% и более, после воздействия атмосферы при температуре 37°С и относительной влажности 95% в течение 1400 ч.

3. Полиамидные волокна по п.1, которые содержат структурное повторяющееся звено формулы (1) в количестве от 30 до 100 моль.% при расчете на совокупное количество повторяющихся звеньев:

где Ar 1 представляет собой группу двухвалентного ароматического остатка, и водород его ароматического кольца может быть частично или полностью замещен низшей алкильной группой, метоксигруппой или группой галогена.

4. Способ получения гетероциклсодержащих ароматических полиамидных волокон, которые прядут из прядильного раствора гетероциклсодержащего ароматического полиамида, в котором после растяжения волокна подвергают тепловой обработке при условии, что количество кислорода составляет 1 об.% и менее, и натяжение нити во время проведения тепловой обработки превышает 1,0 сН/текс, при этом время тепловой обработки составляет от 1 до 60 с.

5. Способ по п.4, в котором гетероциклсодержащие ароматические полиамидные волокна содержат структурное повторяющееся звено формулы (1) в количестве от 30 до 100 моль.% при расчете на совокупное количество повторяющихся звеньев:

где Ar 1 представляет собой группу двухвалентного ароматического остатка, и водород его ароматического кольца может быть частично или полностью замещен низшей алкильной группой, метоксигруппой или группой галогена.

6. Способ по п.4 или 5, в котором температура тепловой обработки составляет от 300 до 550°С.

7. Ткань из гетероциклсодержащего ароматического полиамидного волокна, характеризующаяся превосходной огнестойкостью, которая содержит гетероциклсодержащие ароматические полиамидные волокна по любому из пп.1-3.

8. Ткань по п.7, которая характеризуется предельным кислородным индексом (ПКИ), равным 32 и более.

9. Ткань из гетероциклсодержащего ароматического полиамидного волокна, характеризующаяся превосходной пуленепробиваемостью, которая содержит гетероциклсодержащие ароматические полиамидные волокна, заявленные по любому из пп.1-3.

10. Ткань из гетероциклсодержащего ароматического полиамидного волокна, характеризующаяся превосходной стойкостью к резанию, которая содержит гетероциклсодержащие ароматические полиамидные волокна по любому из пп.1-3.

11. Армированный волокном композитный материал, содержащий гетероциклсодержащие ароматические полиамидные волокна и матричную смолу, в котором уровень содержания матричной смолы находится в диапазоне от 30 до 70 мас.% при расчете на совокупное количество композитного материала, а гетероциклсодержащими ароматическими полиамидными волокнами являются гетероциклсодержащие ароматические полиамидные волокна по любому из пп.1-3.