Автор: Представлены результаты исследования по разработке условий электроформования нановолокнистых материалов из растворов вторичного мета-арамидногоресурса. Установлено, что оптимальным растворителем для системы с хлоридом кальция (CaC22) является N-метилпирролидон. Определены реологические, электрофизические и поверхностные свойства полученных растворов. Графическим методом установлена точка «кроссовера» (81 %), соответствующая переходу от электрораспыления к волокнообразованию. Методом атомно-силовой микроскопии показано, что из раствора с концентрацией 11,4 % формируются наиболее однородные волокна со средним диаметром 150 нм. Показана возможность управления морфологией волокон путём введения поверхностно-активного вещества (ПАВ) в высококонцентрированные растворы.
В качестве объекта исследования использовалась мета-арамидная ткань «Термол» (95% мета-арамид, 5% пара-арамид и антистатическая нить). Растворы готовили растворением измельчённой ткани в N-метилпирролидоне (N-МП) с добавлением 3-4% безводного хлорида кальция (CaCh) при температуре 80-90 °C в течение 1 часа с последующей фильтрацией для удаления нерастворившегося осадка. Были приготовлены растворы с концентрацией полимера от 3,6 до 14,6%. Концентрацию полимера в растворах определяли гравиметрическим методом путём осаждения плёнки в воде. Динамическую вязкость измеряли на вибровискозиметре SV-10A. Реологические характеристики изучали на ротационном вискозиметре «Rheotest-2». Поверхностное натяжение определяли методом отрыва кольца (Дю-Нуи), а электропроводность — кондуктометрическим методом. Электроформование проводили на лабораторной установке «Nanospider» (напряжение 23-30 кВ, расстояние до коллектора 15-17 см). Морфологию полученных волокон исследовали методом атомно-силовой микроскопии (АСМ).
Предварительные эксперименты по растворимости ткани в различных апротонных растворителях (N-метилпирролидон, диметилацетамид, диметилсульфоксид, диметилформамид) с добавлением CaCb показали, что только система N-метилпирролидон-CaCl2 обеспечивает полное растворение мета-арамидного компонента. Была исследована зависимость вязкости(п) от концентрации полимера. На основании полученных данных был построен график и определена точка «кроссовера» -концентрация (~8,1%), при которой происходит переход от неустойчивого электрораспыления к образованию непрерывных волокон [1].
Электропроводность растворов закономерно снижалась с ростом концентрации полимера и соли — с 0,99 См/см (3,6%) до 0,21 См/см (14,6%), что связано с увеличением вязкости и снижением подвижности ионов. Поверхностное натяжение возрастало от 40,9 мН/м до 48,9 мН/м, демонстрируя резкий скачок после превышения концентрации 9,3%. Электроформование показало, что растворы с концентрацией ниже точки «кроссовера» (3,6%, 6,6%) подвержены электрораспылению. Раствор с концентрацией 9,3% стабильно формовался, однако на АСМ-изображениях наблюдались дефекты в виде «бусин» (beads). Наилучшие результаты показал раствор с концентрацией 11,4%: процесс был стабильным, а полученные волокна — однородными, без дефектов, со средним диаметром 150 нм. Раствор с концентрацией 14,6% не формовался из-за высоких вязкости и
поверхностного натяжения. Добавление 1,5% ПАВ позволило снизить эти параметры (q с 4,48 до 2,50 Па-с, а с 48,9 до 44,5 мН/м) и успешно провести электроформование, получив волокна со средним диаметром 126 нм, но с большим разбросом по диаметру.
Таким образом, в работе разработаны условия переработки вторичного мета-арамидного ресурса методом электроформования. Установлено, что оптимальным растворителем является система N-метилпирролидон-CaCb. Определена точка «кроссовера» (8,1%), соответствующая началу волокнообразования. Наибольшая однородность и стабильность процесса электроформования достигнута для раствора с концентрацией полимера 11,4%, что позволило получить нановолокна со средним диаметром 150 нм. Показана возможность управления процессом формования высококонцентрированных растворов за счет введения ПАВ. Полученные результаты вносят вклад в развитие технологий рециклинга термостойких полимерных материалов и создания на их основе новых функциональных продуктов.
Литература:
- Яицкова Е.А., Редина Л.В., Колоколкина Н.В. Рециклинг метаарамидных волокон, используемых в производстве спецодежды // Сборник трудов конкурса научно-исследовательских работ. — 2024. — С. 209-212.
Автор: Н. Н. Меркушина, Российский государственный университет имени А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство), г. Москва
Научный руководитель — д.т.н., проф. Л.В. Редина
Источник: Экономика замкнутого цикла. Молодежный взгляд. Вторая студенческая научно-практическая конференция (Москва, 30 ноября 2025 г.) / Сборник тезисов — М.: Мир науки, 2026 г. — Режим доступа: https://izd-mn.com/PDF/13MNNPK26.pdf — Загл. с экрана.
