Искусственные волокна. Среди химических волокон по объему выпуска первое место занимает искусственное вискозное волокно. Основным веществом для получения вискозного волокна служит древесная целлюлоза и дешевые доступные химические вещества. Достоинством вискозного волокна является высокая экономическая эффективность его производства и переработки. Так, при производстве 1 кг вискозной пряжи трудовые затраты в 2-3 раза ниже затрат на производство такой же пряжи из хлопка и в 4,5-5 раз ниже производства 1 кг шерстяной пряжи.
Выпускается вискозное волокно различной длины и толщины. Толщина элементарного волокна вискозного шелка бывает от 0,5 до 0,2 текс.
Вискозные волокна обладают достаточной прочностью, однако в мокром состоянии их прочность падает до 50-60%. Их недостатком является способность усаживаться, т. е. сокращаться по длине, особенно после стирки изделий.
Эти волокна обладают высокими гигиеническими свойствами, так как они характеризуются способностью хорошо впитывать влагу. Вискозные волокна термоустойчивые.
При нагревании они не размягчаются и выдерживают нагрев без разрушения до 150°. При более высоких температурах (175-200°) наступает процесс разложения волокна.
Вискозные волокна с повышенными свойствами получили название полинозных. По своим свойствам они приближаются к хлопковому волокну.
На основе хлопковой или древесной целлюлозы получают другие искусственные волокна - медноаммиачные и ацетатные.
Медноаммиачное волокно по своим свойствам напоминает вискозное волокно. Производится оно в небольших количествах, так как его производство гораздо дороже, чем производство других искусственных волокон. Применяется главным образом в смеси с шерстью.
Ацетатные волокна выпускают двух видов: диацетатные и триацетатные. Диацетатные волокна называют обычно ацетатными. Ацетатные волокна обладают достаточной прочностью. Их разрывное удлинение 18-25%. Разрывная прочность ацетатного волокна в мокром состоянии снижается на 40-50%, а триацетатного - на 10-15%. Ацетатное волокно поглощает примерно 6,5% влаги, а триацетатное - не более 1-1,5%.
Ацетатные волокна по своим свойствам занимают промежуточное положение между искусственными и синтетическими волокнами.
В отличие от вискозных ацетатные волокна термопластичны и при температуре 140-150° начинают деформироваться.
Применение ацетатных волокон в смеси с вискозными позволяет значительно снизить сминаемость изделий. Ацетатные волокна не окрашиваются красителями, применяемыми для крашения вискозных волокон, поэтому применение ацетатных волокон в смеси с вискозными позволяет создавать различные колористические эффекты, облагораживать лицевую поверхность ткани.
Из других искусственных волокон в производстве тканей используют стеклянные и металлические; металлические нити применяют для придания тканям различных декоративных эффектов; они носят название алюнит, люрекс, метлон и др.
Синтетические волокна. Из синтетических волокон наибольшее распространение получили полиамидные волокна, к которым относятся капрон, анид, энант и другие волокна. В нашей стране среди полиамидных волокон первое место занимает капроновое волокно. Для его получения используют смолу капролактам, которую получают путем химического синтеза из относительно простых органических веществ.
Полиамидные волокна обладают рядом ценных свойств: высокой прочностью на разрыв, упругостью и исключительной устойчивостью к истиранию.
Преимуществом полиамидных волокон является высокая стойкость к истиранию и многократным деформациям.
Синтетические волокна
На протяжении тысячелетий человечество использовало для своих нужд природные волокна растительного (лен, хлопок, пенька) и животного (шерсть, шелк) происхождения. Кроме того, применялись и минеральные материалы, например асбест.
Ткани, производимые из этих волокон, шли на изготовление одежды, технические нужды и т. п.
В связи с ростом населения Земли натуральных волокон стало не хватать. Именно поэтому возникла потребность в их заменителях.
Первую попытку получить искусственным путем шелк предпринял в 1855 г. француз Одемар на основе нитроцеллюлозы. В 1884 г. французский инженер Г. Шардоне разработал метод получения искусственного волокна – нитрошелка, и с 1890 г. было организовано широкое производство искусственного шелка нитратным способом с образованием нитей с помощью фильер. Особенно эффективным оказалось начавшееся в 90-х годах XIX в. производство шелка из вискозы. Впоследствии этот способ получил наиболее широкое распространение, и ныне вискозный шелк составляет примерно 85 % мирового производства искусственного волокна. В 1900 г. мировое производство вискозного шелка составило 985 тонн, в 1930 г. – около 200 тыс. тонн, а в 1950 г. производство вискозного шелка достигло почти 1600 тыс. тонн.
В 1920-х годах было освоено производство ацетатного шелка (из ацетилцеллюлозы). По внешнему виду ацетатный шелк почти неотличим от натурального. Он малогигроскопичен и, в отличие от вискозного шелка, не мнется. Ацетатный шелк широко применяется в электротехнике как изоляционный материал. Позже был открыт способ получения ацетатного волокна чрезвычайно большой прочности (шнур сечением в 1 см 2 выдерживает нагрузку в 10 тонн).
На основе успехов химии на протяжении XX в. в СССР, Англии, Франции, Италии, США, Японии и других странах была создана мощная промышленность искусственного волокна.
Накануне Первой мировой войны во всем мире производилось всего 11 тыс. тонн искусственного волокна, а спустя 25 лет производство искусственного волокна оттеснило производство натурального шелка. Если в 1927 г. производство вискозного и ацетатного шелка составляло около 60 тыс. тонн, то в 1956 г. мировая продукция искусственных – вискозных и ацетатных – волокон превысила 2 млн тонн.
Разница между натуральным, искусственным и синтетическим волокнами состоит в следующем. Природное (натуральное) волокно полностью создано самой природой, искусственное волокно сделано руками человека, а синтетическое – создано человеком на химических заводах. При синтезе синтетических волокон из более простых веществ получают более сложные высокомолекулярные соединения, тогда как искусственные материалы образуются за счет разрушения значительно более сложных молекул (например, молекул клетчатки при получении метилового спирта путем сухой перегонки древесины).
В 1935 г. американским химиком У. Карозерсом был открыт нейлон – первое синтетическое волокно. Карозерс сначала работал бухгалтером, но позже заинтересовался химией и поступил в Иллинойский университет. Уже на третьем курсе ему поручили читать лекции по химии. В 1926 г. Гарвардский университет избирает его профессором органической химии.
В 1928 г. в судьбе Карозерса произошел резкий поворот. Крупнейший химический концерн «Дюпон де Немур» пригласил его возглавить лабораторию органической химии. Ему создали идеальные условия: большой штат сотрудников, самое современное оборудование, свободу в выборе тематики исследований.
Это было связано с тем, что за год до этого концерн принял стратегию на теоретические исследования, полагая, что они в конце концов принесут значительную практическую пользу, а следовательно, и прибыль.
Так и случилось. Лаборатория Карозерса, исследуя полимеризацию мономеров, после трех лет упорной работы добивается выдающегося успеха – получает полимер хлоропрена. На основе его в 1934 г. концерн «Дюпон» начал промышленное производство одного из первых видов синтетического каучука – полихлоропрена (неопрена), по своим качествам способного с успехом заменить дефицитный натуральный каучук.
Однако главной целью своих исследований Карозерс считал получение такого синтетического вещества, которое можно было бы превращать в волокно. Используя метод поликомпенсации, которым он занимался еще в Гарвардском университете, Карозерс в 1930 г. получил в результате взаимодействия этиленгликоля и себациновой кислоты полиэфир, который, как выяснилось позже, легко вытягивался в волокно. Это было уже большим достижением. Однако практического применения это вещество не могло иметь, так как легко размягчалось от горячей воды.
Дальнейшие многочисленные попытки получить коммерческое синтетическое волокно оказались безуспешными, и Карозерс решил прекратить работу в этом направлении. Руководство концерна согласилось закрыть программу. Однако заведующий химическим отделом воспротивился такому исходу дела. С большим трудом он убедил Карозерса продолжить исследования.
Заново обдумывая результаты своей работы в поисках новых путей ее продолжения, Карозерс обратил внимание на недавно синтезированные полимеры, содержащие в молекуле амидные группы – полиамиды. Этот выбор оказался исключительно плодотворным. Опыты показали, что некоторые полиамидные смолы, протиснутые через фильеру, сделанную из тонкого медицинского шприца, образуют нити, из которых можно изготовлять волокно. Применение новых смол казалось весьма многообещающим.
После новых экспериментов Карозерс и его помощники 28 февраля 1935 г. получили полиамид, из которого можно было вырабатывать прочное, упругое, эластичное, водоустойчивое волокно. Эта смола, выделенная в результате реакции гексаметилендиамина с адипиновой кислотой, с последующим нагреванием в вакууме полученной соли (АГ), была названа «полимер 66», так как исходные продукты содержали по 6 атомов углерода. Поскольку над созданием этого полимера трудились одновременно в Нью-Йорке и Лондоне, то волокно из него получило название «нейлон» – по начальным буквам этих городов. Специалисты-текстильщики признали его пригодным для коммерческого производства пряжи.
В течение двух следующих лет ученые и инженеры «Дюпона» разрабатывали в лабораторных условиях технологические процессы производства промежуточных продуктов полимера и нейлоновой пряжи и конструировали опытно-заводскую химическую установку.
16 февраля 1937 г. нейлон был запатентован. После многих опытных циклов в апреле 1937 г. было получено волокно для экспериментальной партии чулок. В июле 1938 г. было завершено строительство опытного предприятия.
29 апреля 1937 г., через три дня после того как Карозерсу исполнился 41 год, он ушел из жизни, приняв цианистый калий. Выдающегося исследователя преследовала навязчивая идея, что он не состоялся как ученый.
Разработка нейлона обошлась в 6 млн долларов, дороже, чем любой другой продукт общественного пользования. (Для сравнения: на разработку телевидения США потратили 2,5 млн долларов.)
Внешне нейлон напоминает натуральный шелк и приближается к нему по химическому строению. Однако по своей механической прочности нейлоновое волокно превосходит вискозный шелк примерно в три раза, а натуральный – почти в два раза.
Компания «Дюпон» длительное время строго охраняла секрет производственного процесса нейлона. И даже сама изготавливала необходимое для этого оборудование. Как сотрудники, так и оптовые продавцы товара обязательно давали подписку о неразглашении информации, касающейся «нейлоновых секретов».
Первым коммерческим изделием, поступившим на рынок, стали зубные щетки с нейлоновой щетиной. Их выпуск начался в 1938 году. Нейлоновые чулки были продемонстрированы в октябре 1939 г., а с начала 1940-го в г. Вилмингтон стало производиться нейлоновое волокно, которое трикотажные фабрики покупали для изготовления чулок. Благодаря взаимной договоренности торговых фирм чулки конкурирующих между собой производителей появились на рынке в один день: 15 мая 1940 года.
Массовое производство изделий из нейлона началось только после Второй мировой войны, в 1946 году. И хотя с тех пор появились многие другие полиамиды (капрон, перлон и др.), нейлон все еще широко применяется в текстильной промышленности.
Если в 1939 г. мировое производство нейлона составило лишь 180 тонн, то в 1953 г. оно достигло 110 тыс. тонн.
Из нейлоновой пластмассы в 50-е годы прошлого века изготавливали судовые лопастные винты для судов малого и среднего тоннажа.
В 40–50-е годы XX в. появились и другие синтетические полиамидные волокна. Так, в СССР был наиболее распространен капрон. В качестве исходного сырья для его производства используется дешевый фенол, вырабатываемый из каменноугольной смолы. Из 1 т фенола можно получить около 0,5 т смолы, а из нее изготовить капрон в количестве, достаточном для изготовления 20–25 тыс. пар чулок. Капрон получают и из продуктов переработки нефти.
В 1953 г. впервые в мире в СССР в опытно-промышленном масштабе была осуществлена реакция полимеризации между этиленом и четыреххлористым углеродом и получен исходный продукт для промышленного производства волокна энант. Схема его производства была разработана коллективом ученых под руководством А. Н. Несмеянова.
По основным физико-механическим свойствам энант не только не уступал другим известным полиамидным волокнам, но и во многом превосходил капрон и нейлон.
В 50–60-е гг. прошлого века началось производство полиэфирных, полиакрилонитрильных синтетических волокон.
Полиэфирные волокна формируются из расплава полиэтилен-терефталата. Они обладают превосходной термостойкостью, сохраняя 50 % прочности при температуре 180 °C, огнестойки и атмосферостойкие. Устойчивы к действию растворителей и вредителей: моли, плесени и т. п. Нить из полиэфирных волокон используется для изготовления транспортерных лент, приводных ремней, канатов, парусов, рыболовных сетей, шлангов, в качестве основы для шин. Моноволокно применяется для производства сетки для бумагоделательных машин, струн для ракеток. В текстильной промышленности нить из полиэфирных волокон идет на изготовление трикотажа, тканей и т. п. К полиэфирным волокнам относится лавсан.
Полиакрилонитрильные волокна по своим свойствам близки к шерсти. Они устойчивы к действию кислот, щелочей, растворителей. Их применяют для изготовления верхнего трикотажа, ковров, тканей для костюмов. В смеси с хлопком и вискозным волокном полиакрилонитрильные волокна используют для изготовления белья, гардин, брезентов. В СССР эти волокна выпускались под торговым названием нитрон.
Многие синтетические волокна получают путем продавливания расплава или раствора полимера через фильеры диаметром от 50 до 500 микрометров в камеру с холодным воздухом, где происходит отвердение и превращение струек в волокно. Непрерывно образующуюся нить наматывают на бобину.
Отвердение ацетатных волокон происходит в среде горячего воздуха для испарения растворителя, а отвердение вискозных волокон – в осадительных ваннах со специальными жидкими реагентами. Вытяжка волокон на бобинах при формировании применяется для того, чтобы цепные полимерные молекулы приняли более четкий порядок.
На свойства волокон влияют разными методами: изменением скорости выдавливания, состава и концентрации веществ в ванне, меняя температуру прядильного раствора, ванны или воздушной камеры, варьируя размеры отверстия фильер.
Важной характеристикой прочностных свойств волокна является разрывная длина, при которой волокно разрывается под действием собственной тяжести.
У природного хлопкового волокна она изменяется от 5 до 10 км, ацетатного шелка – от 12 до 14, натурального – от 30 до 35, вискозного волокна – до 50 км. Волокна из полиэфиров и полиамидов имеют большую прочность. Так у нейлона разрывная длина доходит до 80 км.
Синтетические волокна потеснили натуральные во многих областях. Общий объем их производства практически сравнялся.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.Современные технологии коснулись всех сфер жизнедеятельности человека. Лучшим примером того, как они развиваются, может служить текстильная промышленность: человечество научилось производить синтетические ткани.
Вискоза – разновидность искусственных тканей, изготовленных из целлюлозы. Данный вид полотна получается при переработке древесного сырья. Синтетические же ткани изготавливаются из полимеров, полученных благодаря химическим реакциям. Сырьем для материала являются нефтепродукты, уголь, газ. Как правило, из синтетических тканей производят спортивную одежду или вещи, необходимые для использования в экстремальных ситуациях.
Преимущества и недостатки синтетических тканей
Синтетический материал имеет свои достоинства и недостатки. Несмотря на все обилие натуральных тканей, существует ряд преимуществ синтетического материала.
- Легкость ткани. В отличие от природных материалов, синтетическая ткань обладает незначительным весом.
- Долговечность. Одежда из синтетического материала менее подвержена износу и хорошо сохраняет стойкость цвета. Это достигается за счет специальной обработки материи. Вот почему вещи можно носить долго, не боясь, что они полиняют. Однако некоторые виды портятся под воздействием ультрафиолетовых лучей.
- Быстрая сушка. Практически все синтетические материалы не впитывают в себя много влаги, и сушка не занимает много времени.
- Стоимость. Низкая цена материала достигается за счет невысокой стоимости исходного продукта. Предприятиям выгодно изготавливать такие ткани, вот почему с каждым годом увеличиваются объемы их производства.
Отрасль развивается с каждым днем. Производители ткани могут изменять характеристики полотна с учетом пожеланий крупных клиентов.
Самый большой минус подобных материалов в том, что они могут негативно влиять на здоровье. Синтетическая ткань электризуется из-за того, что накапливает статическое электричество. У человека может быть индивидуальная переносимость данной ткани. Она практически не впитывает влагу, следовательно, является не слишком гигиеничным материалом. Синтетика не способна пропускать воздух, поэтому белье из полиэстера или спандекса не слишком комфортно при каждодневном использовании.
С другой стороны, в непогоду синтетическая ткань будет крайне полезна – она сможет защитить человека от атмосферных осадков лучше, чем натуральная.
Особенности производства
Впервые патент на изготовление синтетической ткани был зарегистрирован в далеком 1930 году. Сначала научились выделять поливинилхлоридные волокна, затем немецкие ученые смогли получить полиамид. Такой материал стали называть . Производство его было поставлено на конвейер только в 1939 году.
В Советском Союзе одежду из синтетики начали производить только в конце 60-х годов. Вначале она являлась просто дешевым заменителем натуральной ткани. Только спустя много лет ей нашли должное применение: начали изготавливать спецодежду, отличавшуюся высокими характеристиками износостойкости и способную защитить человека от неблагоприятных факторов среды.
Искусственные и синтетические материалы отличаются по специфике производства, а также по стоимости исходного сырья. Синтетика не требует больших затрат. При изготовлении ткани происходит синтез волокна из низкомолекулярных соединений. Чтобы произвести материал, нужно сырье расплавить или растворить. После уже из тягучего материала можно выделить нить. Нитка может быть одиночной, комплексной либо закрученной в виде жгута. Также из расплавленного материала могут изготавливаться отдельные части одежды и обуви.
Из чего делают синтетический текстиль?
Сегодня существует множество видов синтетических волокон. Специалистами постоянно производятся новые разновидности материала. Однако для удобства их подразделяют на две группы, каждая из которых обладает своими особенностями.
Карбоцепная синтетика
При ее производстве используют углеводород. Данная разновидность объединяет следующий список тканей:
- полиэтиленовые;
- полиакрилонитрильные;
- полипропиленовые;
- поливинилхлоридные;
- поливинилспиртовые.
Гетероцепная синтетика
Данный вид ткани производится не только из углеводорода, но и из других химических элементов. Это могут быть азот, хлор, фтор. Элементы способствуют улучшению характеристик материи.
В указанную группу входят следующие ткани:
- полиуретановые.
- полиамидные.
Благодаря указанным веществам вещи на основе гетероцепной синтетики добавляют к обычным характеристикам дополнительные качества, незаменимые при пошиве спецодежды.
Виды и названия синтетических тканей
Итак, текстильная промышленность на данном этапе своего развития позволяет получать самые разные виды синтетической материи. Но как не растеряться в таком ассортименте и выяснить, какая ткань отвечает всем необходимым критериям? Приведем краткие характеристики наиболее популярных разновидностей синтетики.
- Лавсан
Обладает высокими показателями износостойкости. Ткань не садится, способна выдержать сильные температурные изменения, вплоть до + 115 градусов. Длительное время держит форму. Материал на ощупь жесткий, не пропускает воду. Полотно чаще всего используют при изготовлении гардин. Намного реже его добавляют в натуральное сырье для производства костюмов – это позволяет увеличить износостойкость изделий.
- Флис
Изготавливается из синтетического волокна. По внешнему виду напоминает натуральную шерсть. Очень мягкий, теплый материал. Обладает эластичностью и способен пропускать воздух. Материал прост в уходе, легко стирается и чистится. Главное - его не нужно долго сушить и гладить, что значительно экономит время. Часто ткань используют при производстве детской одежды. Недостатком является быстрая потеря формы из-за того, что при повседневной носке вещь растягивается. Флис способен накапливать статическое электричество.
- Полисатин
Производится с добавлением хлопка или полиэстера. Материал имеет ряд преимуществ. Он легко стирается, не мнется, не теряет форму, имеет блестящую поверхность. Зачастую он используется при производстве постельных комплектов, гардин, для обивки мебели. Модное и популярное постельное белье «с эффектом 3D» нередко производят из данного типа ткани.
- Акрил
Это ткань, внешне напоминающая шерсть, однако она намного практичнее натурального волокна. Длительное время сохраняет форму, не пропускает влагу. Материал не подвержен ультрафиолетовым лучам, просто чистится, не садится. Его используют и в сочетании с шерстью.
Акрил используется для пошива верхней одежды. В сочетании с шерстью из него также производят детские матрасы, т. к. данная ткань не способна впитывать воду. При совмещении с натуральными волокнами он придает вещам прочность. Акрил не образует катышков и способен длительное время держать форму. Однако есть у него и небольшой недостаток - вещи из данного полотна сильно электризуются. Акрил часто добавляют в нитки для вязания.
- Дайнема и спектра
В данной группе различают два типа волокон - полиэтиленовые и полипропиленовые. Они являются самыми легкими в категории синтетических тканей. Такое полотно невозможно утопить в воде. Оно обладает термостойкостью. Материал не поддается растягиванию, устойчив к любым погодным изменениям.
Выдерживает температуру до +115 градусов. Широко применяется при производстве туристической и специализированной одежды, например для рыболовов, горнолыжников, скалолазов, охотников. Также материал используется для и чулочно-носочной продукции. Однако для этой цели обязательно берется ткань из натуральных волокон.
Итог
Каждый год производство изделий из синтетических тканей растет вследствие того, что исходное сырье стоит дешево. Также улучшаются функциональные характеристики изделий и их внешний вид.
Синтетические вещи обладают высокими теплозащитными свойствами. Они имеют низкую гигроскопичность, высокую гидрофобность и довольно прочны. Возможно, они не настолько комфортны, как натуральные волокна. Немало споров ведется и по поводу их безопасности для здоровья. Но вышеуказанные свойства позволяют им оставаться в числе перспективных вариантов для применения в текстильной промышленности.
Синтетические волокна
химические волокна, получаемые из синтетических полимеров. Синтетические волокна формуют либо из расплава полимера (полиамида , полиэфира , полиолефина ), либо из раствора полимера (полиакрилонитрила , поливинилхлорида , поливинилового спирта ) по сухому или мокрому методу. Синтетические волокна выпускают в виде текстильных и кордных нитей, моноволокна , а также штапельного волокна . Разнообразие свойств исходных синтетических полимеров позволяет получать синтетические волокна с различными свойствами, тогда как возможности варьировать свойства искусственных волокон очень ограничены, поскольку их формуют практически из одного полимера (целлюлозы или её производных). Синтетические волокна характеризуются высокой прочностью, водостойкостью, износостойкостью, эластичностью и устойчивостью к действию химических реагентов.
С 1931 года кроме бутадиенового каучука, синтетических волокон и полимеров еще не было, а для изготовления волокон использовались единственно известные тогда материалы на основе природного полимера - целлюлозы.
Революционные изменения наступили в начале 60-х годов, когда после объявления известной программы химизации народного хозяйства промышленность нашей страны начала осваивать производство волокон на основе поликапроамида, полиэфиров, полиэтилена, полиакрилонитрила, полипропилена и других полимеров.
В то время полимеры считали лишь дешевыми заменителями дефицитного природного сырья - хлопка, шелка, шерсти. Но вскоре пришло понимание того, что полимеры и волокна на их основе подчас лучше традиционно используемых природных материалов - они легче, прочнее, более жаростойки, способны работать в агрессивных средах. Поэтому все свои усилия химики и технологи направили на создание новых полимеров, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками, и методов их переработки. И достигли в этом деле результатов, порой превосходящих результаты аналогичной деятельности известных зарубежных фирм.
В начале 70-х за рубежом появились поражающие воображение своей прочностью волокна кевлар (США), несколько позже - тварон (Нидерланды), технора (Япония) и другие, изготовленные из полимеров ароматического ряда, получивших собирательное название арамидов. На основе таких волокон были созданы различные композиционные материалы, которые стали успешно применять для изготовления ответственных деталей самолетов и ракет, а также шинного корда, бронежилетов, огнезащитной одежды, канатов, приводных ремней, транспортерных лент и множества других изделий.
Эти волокна широко рекламировались в мировой печати. Однако только узкому кругу специалистов известно, что в те же годы российские химики и технологи самостоятельно создали арамидное волокно терлон, не уступающее по своим свойствам зарубежным аналогам. А потом здесь же были разработаны методы получения волокон СВМ и армос, прочность которых превышает прочность кевлара в полтора раза, а удельная прочность (то есть прочность, отнесенная к единице веса) превосходит прочность высоколегированной стали в 10-13 раз! И если прочность стали на разрыв составляет 160-220 кг/мм2, то сейчас активно ведутся работы по созданию полимерного волокна с прочностью до 600 кг/мм2.
Другой класс полимеров, пригодных для получения высокопрочных волокон - жидкокристаллические ароматические полиэфиры, то есть полимеры, обладающие свойствами кристаллов в жидком состоянии. Волокнам на их основе свойственны не только достоинства арамидных волокон, но еще и высокая радиационная стойкость, а также устойчивость к воздействию неорганических кислот и различных органических растворителей. Это идеальный материал для армирования резины и создания высоконаполненных композитов; на его основе созданы образцы световодов, качество которых соответствует высшему мировому уровню. А ближайшая задача - создание так называемых молекулярных композитов, то есть композиционных материалов, в которых армирующими компонентами служат сами молекулы жидкокристаллических полимеров.
Молекулы обычных полимеров содержат, помимо углерода, еще и атомы других элементов - водорода, кислорода, азота. Но сейчас разработаны методы получения волокон, представляющих собой, по сути дела, чистый полимерный углерод. Такие волокна обладают рекордной прочностью (свыше 700 кг/мм2) и жесткостью, а также чрезвычайно малыми коэффициентами термического расширения, высокой стойкостью к износу и коррозии, к воздействию высоких температур и радиации. Это позволяет успешно использовать их для изготовления композиционных материалов - углепластиков, применяемых в самых ответственных конструкционных узлах скоростных самолетов, ракет и космических аппаратов.
Применение углепластика оказывается экономически весьма выгодным. На единицу веса изготовленного из него изделия нужно затратить в 3 раза меньше энергии, чем на изделие из стали, и в 20 раз меньше, чем из титана. Тонна углепластика может заменить 10-20 тонн высоколегированной стали. Турбина насоса, изготовленная из углепластика и пригодная для перекачки минеральных кислот при температурах до 150оС, оказывается вдвое дешевле и служит в шесть раз дольше. Уменьшается и трудоемкость изготовления деталей сложной конфигурации.
Производство синтетических волокон развивается более быстрыми темпами, чем производство искусственных волокон. Это объясняется доступностью исходного сырья и быстрым развитием сырьевой базы, меньшей трудоёмкостью производственных процессов и особенно разнообразием свойств и высоким качеством синтетических волокон. В связи с этим синтетические волокна постепенно вытесняют не только натуральные, но и искусственные волокна в производстве некоторых товаров народного потребления и технических изделий.
В 1968 мировое производство синтетических волокон составило 3760,3 тыс. т (около 51,6% от общего выпуска химических волокон). Впервые выпуск синтетических волокон в промышленном масштабе организован в середине 30-х гг. 20 в. в США и Германии.
Капрон
Волокно из полиамидных смол называют в нашей стране капрон и анид, качеством своим они почти не отличаются один от другого.
Капрон или капроновое волокно бело-прозрачное, очень прочное вещество. Эластичность капрона на много выше шелка. Капрон относится к полиамидным волокнам. Капрон изготовляется синтетическим путем на наших фабриках и из наших материалов. Исходное сырье производные аминокислот. Капрон можно рассматривать как продукт внутримолекулярного взаимодействие карбоксильной группы и аминогруппы молекулы 6-аминогексановой кислоты:
Упрощенно превращение капролактама в полимер, из которого производят капроновое волокно, можно представить следующим образом:
Капролактам в присутствии воды превращается в 6-аминогексановую кислоту, молекулы которой реагируют друг с другом. В результате этой реакции образуется высокомолекулярное вещество, макромолекулы которого имеют линейную структуру. Отдельные звенья полимера являются остатками 6-аминогексановой кислоты. Полимер представляет собой смолу. Для получения волокон её плавят, пропускают через фильеры. Струи полимера охлаждаются потоком холодного воздуха и превращаются в волоконца, при скручивании которого образуются нити.
После этого капрон подвергается дополнительной химической обработке. Прочность капрона зависит от технологии и тщательности производства. Окончательно выделанный капрон бело-прозрачный и очень прочный материал. Даже капроновая нить, диаметром 0,1 миллиметра выдерживает 0,55 килограммов.
За рубежом синтетическое волокно типа капрон именуется перлон и нейлон. Капрон вырабатывается нескольких сортов; хрустально-прозрачный капрон более прочен, чем непрозрачный с мутно-желтоватым или молочным оттенком.
Наряду с высокой прочностью капроновые волокна характеризуются устойчивостью к истиранию, действию многократной деформации (изгибов).
Капроновые волокна не впитывают влагу, поэтому не теряют прочности во влажном состоянии. Но у капронового волокна есть и недостатки. Оно малоустойчиво к действию кислот макромолекулы капрона подвергаются гидролизу по месту амидных связей. Сравнительно невелика и теплостойкость капрона. при нагревании его прочность снижается, при 2150С происходит плавление.
Изделия из капрона, и в сочетании с капроном, стали уже обычными в нашем быту. Из капроновых нитей шьют одежду, которая стоит намного дешевле, чем одежда из натуральных природных материалов. Из капрона делают рыболовные сети, леску, фильтровальные материалы, кордную ткань. Из кордной ткани делают каркасы авто- и авиапокрышек. Шины с кордом из капрона более износоустойчивы, чем шины с вискозным и х/б кордом. Капроновая смола используется для получения пластмасс, из которых изготавливают различные деталь машин, шестерни, вкладыши для подшипников и т.д. Российская промышленность вырабатывает искусственное волокно еще более прочное, чем капрон, например сверхпрочный ацетатный шелк, который своей прочностью превосходит стальную проволоку. Этот шелк на один квадратный миллиметр выдерживает 126 кг, а стальная проволока - 110 кг.
Лавсан
Лавсан (полиэтилентерефталат) представитель полиэфиров. Это продукт поликонденсации двухатомного спирта этиленгликоля HO-CH2CH2-OH и двухосновной кислоты - терефталевой (1,4-бензолдикарбоновой) кислоты HOOC-C6H4-COOH (обычно используется не сама терефталевая кислота, а ее диметиловый эфир). Полимер относится к линейным полиэфирам и получается в виде смолы. Наличие регулярно расположенных по цепи макромолекулы полярных групп О-СО- приводит к усилению межмолекулярных взаимодействий, придавая полимеру жесткость. Макромолекулы в нем расположены беспорядочно, в в
Синтетические волокна начали производиться промышленным способом в 1938 году. На данный момент их существует уже несколько десятков видов. Для всех них общим является то, что исходным веществом служат низкомолекулярные соединения, превращающиеся в полимеры посредством химического синтеза. Растворением или плавлением полученных полимеров осуществляется приготовление формовочного или прядильного раствора. Их формуют из раствора или расплава, а их уже потом подвергают отделке.
Разновидности
В зависимости от особенностей, которыми характеризуется строение макромолекул, синтетические волокна принято подразделять на гетероцепные и карбоцепные. К первым относят те, что получены из полимеров, в чьих макромолекулах, помимо углерода, присутствуют и иные элементы - азот, сера, кислород и другие. Сюда относят полиэфирные, полиуретановые, полиамидные и полимочевинные. Карбоцепные синтетические волокна характеризуются тем, что основная цепь у них выстроена из атомов углерода. К этой группе относят поливинилхлоридные, полиакрилнитрильные, полиолефиновые, поливинилспиртовые и фторосодержащие.
Полимеры, служащие основой для получения гетероцепных волокон, получаются посредством поликонденсации, а продукт формуется из расплавов. Карбоцепные получаются посредством цепной полимеризации, а формирование происходит обычно из растворов, в редких случаях из расплавов. Можно рассмотреть какое-то одно синтетическое полиамидное волокно, которое получило название сиблон.
Создание и применение
Такое слово, как сиблон, для многих оказывается совершенно незнакомым, однако раньше на ярлычках одежды можно было видеть аббревиатуру ВВМ, под которой скрывалось вискозное высокомодульное волокно. Тогда производителям казалось, что такое название будет выглядеть симпатичнее, чем сиблон, которое могло ассоциироваться с нейлоном и капроном. Производство синтетических волокон этого типа осуществляется из елки, как бы сказочно это не выглядело.
Особенности
Появился сиблон в начале 70-х годов прошлого века. Он представляет собой усовершенствованную вискозу. На первом этапе осуществляется получение из древесины целлюлозы, ее выделяют в чистом виде. Самое большое ее количество содержится в хлопке - около 98%, но из волокон хлопчатника и без этого получаются отличные нити. Поэтому для выработки целлюлозы чаще используется древесина, в частности хвойная, где ее содержится 40-50%, а остальное - это ненужные компоненты. От них требуется избавляться в синтетических волокон.
Процесс создания
Синтетически волокна производятся поэтапно. На первом этапе осуществляется процесс варки, во время которой из древесной стружки все лишние вещества перемещаются в раствор, а также производится разбивка длинных полимерных цепочек на отдельные фрагменты. Естественно, тут не обходится только горячей водой, производятся добавки различных реагентов: натронов и прочих. Только варка с добавлением сульфатов позволяет получить целлюлозу, которая пригодна для производства сиблона, так как в ней остается меньше примесей.
Когда целлюлоза уже выварена, ее отправляют на отбеливание, сушку и прессовку, а потом перемещают туда, где в ней есть необходимость - это производство бумаги, целлофана, картона и волокон, то есть Что же с ней дальше происходит?
Последующая обработка
Если требуется получить синтетические и то сначала нужно приготовить прядильный раствор. Целлюлоза представляет собой твердое вещество, которое непросто растворить. Поэтому обычно ее превращают в растворимый в воде эфир дитиоугольной кислоты. Процесс превращения в это вещество является довольно длительным. Сначала производится обработка целлюлозы горячей щелочью с последующим отжимом, в раствор при этом переходят ненужные элементы. После отжима масса измельчается, а потом помещается в специальные камеры, где начинается предсозревание - происходит укорочение молекул целлюлозы почти вдвое за счет окислительной деструкции. Далее происходит реакция щелочной целлюлозы с сероуглеродом, что позволяет получить ксантогенат. Это масса оранжевого цвета, похожая на тесто, эфир дитиоугольной кислоты и исходного вещества. Этот раствор за его вязкость получил название "вискоза".
Далее происходит фильтрование для удаления последних примесей. Выпускается растворенный воздух посредством «вскипания» эфира в вакууме. Все эти операции приводят к тому, что ксантогенат становится похож на молодой мед - желтый и тягучий. На этом прядильный раствор полностью готов.
Получение волокон
Раствор продавливается через фильеры. волокна не просто прядутся традиционным способом. Эту операцию сложно сравнить с простой текстильной, правильнее будет сказать, что это химической процесс, позволяющий миллионам струек жидкой вискозы стать твердыми волокнами. На территории России из целлюлозы получается вискоза и сиблон. Второй тип волокна в полтора раза прочнее первого, характеризуется большей устойчивостью к щелочам, ткани из него отличаются гигроскопичностью, меньшей степенью усадки и сминания. А различия в процессах производства вискозы и сиблона появляются в тот момент, когда в осадительной ванной после фильер оказываются только что "народившиеся" синтетические волокна.
Химия в помощь
Для получения вискозы в ванну наливается серная кислота. Она предназначена для разложения эфира, благодаря чему получаются чисто целлюлозные волокна. При необходимости получения сиблона в ванну добавляют частично оказывающий препятствие гидролизу эфира, поэтому в нитях будет содержаться остаточный ксантогенат. И что же это дает? Далее волокна подвергаются растягиванию и формовке. Когда в полимерных волокнах имеются остатки ксантогената, получается вытянуть полимерные целлюлозные цепочки вдоль оси волокна, а не расположить их хаотично, что характерно для обычной вискозы. После вытяжки жгут из волокон разрезают на шпательки длиной 2-10 миллиметров. После еще нескольких процедур осуществляется прессовка волокон в кипы. Тонны древесины достаточно для получения 500 килограмм целлюлозы, из которой будет выпущено 400 килограмм волокна сиблона. Прядение целлюлозы осуществляется примерно двое суток.
Что дальше делают с сиблоном?
В восьмидесятых годах эти синтетические волокна использовались в качестве добавок к хлопку, чтобы нити прялись лучше и не рвались. Из сиблона делали подложки под искусственную кожу, а также использовали его при производстве изделий из асбеста. Тогда технологи не были заинтересованы в создании чего-то нового, требовалось как можно больше волокна для реализации задуманного.
А на Западе в те времена высокомодульные вискозные волокна использовались для производства тканей, которые отличались дешевизной и прочностью в сравнении с хлопчатобумажными, но при этом хорошо впитывали влагу и дышали. Сейчас у России не осталось собственных хлопковых регионов, поэтому на сиблон возлагаются большие надежды. Только спрос на него пока не особо велик, так как ткани и одежду отечественного производства сейчас почти никто не покупает.
Полимерные волокна
Их принято подразделять на природные, синтетические и искусственные. Природные представляют собой те волокна, образование которых осуществляется в натуральных условиях. Их принято классифицировать по происхождению, которое определяет их химический состав, на животные и растительные. Первые состоят из белка, а именно каротина. Это шелк и шерсть. Вторые состоят из целлюлозы, лигнина и гемицеллюлозы.
Искусственные синтетические волокна получаются посредством химической переработки полимеров, существующих в природе. К ним принято относить ацетатные, вискозные, альгинатные и белковые волокна. В качестве сырья для их получения служат сульфатная или сульфитная древесная целлюлоза. Выпуск искусственных волокон производится в виде текстильных и кордных нитей, а также в виде штапельного волокна, которое перерабатывается вместе с иными волокнами в процессе производства разных тканей.
Синтетическое полиамидное волокно получается из полимеров, выведенных искусственно. В качестве исходного сырья в таком процессу используются полимерные волокна, сформированные из гибких макромолекул слаборазветвленной или линейной структуры, обладающие значительной массой - более 15 000 атомных единиц массы, а также очень узким молекулярно-массовым распределением. В зависимости от типа синтетические волокна способны обладать высокой степенью прочности, значительной величиной по отношению к удлинению, эластичностью, устойчивостью к множественным нагрузкам, малыми остаточными деформации и быстрым восстановлением после снятия нагрузки. Именно поэтому помимо использования в текстиле им нашли применение в качестве армирующих элементов во время изготовления композитов, и все это позволили сделать особые свойства синтетических волокон.
Заключение
В последние несколько лет можно наблюдать очень устойчивый рост количества достижений в сфере разработки новых полимерных волокон, в частности, пара-арамидных, полиэтиленовых, термостойких, комбинированных, структура которых - ядро-оболочка, гетероциклических полимеров, в которые включены различные частицы, к примеру, серебро или иные металлы. Теперь материал нейлон - это уже не верх инженерной мысли, так как сейчас существует огромное количество новых волокон.