В течении 60 секунд
Введите другой номер телефона
Фенилон (ПФИФ)
Фенилон (поли – м – фениленизофталамид, ПФИФ, англ. poly[N,N′-(1,3-phenylene)isophthalamide] или PMIA) – полимер, относящийся к классу ароматических полиамидов. Фенилон, как и другие полиамиды, является продуктом поликонденсации и имеет следующую структурную формулу:
Физические свойства фенилона
При выпуске ненаполненной пластической массы фенилона продукт может иметь цвет от светло-желтого до темно-коричневого и иметь высокую степень прозрачности в тонких слоях.
Пресс-материалы, изготавливаемые из фенилона, представляет собой порошок белого или розоватого цвета в зависимости от марки продукта. (например, марки П, С1, С2)
Ниже представлена сравнительная таблица для трех наиболее известных марок пресс-материалов фенилона:
Характеристика | П | С1 | С2 |
Плотность, г/см3 | 1,33-1,35 | 1,33-1,35 | 1,33-1,35 |
Твердость, кгс/мм2 | 30 | 28 | 29 |
Разрушающее напряжение при растяжении, кгс/см2, не менее | 900-1200 | 1000-1200 | 1200-1400 |
Разрушающее напряжение при статическом изгибе, кгс/см2, не менее | 1200-1500 | 1500-1700 | 2000-2400 |
Разрушающее напряжение при срезе, кгс/см2, не менее | 800 | 910 | 1200 |
Предел текучести при сжатии, кгс/см2, не менее | 2100-2300 | 2200-2300 | 2100-2300 |
Ударная вязкость, кгс•см/см3, не менее | 20-30 | 20-40 | 35-50 |
Относительное удлинение при разрыве, % | 4 | 5 | 6,6 |
Модуль упругости при сжатии, кгс/см2 | 30000-33000 | 32000-33000 | 30000-32000 |
Водопоглощение за 24 ч, %, не более | 0,5 | 0,5 | ̶ |
Усадка после прессования, %, не более | 0,6 | 0,6 | ̶ |
Температура плавления, °С | 430 | ̶ | ̶ |
Температура хрупкости, °С | -70 | ̶ | -80 |
Теплостойкость, °С | 270 | 275 | 290 |
Температура размягчения по Вика, °С, не ниже | 260 | 270 | 270 |
Удельное электрическое сопротивление, объемное, Ом•м | 7•1012 | 7•1012 | 7•1012 |
Диэлектрическая проницаемость при 106 Гц | 4,9 | 4,9 | 4,9 |
Тангенс угла диэлектрических потерь при 106 Гц | 0,02 | 0,02 | 0,02 |
Термодинамические характеристики некоторых марок
Температура, °С | Удельная теплоемкость, кал/(г•°С) | Коэффициент теплопроводности, ккал/(м•ч•°С) | ||
П | С2 | П | С2 | |
20 | 0,34 | ̶ | 0,16 | ̶ |
50 | 0,39 | 0,32 | 0,17 | 0,22 |
100 | 0,46 | 0,33 | 0,18 | 0,22 |
150 | 0,52 | 0,37 | 0,22 | 0,22 |
200 | 0,58 | 0,38 | 0,23 | 0,22 |
250 | ̶ | 0,43 | ̶ | 0,22 |
300 | ̶ | 0,43 | ̶ | 0,23 |
Износостойкость фенилона при сухом трении в разы выше, чем у капрона. Так, при нагрузках 25-40 кгс/см2 и скорости скольжения 0,87м/с износостойкость капрона ниже, чем у фенилона, в 4 раза. При отсутствии эффективного отвода тепла от узла трения и локальных перегревах изделия (250°С и выше) работоспособность материала утрачивается. Именно поэтому изделия из фенилона стоит использовать при небольших нагрузках и относительно невысоких температурах.
Химические свойства фенилона
Химическая стойкость.
Изделия из фенилона практически не подвергаются изменениям под воздействием большинства углеводородных и других органических растворителей. Однако, при повышенных температурах на изделия могут оказать вредное воздействие полярные вещества, схожие по строению с нафтилом и производными крезола.
Что касается неорганических жидкостей, то стойкость фенилона к разбавленным кислотам и щелочам умеренная. Напротив, концентрированные кислоты и щелочи разрушают его, и интенсивность воздействия увеличивается с ростом температуры среды. Для наглядности ниже приведена таблица зависимости изменения свойств образцов фенилона П от влияния среды.
Среда | Выдержка, ч | Температура среды, °С | Сохранение прочности, % | Изменение массы, % | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Бензин А-72 | 2000 | 20 | ̶ | +0,32 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Бензин БР-1 (Галоша) | 165 | 20 | 100 | +0,90 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Этилированный бензин | 2000 | 20 | ̶ | +0,33 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Дизельное топливо | 2000 | 20 | ̶ | +0,36 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Смесь бензина с бензолом 3:1 | 2000 | 20 | ̶ | +0,29 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Масло индустриальное | 2160 | 20 | 87 | -2,02 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2160 | 150 | 124 | -0,87 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Веретенное масло | 2000 | 20 | ̶ | +0,25 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Трансформаторное масло ХА-2 | 165 | 20 | 85 | +0,20 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Гидрожидкость 7-50С-3 | 2000 | 20 | 100 | +0,30 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2000 | 200 | 43 | -0,70 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Масло Б-3В | 2000 | 20 | 97 | +0,30 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2000 | 200 | ̶ | -0,60 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Смазка ВНИИНП-260 | 2160 | 20 | 64 | -1,70 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2160 | 150 | 90 | -1,20 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Серная кислота, 70% | 165 | 20 | 50 | +79,00 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Азотная кислота, 57% | 165 | 20 | 70 | +13,00 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Соляная кислота, концентрированная | 165 | 20 | 95 | +1,40 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Уксусная кислота, 98% | 165 | 20 | 95 | -0,20 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Гидроксид калия, 10% | 165 | 20 | 100 | +2,50 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Гидроксид калия, 40% | 165 | 20 | 100 | +1,20
|
Влагостойкость.
Фенилон склонен обратимо поглощать влагу из воздуха. При этом по мере впитывания влаги изделие увеличивается в размерах примерно на 1,5-2,0%.
При поглощении воды образцом ухудшаются предел текучести при сжатии и твердость. Так, при содержании влаги 10% эти показатели снижаются вдвое. Чтобы вернуть состояние образца до прежних характеристик, проводят сушку с плавным нагреванием. Стартовая температура не должна превышать 150°С. Если подвергать изделия резкому перепаду температур, оно потеряет формоустойчивость.
Старение полимера.
При эксплуатации на открытом воздухе критических изменений свойств не было выявлено. Значительно менялись только электротехнические характеристики в зависимости от количества поглощенной влаги.
При выдержке образцов в воздушной среде при 200-250°С в течение 1000 ч растворимость в различных средах уменьшается. Это связано с структурными изменениями при высокотемпературной выдержке: степень кристалличности материала увеличивается. Важным признаком начинающейся термической деструкции является выделение паров, содержащих воду, окись и двуокись углерода. Чтобы избежать значительных потерь массы при нагревании образцов, проводят предварительную выдержку при 150-200°С. Такой метод позволяет снизить количество паров, выделяющихся при нагревании.
Радиационная стойкость.
Фенилон не подвержен влиянию радиационных излучений.
Производство фенилона
Мономерным звеном фенилона является м – фениленизофталамид. Для его получения проводят поликонденсацию м – фенилендиамина и хлорангидрида изофталевой кислоты. м – фенилендиамин имеет следующую структурную формулу:
м – фенилендиамин (1,3-фенилендиамин, MPDA) представляет собой бесцветные кристаллы. Хлорангидрид изофталевой кислоты (изофталоилхлорид) также представляет собой белое кристаллическое вещество.
Оба вещества токсичны и требуют тщательного соблюдения техники безопасности при работе с ним (II класс опасности).
Сырье для получения фенилона.
Помимо м – фенилендиамина и хлорангидрида изофталевой кислоты в производстве применяются вспомогательные агенты – уловители побочных продуктов, например кальцинированная сода Na2CO3.
Виды технологических решений производства фенилона.
Фенилон получают поликонденсацией в растворе и в эмульсии; поликонденсация в расплаве не нашла применения из-за высоких температур плавления полимеров. В обоих вариантах ведения производства нужно учитывать особенности протекания самой реакции.
Реакция протекает при относительно низких температурах, а повышение температуры реакционной массы способствует понижению молекулярной массы полимера, то есть смещению равновесия в сторону обратной реакции. Поэтому важно отводить из зоны реакции не только побочный продукт – гидрохлорид, но и тепло. Эти нюансы стоит учитывать при выборе реактора полимеризации. Выбор метода ведения процесса выбирается в зависимости от ожидаемого назначения продукта. Так, при потребности произвести фенилон для последующего производства из него покрытий, пленок и лаков выбирают поликонденсацию в растворе; при необходимости в твердофазном продукте – поликонденсацию в эмульсии.
Поликонденсация в растворе.
Твердый изофталоилхлорид вводится в заранее охлажденный до температуры от -15 до -10°С раствор м – фенилендиамина в диметилацетамиде. Данный растворитель хорош тем, что за счет имеющейся амидной группы способен выводить из реакционной смеси побочный продукт – гидрохлорид, в результате чего образуется осадок гидрохлорида диметилацетамида. Время реакции составляет порядка 40-60 минут. По истечении времени полимеризационная смесь представляет собой фенилон-сырец в среде диметилацетамида с примесью его гидрохлорида до 10%. Получаемый раствор полимера можно использовать без дополнительной обработки. Если есть производственная необходимость, фенилон-сырец разбавляют, нейтрализуют, фильтруют, а после применяют. Чаще всего гораздо экономичнее оставлять полимер растворенным, ведь его все равно придется переводить в раствор для производства жидкой продукции на основе фенилона.
Схематично производство фенилона можно представить следующим образом:
Поликонденсация в эмульсии.
При производстве фенилона эмульсионным методом заранее готовят две фазы. Первая – раствор хлорангидрида изофталевой кислоты в тетрагидрофуране, а вторая – охлажденный до 5-10°С водный раствор соды и м - фенилендиамина. Далее обе фазы направляют в реактор синтеза, и при тщательном перемешивании периодически вводят порции воды для отвода побочного продукта. Полимер образуется преимущественно в органической фазе. После синтеза полимер поступает на осаждение и фильтрацию. Фильтрат промывают горячей водой и снова фильтруют. Сушку продукта производят под вакуумом при температуре 100-110°С и просеивают.
Марки, применение и нормативные документы фенилона
В России известны следующие марки фенилона:
Пресс-материал Фенилон П (ТУ 6-05-221-101-71)
Пресс-материал Фенилон С1 (ТУ 6-05-221-101-71)
Пресс-материал Фенилон С2 (ТУ 6-05-221-226-72)
Пресс-порошок Фенилон С3
Пресс-порошок Фенилон С4
Марка С4 применяется для производства лака ЛФС-4 (ТУ В-191-70), а марка С1 – для ЛФС-1 (ТУ В-117-68) В чистом виде фенилон не применяется; его используют для производства конструкционных материалов, волокон и изделий из них, эксплуатируемых в экстремальных условиях (от -80 до + 200°С). На данный момент уже производятся и используются изделия из фенилоновой бумаги и картона (самолетостроение), узловые конструкционные элементы в механизмах (машиностроение), элементы электротехнических изделий (платы, пластины, микровыключатели). Ввиду относительной новизны материала до сих пор ведутся исследования и поиски новых путей применения продуктов на его основе.
Львиную долю рынка фенилона занимает Китай (производитель «Jantei Spandex»): SHANGHAI KEAN TECHNOLOGY CO., LTD. Shanghai Acmec Biochemical Technology Co., Ltd. Henan Tianfu Chemical Co.Ltd. Merck KGaA Lynnchem Sigma-Aldrich Второе место в мире по поставкам фенилона занимают США (производитель DuPont, торговое название «Номекс»): Alfa Chemistry BOC Sciences Помимо Китая и США поставками занимаются SIGMA-RBI, Швейцария. Производителем в Японии является «Teijin». В России производителем фенилона является АО «Полимерсинтез», а поставками занимается ООО «Унипласт». Обе организации базируются в г. Владимир.