Пластик из микро и нановолокон СВМПЭ и связующих смол

В настоящее время получение пластика из легких, высокопрочных, износостойких волокон СВМПЭ является первостепенной задачей. А применение волокон СВМПЭ в баллистической защите делает эту задачу стратегической. Попытки изготовить суперпрочный, суперлегкий пластик из волокон СВМПЭ на основе эпоксидной смолы предпринимаются постоянно. Из-за недостаточной адгезии волокна к связующему применяются различные методы – обработка волокна плазмой, коронным разрядом на воздухе или в среде, обработка УФО, травление. Применяют и гибридные волокна при получении армирующих тканей - сочетание волокон СВМПЭ с арамидным, углеродным или стекловолокном, чтобы нивелировать плохую адгезию к СВМПЭ. Предпринимаются попытки и модифицировать связующие смолы введением наноразмерных частиц различных материалов. Нельзя сказать, что эффект от этих модификаций не оправдывает надежд, но все же ожидания были значительно выше. Когда речь идет о баллистическом волокне Dyneema, то изначально эти волокна представляют собой высокопрочные макроволокна диаметром от 10 до 40 мкм с прочностью 3.5-5.0 ГПа. Хотя теоретическая прочность волокон составляет по данным различных источников 15-20 ГПа. Помимо повышения адгезии применение микро и нановолокон СВМПЭ это один из путей повышения прочности и жесткости пластика. Получение нановолокон методом электроспининга для таких полимеров как СВМПЭ малоэффективен из-за высокой вязкости расплава, а из раствора очень дорого и с ограниченной производительностью. На нашем предприятии разработана оригинальная промышленная технология получение микро и нановолокон СВМПЭ путем дефибриллизации волокон, полученных по традиционной гель-технологии. Дефибрилляция — это процесс разделения волокна на более тонкие, часто субмикронные или даже наноразмерные волокна. В настоящее время применяют специальные методы дефибриллизации, но это не промышленные методы (например, с помощью ультразвука и растворителей). Мы применили механический способ дефибриллизации высокопрочных, высокомодульных волокон СВМПЭ в твердой фазе и добились получения микро и нановолокна. Нановолокна полимеров — это волокна диаметром менее 100 нм, характеризующиеся высокой плотностью поверхности, гидрофильностью, гибкостью и удивительной прочностью - чем тоньше волокно, тем выше прочность. Технология претендует на промышленную, легко масштабируемую. Появление на рынке в промышленном объеме самых легких высокопрочных, высокомодульных микро и нановолокон из СВМПЭ, имеющих совершенно другие, неожиданные свойства по сравнению с исходными имеет существенное значение для получения пластиков. Прежде всего для таких волокон не нужно дополнительно обрабатывать, т.е. активировать поверхность. Во-вторых, эти волокна легко поддаются термоскреплению и иглосвязыванию при получении нетканых полотен. Достаточно высокая гидрофильность и микропористость этих полотен - практически идеальный армирующий материал для пластика на основе эпоксидных смол. Варьирование давлением прессования препрегов позволяет изменять физико-механические свойства в широких пределах и получать материалы с заданными свойствами, что очень важно для создания эффективных многослойных баллистических материалов.

Фото Микро и Нановолокон из СВМПЭ после выхода из установки и смоченные водой (гидрофильность):

Таблица. Сравнения мех. свойств высокопрочных волокон и КМ на их основе

Материал волокна	Прочность, МПа	Модуль упругости, МПа
Дюйнема / Spectra (волокно)	2500–3600	70–110
КМ на основе Дюйнемы + смола	500–900	20–40
Нановолокна СВМПЭ (дефибрилированные из Дюйнемы)	4000–7000	100–150
КМ на основе нановолокна СВМПЭ + смола	800–1200	25–50
Арамид (Кевлар 49, Тварон)	3600	70–80
КМ на основе арамида + эпоксид.смола	600–900	30–40