Вектран

Вектран (Vectran) — штучне волокно, виготовлене з рідкокристалічного полімеру (liquid-crystal polymer, LCP). Назва «Vectran» також використовується як збірний термін для позначення LCP-волокон (оскільки станом на 2024 це єдине волокно цього типу, що виробляється комерційно)^[1].

Вектран створений корпорацією Celanese, а з 1991 року виготовляється японською компанією Kuraray. Він вважається продуктом другого покоління в розробці LCP-волокон^[2], для яких вихідним матеріалом є термотропні полімери (перше покоління включає араміди, такі як кевлар і тварон, які виготовляються з ліотропних полімерів)^[3].

Потужність виробництва вектрану у другому десятилітті XXI століття становила 1000 тонн на рік^[4], а ціна продажу у третьому десятилітті (до 2024 року) коливалася від 7 до 12,50 євро/кг.

Хімічно вектран — це ароматичний поліестер. Він отримується шляхом поліконденсації 4-гідроксибензойної кислоти та 6-гідроксинафталін-2-карбонової кислоти^[5] і формується з розплаву під тиском зсуву. Після цього волокно нагрівається в інертній атмосфері, що видаляє небажані домішки та значно підвищує міцність матеріалу. Подовжити волокно неможливо, тому форма та розміри фільєр повинні відповідати кінцевій тонкості волокна^[3].

Кінцевий продукт найчастіше являє собою мультифіламент з елементарними волокнами щільністю 6-8 дтекс у двох варіантах: HT (висока міцність) та HU (високий модуль пружності).

Для армування композитів^[4] та виготовлення монофіламентної пряжі (33 дтекс) також доступні нитки щільністю 33 та 50 текс і рубані нитки на 1, 3 та 6 мм^[6].

Своїми властивостями вектран частково конкурує з волокнами з арамідів, HMPE (Dyneema, Spectra) та PBO^[a](Zylon).

Нижче наведено таблицю з порівнянням деяких фізичних властивостей вектрану та пара-арамідів^[4]:

Випробування на стирання: вектранова пряжа витримує стирання 22 кілоцикли, HMPE – 24, арамідна – 8

Випробування на згинання (кількість кілозгинів до розриву): вектран – 115, арамід – 41, зейлон – 24

Стійкість пряжі до порізів: порівняно зі 100% для вектрану, араміди досягають 73%, звичайні поліефіри – 4%^[3]

У наступній таблиці проілюстровано вплив деяких хімічних речовин на вектран та араміди у % від залишкової міцності волокна після впливу:

Золотисті волокна вектрану відомі своєю термостійкістю за високих температур, високою міцністю та модулем пружності, низькою повзучістю та гарною хімічною стійкістю. Вони вологостійкі та загалом стабільні в агресивних середовищах. Часто додатково використовується поліуретанове покриття навколо вектранової серцевини для покращення стійкості до стирання та як водонепроникний бар'єр. Вектран має температуру плавлення 330 °C, з поступовою втратою міцності, починаючи з 220 °C.

Вектран за міцністю на розтяг близький до кевлару, але все ж має тенденцію до розривів при значному навантаженні. Тонкі, схожі на волосся вектранові волокна мають тенденцію до розтріскування, легко забруднюються та легко заплутуються в застібках-липучках, з яких їх іноді доводиться вирізати або виривати^[8]. Без додаткових захисних покриттів вектран має низьку стійкість до ультрафіолетового випромінювання, і його не варто використовувати тривалий час на відкритому просторі.

У 2000-х роках компанія Kuraray описувала використання Vectran наступним чином: 30 % — електроніка, 25 % — мотузки та шнури, 15 % — рибальські та інші сітки, 25 % — інші сектори. Вектранові волокна використовуються як армуючі (матричні) волокна для канатів, електричних кабелів, парусини, сучасних композитних матеріалів, тощо. Серед іншого, вектран знайшов застосування у наступних сферах.

• Як один із шарів у м’якій структурі космічного скафандра для позакорабельної мобільності NASA «Extravehicular Mobility Unit», розробленого та виготовленого ILC Dover, а також застосовувався як тканина у розроблених цією ж компанією подушках безпеки для посадок на Марс у програмі Mars Pathfinder у 1997 році^[9] та обох місіях програми Mars Exploration Rover у 2004^[10].
• В 2011 вектран використовувався у Марсіанській науковій лабораторії NASA як матеріал для підвісних тросів^[11].
• Вектран став ключовим компонентом лінійки надувних космічних апаратів, розроблених Bigelow Aerospace^[12] не лише на двох орбітальних станціях^[13][14] але й у розширюваному модулі BEAM, який NASA тестує на предмет радіаційного захисту та можливостей термоконтролю^[15].
• Міністерство національної безпеки США спонсорує розробку надувної заглішки з вектранового волокна для запобігання затопленню тунелів Нью-Йоркського метро та інших тунелів у Нью-Йорку, оскільки воно міцне, відносно недороге та неїстівне для щурів^[16].
• У виробництві струн ракеток для бадмінтону, таких як Yonex BG-85 та BG-80.
• Як шар для захисту від проколів у професійних велосипедних шинах, таких як Grand Prix 5000, Competition tubular (одношарові) та Grand Prix 4 season (двошарові). Цей матеріал не збільшує опір коченню та не погіршує характеристики каркаса^[17].

• Арамід
• Кевлар
• Тварон
• Вуглецеве волокно