Фибра из волокон СВМПЭ

ТУ 22.21-022-27408634-2020

Волокно из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) относится наряду с углеродом и арамидом к группе так называемых «суперволокон». Высокая прочность и очень высокая износостойкость при сравнительно низкой плотности (0.96-0.97) г/см³ делает нить СВМПЭ одним из самых перспективных волоконных материалов в различных отраслях техники. К сожалению, отсутствие отечественного производства сырья очень сильно сдерживает производство этих очень важных волокон. Дело в том, что самые перспективные марки сырья, которые используются для получения сверхпрочных волокон не продают российскому производителю. А покупать по завышенной цене сами волокна и изделия из них накладно для нашей промышленности. Волокна из СВМПЭ получают двумя путями- методом гель формования и в твердой фазе. Твердофазное формование наиболее перспективный метод, но здесь требуется особые свойства сырьевых материалов. Марки порошка СВМПЭ, которые можно купить, перерабатываются в волокно только методом гель-формования, которое, однако, до сих пор не освоено нашей промышленностью.

Разработка новой технологии

На нашем предприятии разработана твердофазная, принципиально новая технология получения фибры из волокон СВМПЭ, которая в отличии от очень дорогого и химически и экологически «грязного» производства гель-формования СВМПЭ позволяет, во первых, получать волокна из любых, представленных на рынке в России сырьевых материалов, а во вторых, позволяет получать супертонкие волокна в отличии разработанного за рубежом метода твердофазной прокатки порошка в закрытых калибрах., который позволяет получать только пленочные нити шириной 6-10 мм и толщиной 40-60 мкм. К сожалению, из-за санкций, в России не представлены сырьевые материалы для получения суперпрочных волокон. Поэтому максимальная прочность волокон, которую можно достичь из доступного сырья, не выше 0.8 ГПа. В основе этого метода лежит эффект сверхпластичности полимеров, обнаруженный в исследованиях ориентационного деформирования полимеров под гидростатическим давлением в наших научных лабораториях. Получение высококачественных ультратонких дешевых волокон из любых марок СВМПЭ открывает возможности разработки новейших технологий получения разнообразных изделий и материалов из этого ценнейшего полимера.

Наиболее перспективным направлением применения фиброволокон из СВМПЭ является наполнение бетона и асфальта, учитывая выдающиеся эксплуатационные свойства этого материала по износостойкости , прочности, химстойкости, морозостойкости, легкости и при этом отсутствием практически старения. Выпускаются фиброволокна различной длины (от 2 мм ) и различного диаметра (от 10 мкм) . Сравним по этим показателям фиброволокна из СВМПЭ с основными разновидностями фибронаполнителей бетона и асфальта , применяемыми в настоящее время.

В настоящее время, в зависимости от поставленной задачи, применяют четыре основных разновидностей фибры.

1. Стальная
2. Полипропиленовая
3. Базальтовая
4. Стеклянная

Стальная фибра применяется в гражданском строительстве при заливке фундаментов, стяжек, и в некоторых случаях может заменить даже арматурный каркас. Применение такой фибры позволяет увеличить прочность при растяжении и при изгибе в 2 раза. Повышается стойкость к ударным нагрузкам. При этом имеет место и значительные недостатки – высокий вес, подверженность коррозии, недостаточное сцепление с бетоном, выход фибры наружу вследствии эррозии бетона.

Полипропиленовая фибра применяется для гидротехнических сооружений , в самовыравнивающихся растворах, добавляется в смеси при ремонтных и штукатурных работах, в аэродромных плитах. При применении такой фибры наблюдается увеличение пластичности бетона и его ударная вязкость , увеличивается химстойкость, привносит легкость и достаточно высокую прочность. Является самым распространенным фиброволокном. Недостаток- низкая морозостойкость, изноостойкость, недостаточная долговечность.

Стеклянная фибра применяется в стяжках любой толщины, в строительных и ремонтных смесях, в сборных бетонных конструкциях.Она уменьшает растрескивание, усадку, происходит увеличение прочности и жесткости бетонных смесей. Придает негорючесть. Недостаток – не стойка в щелочной среде, имеет высокую экологическую опасность, низкую износостойкость.

Базальтовая фибра применяется при изготовлении взрывобезопасных объектов, сейсмостойких конструкций, военных сооружений, радиопрозрачных конструкций. Имеет высокую химстойкость, морозостойкость (-200С), обладает высокой адгезией и одинаковым коэффициентом температурного расширения с бетоном, не подвержен коррозии. Из недостатков следует отметить вес в 2.5 раза выше чем у полипропилена, применение только с замасливателем, и высокую энергоемкость получения волокон.

Отсутствие в этом списке фибры СВМПЭ с непревзойденной износостойкостью по сравнению со всеми видами фиброволокон, отличной морозостойкостью (-80 С), великолепной химстойкостью, сравнимой лишь с фторопластом, высокой прочностью( по предельным характеристикам прочнее стали в 10 раз) в сочетании с легкостью ( сравнима только с полипропиленом) и отсутствием старения объясняется только лишь чрезвычайной сложностью и экологической уязвимостью технологического процесса получения волокна по растворному методу гель -технологии. С разработкой простой, высокопроизводительной и экологически безвредной технологии твердофазного формования, открывается и перспектива использование фиброволокна из СВМПЭ при строительстве дорог, аэродромных плит, износостойких полов, облегченных высокопрочных строительных конструкций.

ФОТО. Фибра из волокон сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ)