Справочник по композиционным материалам

Химическая структура

Волокно кевлар представляет собой поли - п-фенилентерефта - ламид [2, 3], являющийся продуктом поликонденсации терефтало - илхлорида и гс-фенилендиамина [1]:

Кевлар-49 — кристаллизующийся полимер, параметры кри­сталлической решетки которого описаны Нортольтом [4]. Хими­ческая формула и схема межмолекулярных взаимодействий в по­лимерном субстрате представлены на рис. 12.2. Волокна кевлар относятся к классу жесткоцепных высокоориентированных поли­меров. Поперек осей макромолекул, совпадающих в основном с осью волокна, взаимодействие осуществляется посредством водородных связей. Различие в энергии продольных (ковалентных) и поперечных (межмолекулярных, водородных) связей обуслов­ливает высокую анизотропию механических свойств волокон кевлар, в частности, большую «продольную» и довольно низкую «поперечную» прочность волокна.

Ароматические кольца, придающие макромолекулам полиа­мида высокую жесткость, способствуют также преимуществен­ной ориентации макромолекул вдоль одной оси, в результате чего возникают структуры, напоминающие систему связанных длин-

TOC o "1-3" h z n Н и

0 » О

» ' »

О н о

Рис. 12.2. Химическая структура волокна кевлар

Ных прутьев. То, что полимерные цепи в силу своей жесткости оказываются распрямленными, определяет плотную упаковку макромолекул в единице объема, что, в свою очередь, уменьшает дефектность и определяет высокую прочность волокон типа кев­лар. Наличие ароматических колец в структуре макромолекулы обусловливает также высокую химическую стабильность во­локна благодаря делокализации (резонансу) электронов в кольце. И, наконец, кристаллическая природа полимера обеспечивает высокую термическую стабильность кевлара, что определяется жесткостью цепей, построенных из ароматических колец, связан­ных между собой амидными группами. Волокно кевлар не претер­певает при нагревании резких энтальпийных изменений вплоть до разложения при высокой температуре. Это придает волокну кевлар меньшую пластичность при относительно высоких темпера­турах и существенно меньшую хрупкость, свойственную многим сетчатым полимерам.