На основании документа Коллегии Военно-промышленной комиссии Министерства промышленности и торговли Российской Федерации № 29507-П22-ВПК от 10 апреля 2024 г. «Каталог средств обнаружения и противодействия беспилотным летательным аппаратам, предлагаемых предприятиям промышленности для защиты объектов федеральных органов исполнительной власти и подтвердивших заявленные тактико-технические характеристики» (Раздел III. Средства пассивной (инженерной) защиты) определен следующий Порядок взаимодействия

АРАМИД. Гибридные корды, короткие волокна кевлара 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.

сравнение прочности и удлинения двух гибридных кордов в сравнении с традиционными
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

штапель Кевлар
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.

флок Кевлар
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.

пульпа Кевлара
Рис. 4. Пульпа Кевлара

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

микрофотография пульпы Кевлара
Рис. 5. Микрофотография пульпы Кевлара

Фибриллярная структура волокна, показанная на рис.5, приводит к существенному увеличению удельной поверхности − до 7ч 10 м2/г (по сравнению с 0,1 ч 0,3 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.

зависимость вязкости от скорости сдвига для эпоксидной смолы и эпоксидной смолы с введенной пульпой
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.

влияние пульпы Кевлара на свойства эпоксидной смолы
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.

влияние пульпы Кевлара на свойства термопластичного полиэфирного эластомера
Рис. 8. Влияние пульпы Кевлара на свойства термопластичного полиэфирного эластомера

На рисунке 8 представлены данные по влиянию пульпы Кевлара на свойства термопластичного полиэфирного эластомера Хайтрел 4556. Как видно, уже небольшая дозировка пульпы (2,5%) поднимает на 30−35% предел текучести, незначительно сокращая относительное удлинение и прочность при растяжении.

зависимость вязкости композиции на основе Hytrel® 4556 от скорости сдвига
Рис. 9. Зависимость вязкости композиции на основе Hytrel® 4556 от скорости сдвига: 1 - чистый полимер без пульпы, 2 - с 1,8% хлопьев Кевлара длиной 1,5 мм, 3 - с 1,8% пульпы Кевлара

На рис. 9 проиллюстрирована высокая вязкость композиций на основе Хайтрела 5586 при низких скоростях сдвига. Видно, что введение 1,8% пульпы Кевлара увеличивает вязкость более чем в 4 раза при скоростях порядка 0,1 рад/с, в то время как при скоростях порядка 100 рад/вязкости близки.

устойчивость к стеканию при введении пульпы кевлара
Рис. 10. Устойчивость к стеканию при введении пульпы кевлара

Эти данные о предотвращении стекания расплава подтверждаются результатами, представленными на рис.10, где показан характер истечения расплава, оцененный по устойчивости струи.

Влияние пульпы на свойства Zytel® ST801
Рис. 11. Влияние пульпы на свойства Zytel ST801

На рис. 11 приведены данные по влиянию пульпы на свойства полиамида Зайтел ST 801 (полиамид 66 с эластомерной добавкой). Видно, что введение 5% пульпы приводит к росту предела текучести с 32−55 мПа до 62−64 мПа с одновременным сокращением относительного удлинения при растяжении вдвое с 20% до 10%.

Эффект поддержания формы струи при экструзии, отмеченный на полиэфирах, подтверждается и на полиамидах. Например, минерально наполненный полиамид 66 (Zytel NRM) нельзя экструдировать, т.к. струя не держит форму и стекает с головки экструдера. При добавлении в композицию 3% пульпы Кевлара идет нормальный процесс экструзии. Сходное влияние пульпы Кевлара обнаружено и в процессе формования с раздувом. Процесс сохранения профиля экструдированной трубки нарушается через 3 минуты. С добавлением пульпы Кевлара процесс стабилен и после 10 минут.

Таким образом, преимущества, которые можно отметить при анализе влияния введения пульпы Кевлара в композиции для экструзии профилей и раздува таковы:
- уменьшение величины разбухания струи при выходе из головки;
- лучшее поддержание стабильного размера;
- более высокие скорости экструзии;
- уменьшение внутренних напряжений;
- меньшая деформативность;
- значительно повышенная способность к механической обработке (для медленно кристаллизующихся полимеров).

Введение пульпы в процессах формования раздувом позволяет вырабатывать изделия большей длины и размера при низком содержании волокна.
Влияние пульпы Кевлара распространяется на широкий круг полимеров − полиамиды Па-6, ПА 66, Па 66 упрочненный, полиацетали (Delrin гомо- и сополимер), полиуретаны, полиэтилен, термопластичные эластомеры (Hytrel и Santoprene), фторполиэфиры (Tefzel ETFE), иономерные смолы (Surlyn), ABS, PET, PBT.

Это позволило применить термопласты, армированные пульпой Кевлара, на следующих деталях автомобилей: трубопровод забора свежего воздуха, трубопровод системы вентиляции картера, трубопровод возврата воздуха, трубопроводы теплого воздуха, корпуса воздушного фильтра, теплообменник подогрева воздуха.