Волокно Кевлар фирмы Дюпон (часть 1)

Гибридные корды, короткие волокна и их применение

в композициях с термопластами и реактопластами

Короткие или штапельные арамидные волокна типа Кевлар были испытаны как армирующие агенты для термопластичных и термореактивных полимеров. На базе волокна Кевлар производятся гибридные корды и короткие волокна.

Число комбинаций при формировании гибридных кордов весьма значительно, т.к. представляется возможность регулировать свойства корда. В сравнении с кордами на основе 100% Кевлара гибридные корды, содержащие Кевлар, могут отличаться большей усталостной прочностью и удлинением, меньшим модулем, контролируемой усадкой и лучшим соотношением “цена-качество”. Гибридные корды на основе Кевлара и полиамида характеризуются лучшей усталостной прочностью и совместимостью с адгезивами. Гибридные корды на основе Кевлара и полиэфира имеют более высокий начальный модуль по сравнению с гибридными кордами с полиамидом, и могут быть успешно использованы для получения изделий с повышенной размерной стабильностью.

Рис. 1.  Сравнение прочности и удлинения двух гибридных кордов в сравнении с традиционными.

На рис. 1. показано сравнение прочности и удлинения двух гибридных кордов в сравнении с традиционными. Гибрид А состоял из трехпрядного корда, две пряди которого были из Кевлара по 1500 денье, а одна из поламида 1260 денье. Гибрид В также состоял из двух прядей Кевлара по 1500 денье и одной пряди полиэфира 1600 денье.
Кроме гибридных кордов волокно Кевлар используется еще в трех видах короткого волокна: штапель, флок (хлопья) и пульпа.

Рис. 2. Штапель Кевлар.

Штапель Кевлара (рис. 2) состоит из точно нарезанных коротких волокон длиной 1/4 дюйма (6,3 мм). Он используется для производства пряжи, которая обеспечивает большую износостойкость и комфортность по сравнению с филаментным волокном. Так как пряжа − рубленое волокно, ее применение базируется больше на барьерных свойствах Кевлара, чем на прочности и жесткости. Штапель Кевлара также используется в производстве войлока и нетканых изделий для улучшения теплоизоляционных свойств и виброизоляции. Другое важное применение штапеля − в композициях с термопластами и реактопластами для увеличения прочности и износостойкости в широком диапазоне температур.

Рис. 3. Флок Кевлар.

Флок (хлопья) Кевлара (рис. 3) представляют собой точно и коротко нарезанные волокна, короче штапеля, до 1 мм длиной. Флок может быть использован как армирующий наполнитель для широкого круга смол.
В термопластах добавка флока Кевлара ведет к увеличению износостойкости с минимальным изнашиванием контртела. В реактопластах добавка ведет к увеличению прочности и сильно влияет на вязкость системы.

Рис. 4. Пульпа Кевлара.

Пульпа Кевлара, которая показана на рис.4, является высокофибриллизованной формой волокна, которая может быть распределена в различных полимерных матрицах.

Фибриллярная структура волокна, показанная на рис.5, приводит к существенному увеличению удельной поверхности − до 7ч10 м2/г (по сравнению с 0,1ч0,3 м2/г для обычного волокна). Пульпа Кевлара не обладает хрупкостью, и при смешении с полимером на стандартном оборудовании для смешения и диспергирования не меняет размеров волокна.

Пульпа Кевлар может быть доступна в мокром виде (приблизительно 50% влажности) для разбавленных водных дисперсий, и в сухой форме (около 6% влажности) для дисперсий, базирующихся на растворителях, и сухого смешения. При этом длина волокна может меняться в соответствии с назначением пульпы.
Пульпа Кевлара используется для повышения уровня свойств термопластичных и термореактивных полимеров и эластомеров, особенно в тех случаях, когда необходимо применение при высоких температурах.
Пульпа марки Кевлар ULTRATHIXTM используется как тиксотропная добавка в адгезивах, уплотнениях и покрытиях. Эта пульпа легко диспергируется и позволяет контролировать как вязкость, так и эффект армирования в большинстве полимерных систем.

Рис. 6. Зависимость вязкости от скорости сдвига для эпоксидной смолы и эпоксидной смолы с введенной пульпой.

На рис. 6 приведена зависимость вязкости от скорости сдвига для эпоксидной смолы и эпоксидной смолы с введенной пульпой.
При работе с дисперсиями пульпы Кевлара необходимо решить проблемы с тем, что пульпа диспергируется неоднородно, требуется высокая скорость сдвига, что связано со снижением производительности смешения и повышением цены, низким содержанием волокна в пульпе. Однако эти проблемы полностью компенсируются преимуществами: высокой прочностью композиции, высоким модулем и малой деформативностью, отсутствием хрупкости и абразивного действия, высокой износостойкостью, отсутствием усадки и высокой (до 500°С) температурой разложения.

Рис. 7. Влияние пульпы Кевлара на свойства эпоксидной смолы.

Рисунок 7 иллюстрирует влияние пульпы Кевлара на свойства эпоксидной смолы. Как видно, введение пульпы полностью блокирует истечение смолы из капилляра.