Химическиеволокна Евгений ВарнавскийС1931 года кроме бутадиенового каучука, синтетических полимеров еще не было, адля изготовления волокон использовалисьединственно известные тогда материалы на основе природного полимера -целлюлозы.Революционные изменениянаступили в начале 60-х годов, когда после объявления известной программыхимизации народного хозяйства промышленность нашей страны начала осваиватьпроизводство волокон на основе поликапроамида, полиэфиров,полиэтилена, полиакрилонитрила, полипропилена и других полимеров.
Вто время полимеры считали лишь дешевыми заменителями дефицитного природногосырья - хлопка, шелка, шерсти. Но вскоре пришло понимание того, что полимеры и волокна на их основе подчас лучше традиционноиспользуемых природных материалов - они легче, прочнее, более жаростойки,способны работать в агрессивных средах.Поэтому все свои усилия химики итехнологи направили на создание новых полимеров, обладающих высокимиэксплуатационными характеристиками, и методов их переработки.
И достигли в этомделе результатов, порой превосходящих результаты аналогичной деятельностиизвестных зарубежных фирм. Вначале 70-х за рубежом появились поражающие воображение своей прочностью волокна кевлар США , несколько позже - тварон Нидерланды , технора Япония и другие, изготовленные на основеполи-п-фенилентерефталамида и других аналогичных полимеров ароматического ряда,получивших собирательное название арамидов.На основе таких волокон были созданы различные композиционныематериалы, которые стали успешно применять для изготовления ответственных деталей самолетов и ракет, атакже шинного корда, бронежилетов, огнезащитной одежды, канатов, приводныхремней, транспортерных лент и множества других изделий.
Эти волокна широко рекламировались в мировой печати.Однакотолько узкому кругу специалистов известно, что в те же годы российские химики итехнологи самостоятельно создали арамидное волокно терлон, неуступающее по своим свойствам зарубежным аналогам. А потом здесь же былиразработаны методы получения волокон СВМ и армос,прочность которых превышает прочность кевлара в полтора раза, а удельнаяпрочность то есть прочность, отнесенная к единице веса превосходит прочностьвысоколегированной стали в 10-13 раз! И если прочность стали на разрывсоставляет 160-220 кг мм2, то сейчас активно ведутся работы посозданию полимерного волокна с прочностью до 600кг мм2. Другойкласс полимеров, пригодных для получения высокопрочных волокон -жидкокристаллические ароматические полиэфиры, то есть полимеры, обладающиесвойствами кристаллов в жидком состоянии.
Волокнам на их основе свойственны нетолько достоинства арамидных волокон, но еще и высокая радиационная стойкость,а также устойчивость к воздействию неорганических кислот и различныхорганических растворителей.
Это идеальный материал для армирования резины исоздания высоконаполненных композитов на его основе созданы образцысветоводов, качество которых соответствует высшему мировому уровню. А ближайшаязадача - создание так называемых молекулярных композитов, то естькомпозиционных материалов, в которых армирующими компонентами служат самимолекулы жидкокристаллических полимеров.
Молекулыобычных полимеров содержат, помимо углерода, еще и атомы других элементов -водорода, кислорода, азота. Но сейчас разработаны методы получения волокон, представляющих собой, по сути дела, чистый полимерныйуглерод.Такие волокна обладают рекордной прочностью свыше 700 кг мм2 и жесткостью, а также чрезвычайно малымикоэффициентами термического расширения, высокой стойкостью к износу и коррозии,к воздействию высоких температур и радиации.
Это позволяет успешно использоватьих для изготовления композиционных материалов -углепластиков, применяемых в самых ответственных конструкционных узлахскоростных самолетов, ракет и космических аппаратов. Применениеуглепластика оказывается экономически весьма выгодным.На единицу весаизготовленного из него изделия нужно затратить в 3 раза меньше энергии, чем наизделие из стали, и в 20 раз меньше, чем из титана.
Тонна углепластика можетзаменить 10-20 тонн высоколегированной стали. Турбина насоса, изготовленная изуглепластика и пригодная для перекачки минеральных кислот при температурах до150оС, оказывается вдвое дешевле и служит в шесть раз дольше. Уменьшается итрудоемкость изготовления деталей сложной конфигурации.Многиесвойства углекомпозитов можно изменять в широчайших пределах. Например, созданыматериалы с коэффициентом трения, составляющим всего 0,06 их можноиспользовать в подшипниках скольжения.
Однако есть и материалы с коэффициентомтрения до 0,7, а это значит, что из них можно делать тормозные колодки, несодержащие асбеста. Ещеодно замечательное свойство материалов на основе углеродных волокон - их способность хорошо проводить электричество и тепло. Это позволяет делатьна их основе сухие безынерционные электронагреватели в виде либо жестких пластин, либо мягких тканей.Они совершенно безопасны в пожарном отношении, так кактепловой поток равномерно распределяется по большой поверхности, и их можноиспользовать для обогревания помещений или сидений автомобилей и тракторов.Питаются такие нагревательные элементы либо постоянным током с напряжением от 6до 18 В, либо переменным током с напряжением от 24 до 220 В. Электропроводностьуглеродных волокон позволяет бороться и с доставляющимнемало хлопот статическим электричеством кстати, далеко не безвредным дляздоровья человека достаточно ввести в материал ткань, бумагу всего 0,02 -1 углеродного волокна, чтобы электрические заряды полностью стекали с этого материала, как после обработки антистатиком.
Углеродныематериалы имеют и медицинские области применения живой организм их неотторгает.
Поэтому если скрепить сломанную кость штифтом на основеуглепластика, а поврежденное сухожилие заменить легкой и прочной углероднойлентой, то организм не воспримет этот материал как чужеродный. А углеродныематериалы, обладающие высокой адсорбционной активностью, с успехом применяют ввиде повязок, тампонов и дренажей при лечении открытых ран и ожогов - в томчисле и химических.
Сорбционные свойства специально приготовленного углеродного волокна в 2,5 раза выше сорбционных свойствактивированного угля!.