РАЗМЕРОСТАБИЛЬНЫЙ АРАМИДНЫЙ ЖГУТ С ПОВЫШЕННОЙ ТЕРМОСТОЙКОСТЬЮ

Область техники
Полезная модель относится к арамидным жгутам и многокруточным, трощеным нитям из ароматического сополимера с гетероциклами в цепи, в частности, сополиамидобензимидазола (СПАБИ).
Уровень техники
Аналогом по названию объекта техники «арамидный жгут» - может служить волоконный жгут из патента RU 2108420 (МПК D06M 10/00, D01F 6/74, C08J 5/06; опубл.: 10.04.1998) СПОСОБ ОБРАБОТКИ АРАМИДНОГО МОНОВОЛОКНА, МОНОВОЛОКНО, ВОЛОКОННЫЙ ЖГУТ, ИЗДЕЛИЕ, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И ПОКРЫШКА ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ШИНЫ. Изобретение относится к производству волокон технического назначения, используемых, в частности, в шинной промышленности: арамидное моноволокно с диаметром D 40-480 мкм, линейной плотностью 1,7-260 текс, прочностью Т, сН/текс, удовлетворяющей соотношению Т=170-D/3, модулем не менее 2000 сН/текс, обрабатывают плазмой в газовой среде. Из множества указанных обработанных волокон получают волоконный жгут. Однако указанный жгут предназначен для шинного корда, а не для оптических кабелей, и арамидные моноволокна жгута изготовлены не из СПАБИ, а из ПФТА.
Известны высокомодульные некрученые жгуты СВМ линейной плотности 1000 текс (ГОСТ 28007-88 Нить и жгут СВМ высокомодульные технические), которые комплектуются из крученых или некрученых нитей СВМ линейной плотности 58,8 текс.
Жгуты по ГОСТ 28007-88 предназначены для изготовления композиционных материалов, однако их модуль упругости не превышает 132 ГПа.
В патенте RU 2426825 (МПК D02G 3/28, D02H 13/22, опубл. 20.08.2011) описан комплекс мононитей, полностью состоящих из ароматического полиамида. Комплекс мононитей можно с успехом использовать в качестве материала для покрывания оптических волокон при изготовлении оптических кабелей. Комплекс мононитей (как эквивалент жгута), содержит множество мононитей (предпочтительно от 500 до 1500 мононитей, где толщина мононити находится в диапазоне от 1,0 денье до 2,5 денье (0,111-0,278 текс), Суммарная толщина комплекса мононитей составляет в диапазоне от 1400 денье до 15000 денье (155,4-1665,0 текс), а количество мононитей, содержащихся в комплексе мононитей, предпочтительно находится в диапазоне от 1000 до 10000. Толщина единичной мононити, содержащейся в комплексе мононитей, предпочтительно находится в диапазоне от 1,0 денье до 2,5 денье (0,111-0,278 текс)), сложенных вместе в некрученом состоянии и обладающих среднеквадратическим отклонением массы в расчете на единицу длины комплекса мононитей в диапазе от 0,0001 до 0,01. Изобретение обеспечивает постоянное желаемое натяжение нити и получение комплекса мононитей в некрученом состоянии. Однако, у этих арамидных мононитей и их жгута (как комплекса мононитей) не описан важный для предлагаемой полезной модели параметр неразрывной длины мононити, а упомянуто про отрезание участка комплекса мононитей длиной 5000 мм (=5 м).
Более близким аналогом предлагаемого жгута можно принять некрученый арамидный жгут из мононитей из СПАБИ с перечислением ряда примерных величин параметров в примере в описании патента RU 2085631 (МПК D02G 1/12, D01D 11/02, опубл. 27.07.1997) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ НИТЕЙ. Исходный жгут из СПАБИ, имеющий линейную плотность 600 текс и состоящий из 6 комплексных нитей линейной плотности 100 текс разматывают на отдельные составляющие. Физико-механические показатели жгута: разрывная нагрузка Н 1100…1220 Н; коэффициент вариации по разрывной нагрузке не более 10%; модуль упругости не менее 140 ГПа; провисание комплексных нитей не более 65 мм. Мононить линейной плотности 100 текс имеет следующие физико-механические показатели: разрывная нагрузка 225 Н; удлинение при разрыве не менее 3%; модуль упругости не менее 140 ГПа.
Однако объектом патента является не сам жгут, а способ его разделения на отдельные мононити, и поэтому ничего не говорится ни об особенностях технологических приемов получения (а не разделения) жгута, обеспечивающих его особые эксплуатационные характеристики для использования в оптических кабелях.
2
2
Получение же арамидных нитей для их последующего применения в том числе в оптических кабелях представлены в патентах ООО «ЛИРСОТ» RU 2285761 (МПК D01F 6/74, C08G 69/32; опубл. 20.10.2006) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ТЕРМОСТОЙКИХ НИТЕЙ ИЗ АРОМАТИЧЕСКОГО СОПОЛИАМИДА С ГЕТЕРОЦИКЛАМИ В ЦЕПИ (техническая задача - повышение механических свойств высокопрочных СПАБИ нитей) и RU 2300581 (МПК D01F 6/74, опубл. 10.06.2007) ПОЛУЧЕНИЕ НИТЕЙ НА ОСНОВЕ СОПОЛИАМИДОБЕНЗИМИДАЗОЛА (СПАБИ) С ЩЕЛОЧНОЙ ОБРАБОТКОЙ. Техническая задача изобретения в патенте RU 2300581 - получение высокопрочных высокомодульных нитей на основе СПАБИ со следующими показателями нитей: линейная плотность 18…58,8 текс; прочность комплексных нитей (удельная разрывная нагрузка) до 260 сН/текс; относительное удлинение при разрыве 2,6…3,3%; динамический модуль упругости 15000…15300 кгс/мм; прочность комплексных нитей в микропластике до 520 кгс/мм; рН водного экстракта после кипячения 6,0…8,5).
Также краткое описание отдельных характеристик комплексных высокопрочных высокомодульных термостойких нитей на основе СПАБИ приведено в патентах ООО «НПП «Термотекс»» RU 2487969 (МПК D01F 6/00, D01F 6/74, C08G 69/32, опубл. 20.07.2013) и RU 2469052 (МПК C08G 69/32, D01F 6/80, опубл. 10.12.2012).
Однако во всех этих патентах ООО «ЛИРСОТ» и ООО «НПП «Термотекс»» нет упоминания о жгутах из комплексных нитей, а есть только описание характеристик комплексных нитей на основе СПАБИ и возможности их применения, в том числе в кабелях волоконной оптики.
Раскрытие полезной модели
Часть авторов предлагаемого нового технического решения размеростабильного арамидного жгута с повышенной термостойкостью являются авторами изобретений вышеуказанных патентов ООО «ЛИРСОТ». Предлагаемый арамидный жгут также изготовлен из комплексных арамидных СПАБИ нитей, в первую очередь для применения в длинномерных кабелях волоконной оптики.
Технический результат - разработка размеростабильного длинномерного арамидного жгута с повышенной термостойкостью для применения в оптоволоконных кабелях. Технический результат состоит в получении размеростабильного арамидного жгута с повышенной термостойкостью, который характеризуется разрывной нагрузкой не менее 950 Н, модулем упругости не менее 145 ГПа, длиной до 6,5 км, линейной плотностью 360…1000 текс, и состоит из комплексных нитей линейной плотности 40…100 текс с круткой до 40 кр/м, при этом сам трощеный жгут имеет крутку 15…30 кр/м одинакового или противоположного направления крутке составляющих нитей.
2
Совокупностью существенно важных признаков для достижения технического результата (в сравнении с согласованным наиболее близким аналогом - арамидным жгутом по ТУ 2272-007-51605609-2011 (производитель - ОАО «Каменскволокно»)) является то, что размеростабильный арамидный жгут с повышенной термостойкостью имеет номинальную линейную плотность 360…1000 текс, в том числе 650 текс; разрывную нагрузку не менее 950 Н, в том числе 1225 Н; состоит из крученых комплексных нитей линейной плотности приблизительно 60 текс, в том числе 58,8 текс. При этом имеет модуль упругости не менее 14000 кгс/мм, длину до 6,5 км, крутку нитей до 40 кр/м, сам трощеный жгут имеет крутку 15…30 кр/м одинакового или противоположного направления крутке составляющих нитей.
На поверхность составляющих нитей преимущественно нанесен химически связанный олигометилгидридсилоксан в количестве 0,1…0,3%, повышающий продольную жесткость и термостойкость жгута, а также снижающий трение при его переработке в изделия. При этом жгут не содержит замасливатели и/или аппретирующие компоненты.
Жгут обладает хорошей сматываемостью и отсутствием провисания и петлеобразования составляющих нитей при переработке в изделия, а также сохраняет не менее 80% исходной прочности и не менее 80% показателя модуля упругости после выдерживания на воздухе при 200°С в течение 1000 ч.
-6
-6
-1
Составляющие жгут элементарные нити имеют коэффициент Пуассона 0,30 при продольном растяжении и 0,23 при осевом сжатии и модуль всестороннего объемного сжатия 3,2-3,6 ГПа и имеют коэффициент продольного и поперечного термического расширения минус (2,0-7,0)·10 и 60·10 К соответственно.
Осуществление полезной модели
У предлагаемого арамидного жгута характеристики основных признаков (с учетом особенностей техпроцесса его изготовления) следующие:
2
1) основные характеристики жгута: безобрывная длина не менее 6000 м (и до 6500 м); прочность составляющих его нитей не менее 230 сН/текс; модуль упругости не ниже 14000 кгс/мм;
2) жгут отличается стабильностью линейных размеров и термостойкостью при температурах до 300°С;
3) жгут из длинномерных (до 6500 м) комплексных нитей с гладкой поверхностью, линейной плотности 60 текс с круткой 35…40 кр/м, с малыми крутками при трощении комплексных нитей в жгут; практически без шлихтующих аппретирующих компонентов и замасливателей;
4) нити из волокон на основе СПАБИ, полученные способом формования с ослабленным натяжением при их формовании; с вакуумной термообработкой для увеличения прочности и модуля нитей;
5) ассортимент жгутов: жгуты номинальной линейной плотности 360, 480, 600 и 1020 текс, состоящие из 6, 8,10 и 17 комплексных нитей соответственно.
По мнению авторов, преимущества разработанного арамидного жгута следующие:
1) жгут базируется на структуре малых одно- или разнонаправленных круток арамидных волокон, обеспечивающих лучшую технологичность его дальнейшей переработки и использования (а именно: жгут практически не лохматится и не электризуется);
2) по сравнению с известными арамидами марок Кевлар, Тварон, Херакрон, жгут отличается более высокой и длительной термостабильностью при температурах до 200°С;
3) в отличие от известных аналогов из волокон марок Кевлар (США), Тварон (Япония), Херакрон (Корея), жгут не содержит замасливателей и шлихтующих аппретирующих препаратов, склеивающих ингредиентов, и обладает пониженной фактической влажностью;
4) механические показатели жгутов и элементарных волокон Армос существенно превышают соответствующие показатели хорошо известных специалистам жгутов из волокон Тварон (Тейджин Тварон, Япония) и Херакрон (Колон, Корея). Сравнительные показатели представлены в таблице 1.
-6
-6
-1
Составляющие жгут элементарные СПАБИ нити имеют коэффициент Пуассона 0,30 при продольном растяжении и 0,23 при осевом сжатии и модуль всестороннего объемного сжатия 3,2…3,6 ГПа. Коэффициент их продольного и поперечного термического расширения составляет минус (2,0…7,0)·10 и 60·10 К соответственно.
Трощение нитей СПАБИ в жгуты осуществляется на тростильно-крутильной машине двойного кручения. Для уменьшения разнодлинности нитей в трощеном жгуте используется прием снижения продольно-поперечных колебаний нитей за счет их
прохождения через объединительный глазок (ролик) при регулируемом натяжении не менее 10 грамм на каждую нить. Процесс осуществляется при скорости приема жгута 60-80 м/мин и скорости вращения барабана 600-800 об/мин. В получаемых жгутах разнодлинность составляет менее 1 мм на 1 метр жгута. Сочетание объединительного глазка (ролика) и регулируемого натяжения исключает фибриллизацию волокон и появление близн и потертостей на их поверхности. Небольшая крутка (от 15 до 40 кр/м) для жгутов необходима для сохранения их хорошей сматываемости со стороны торцов с неподвижно установленных паковок, а также для придания компактности и целостности в условиях переработки в изделия. Полученные длинномерные жгуты наматывают и хранят на бобинах. Свойства результирующих жгутов представлены в таблице 2.
Для дальнейшей переработки результирующего арамидного жгута в оптический кабель важную роль играют поверхностные дефекты его волокон. Они могут разрушать волокно, а также могут привести к технологическим проблемам при обмотке арамидного волокна вокруг оптического кабеля. Для перерабатываемости волокон очень важно качество их поверхности. Структурные исследования нитей жгутов с помощью ИК-Фурье спектрометра показали, что полученные жгуты пригодны для переработки в оптический кабель, а именно структура поверхности нитей жгутов является типичной для поверхности синтетических волокон и не содержит дефектов. Использованный сополимер дает возможность получать гладкую структуру поверхности.