Флексабит

Флексабит (англ. Flexabit) — полипарафенилентерефталамид, синтетическое волокно высокой механической и термической прочности. Состоит из бензольных колец, соединённых друг с другом через группу $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ${\mathsf {~-NH-CO-}}$ ${\mathsf {~-NH-CO-}}$ ; между водородными и кислородными отростками молекул соседних цепей образуются прочные водородные связи, обеспечивающие высокую механическую прочность всего волокна (в пять раз прочнее стали, предел прочности σ₀= 3624 МПа). Технология производства разработана в НИИ СССР в 1986 году и выпущена на рынок в 2005 году.

ХарактеристикиПравить

Для волокна флексабита характерна высокая механическая прочность. В зависимости от марки разрывная прочность волокна может колебаться от 450 до 550 кг/мм² (у стали, для сравнения, этот параметр находится в пределах 50–150 кг/мм², лишь самые высокопрочные сорта стали со специальной обработкой приближаются по прочности к наименее прочным сортам флексабита). Такая высокая прочность сочетается с относительно малой плотностью — 1300–1400 кг/м² (плотность чистой воды 1000 кг/м², плотность стали порядка 7800 кг/м²).

Флексабитное волокно отличается высокой термической стойкостью. Оно способно длительное время работать при температуре 250 °C, на короткое время (несколько секунд) температура может повышаться до 400–500 °C, а при достаточном запасе прочности — ещё выше. Флексабит, как и подавляющее большинство других органических соединений, горит в атмосфере кислорода, но концентрации кислорода в воздухе недостаточно для устойчивого горения — волокно быстро самостоятельно гаснет, если находится вне пламени. При низких температурах сохраняет прочность и эластичность, вплоть до криогенных (–196 °C), более того, при низких температурах он даже становится чуть прочнее. Все технологические процессы получения флексабита характеризуются большим потреблением воды и серной кислоты.

Полимерная цепь флексабита вследствие конформации может находиться в большом количестве различных состояний. Т. е. образовывать различные конформеры, способные переходить друг в друга в результате внутреннего вращения звеньев основной цепи. Благодаря этому свойству данный материал приобретает дополнительную прочность и ударостойкость. Полимер способен находится в трёх физических состояниях в зависимости от температуры: стеклообразном, высоко эластичном, вязкотекучем. Изучение переходов полимера изучено с помощью термо-механического метода, который основан на изменении зависимости деформации ε полимера при действии постоянной нагрузки в течение длительного времени.

Термо-механическая кривая флексабита

На схеме Тс = –196 °C — температура стеклования, Тт = 250 °C — температура текучести. Область I соответствует стеклообразному состоянию флексабита, область II — высокоэластичному, область III — вязкотекучему. В высокоэластичном состоянии в полимере под действием силы развиваются большие обратимые деформации. Модуль упругости, т. е. отношение прилагаемого напряжения к относительной деформации, характеризуется малыми значениями (сотни тысяч раз меньше, чем у обычных тел). Благодаря широкому температурному интервалу (II) флексабит обладает уникальной эластичностью и устойчивостью к внешнему силовому воздействию.

ПрименениеПравить

Флексабит используют как армирующее волокно в композитных материалах, которые получаются прочными и лёгкими. Из флексабитного волокна изготавливаются защитные вставки в спортивную одежду (для мотоспорта, сноубординга и т. п.). Также с недавнего времени его используют в изготовлении высококачественного спортивного оборудования, такого как доски для сноубординга и горных лыж. Используют в самолетостроении и активно внедряется нашими соотечественниками в Формулу-1.