Umjetna vlakna. Među hemijskim vlaknima po obimu proizvodnje, prvo mjesto zauzimaju umjetna viskozna vlakna. Glavni materijal za proizvodnju viskoznih vlakana je drvena pulpa i jeftine dostupne kemikalije. Prednost viskoznog vlakna je visoka ekonomska efikasnost njegove proizvodnje i prerade. Dakle, u proizvodnji 1 kg viskoznog prediva, troškovi rada su 2-3 puta niži od troškova proizvodnje iste pređe od pamuka i 4,5-5 puta manji od proizvodnje 1 kg vunene pređe.
Viskozna vlakna dostupna su u različitim dužinama i debljinama. Debljina elementarnog vlakna rajonske svile je od 0,5 do 0,2 tex.
Viskozna vlakna imaju dovoljnu čvrstoću, ali kada su mokra, njihova čvrstoća pada na 50-60%. Njihov nedostatak je sposobnost skupljanja, odnosno skupljanja po dužini, posebno nakon pranja.
Ova vlakna imaju visoka higijenska svojstva, jer se odlikuju sposobnošću da dobro upijaju vlagu. Viskozna vlakna otporna na toplinu.
Kada se zagriju, ne omekšaju i podnose zagrijavanje bez uništavanja do 150 °. Na višim temperaturama (175-200°) počinje proces raspadanja vlakana.
Viskozna vlakna s poboljšanim svojstvima nazivaju se polinozna vlakna. Po svojim osobinama bliski su pamučnim vlaknima.
Na bazi pamučne ili drvene celuloze dobijaju se i druga umjetna vlakna - bakar-amonijak i acetat.
Bakarno-amonijačna vlakna po svojim svojstvima podsjećaju na viskozno vlakno. Proizvodi se u malim količinama, jer je njegova proizvodnja mnogo skuplja od proizvodnje drugih umjetnih vlakana. Uglavnom se koristi u mješavini s vunom.
Acetatna vlakna se proizvode u dvije vrste: diacetatna i triacetatna. Diacetatna vlakna se obično nazivaju acetatna vlakna. Acetatna vlakna imaju dovoljnu čvrstoću. Njihovo prekidno izduženje je 18-25%. Vlačna čvrstoća acetatnog vlakna u mokrom stanju je smanjena za 40-50%, a triacetata - za 10-15%. Acetatna vlakna apsorbuju približno 6,5% vlage, a triacetatna vlakna apsorbuju ne više od 1-1,5%.
Acetatna vlakna po svojim svojstvima zauzimaju srednju poziciju između umjetnih i sintetičkih vlakana.
Za razliku od viskoze, acetatna vlakna su termoplastična i počinju se deformirati na temperaturama od 140-150 °.
Upotreba acetatnih vlakana u mješavini s viskoznim vlaknima može značajno smanjiti naboranost proizvoda. Acetatna vlakna nisu obojena bojama koje se koriste za bojenje viskoznih vlakana, stoga upotreba acetatnih vlakana u mješavini s viskoznim vlaknima omogućuje stvaranje različitih efekata boja, oplemenjivanje prednje površine tkanine.
Od ostalih vještačkih vlakana, staklo i metal se koriste u proizvodnji tkanina; metalne niti se koriste za davanje tkanina raznih ukrasnih efekata; zovu se alunit, lureks, metlon itd.
Sintetička vlakna. Od sintetičkih vlakana najrasprostranjenija su poliamidna vlakna, koja uključuju najlonska, anidna, enantna i druga vlakna. U našoj zemlji najlonska vlakna zauzimaju prvo mjesto među poliamidnim vlaknima. Za njegovo dobivanje koristi se kaprolaktamska smola, koja se dobiva kemijskom sintezom iz relativno jednostavnih organskih tvari.
Poliamidna vlakna imaju niz vrijednih svojstava: visoku vlačnu čvrstoću, elastičnost i izuzetnu otpornost na habanje.
Prednost poliamidnih vlakana je njihova visoka otpornost na habanje i ponovljene deformacije.
Sintetička vlakna
Čovječanstvo je hiljadama godina za svoje potrebe koristilo prirodna vlakna biljnog (lan, pamuk, konoplja) i životinjskog (vuna, svila) porijekla. Osim toga, korišteni su i mineralni materijali poput azbesta.
Tkanine napravljene od ovih vlakana korištene su za izradu odjeće, tehničke potrebe itd.
Zbog porasta stanovništva Zemlje, prirodna vlakna su postala rijetka. Zato je postojala potreba za njihovim zamjenama.
Prvi pokušaj da se svila dobije umjetnim putem napravio je 1855. godine Francuz Audemard na bazi nitroceluloze. Godine 1884. francuski inženjer G. Chardonnay razvio je metodu za proizvodnju umjetnog vlakna - nitrosvilu, a od 1890. godine organizirana je rasprostranjena proizvodnja umjetne svile nitratnom metodom sa formiranjem niti pomoću predilice. Posebno djelotvorno se pokazalo ono što je počelo 90-ih godina XIX vijeka. proizvodnja viskozne svile. Nakon toga, ova metoda je postala najrasprostranjenija i sada rajonska svila čini oko 85% svjetske proizvodnje umjetnih vlakana. Godine 1900. svjetska proizvodnja viskozne svile iznosila je 985 tona, 1930. godine - oko 200 hiljada tona, a 1950. proizvodnja viskozne svile dostigla je skoro 1600 hiljada tona.
Dvadesetih godina prošlog vijeka savladana je proizvodnja svilenog acetata (iz acetata celuloze). Po izgledu, acetatna svila gotovo se ne razlikuje od prirodne. Nisko je higroskopan i, za razliku od viskozne svile, ne gužva se. Acetatna svila se široko koristi u elektrotehnici kao izolacijski materijal. Kasnije je otkrivena metoda za dobijanje acetatnog vlakna izuzetno visoke čvrstoće (kord presjeka 1 cm 2 može izdržati opterećenje od 10 tona).
Zasnovan na uspjesima hemije tokom XX vijeka. u SSSR-u, Engleskoj, Francuskoj, Italiji, SAD-u, Japanu i drugim zemljama stvorena je moćna industrija umjetnih vlakana.
Uoči Prvog svjetskog rata u cijelom svijetu proizvedeno je samo 11 hiljada tona vještačkih vlakana, a nakon 25 godina proizvodnja vještačkih vlakana potisnula je proizvodnju prirodne svile u stranu. Ako je 1927. proizvodnja viskozne i acetatne svile iznosila oko 60 hiljada tona, onda je 1956. svjetska proizvodnja umjetnih - viskoznih i acetatnih - vlakana premašila 2 miliona tona.
Razlika između prirodnih, umjetnih i sintetičkih vlakana je sljedeća. Prirodna (prirodna) vlakna u potpunosti stvara sama priroda, umjetna vlakna prave ljudske ruke, a sintetička vlakna stvara čovjek u hemijskim tvornicama. Prilikom sinteze sintetičkih vlakana iz jednostavnijih supstanci dobijaju se složeniji visokomolekularni spojevi, dok se umjetni materijali stvaraju zbog uništavanja mnogo složenijih molekula (npr. molekula vlakana u proizvodnji metil alkohola suhom destilacijom drveta).
Godine 1935. američki hemičar W. Carothers otkrio je najlon, prvo sintetičko vlakno. Carothers je prvo radio kao računovođa, ali se kasnije zainteresirao za hemiju i upisao Univerzitet u Ilinoisu. Već na trećoj godini dobio je instrukcije da drži predavanja iz hemije. Godine 1926. izabran je za profesora organske hemije na Univerzitetu Harvard.
Godine 1928. dogodio se nagli zaokret u sudbini Carothersa. Najveći hemijski koncern "DuPont de Nemours" pozvao ga je da vodi laboratoriju organske hemije. Stvoreni su mu idealni uslovi: veliki kadar, najsavremenija oprema, sloboda u izboru istraživačkih tema.
Razlog tome je činjenica da je koncern godinu dana ranije usvojio strategiju teorijskih istraživanja, vjerujući da će ona na kraju donijeti značajnu praktičnu korist, a samim tim i profit.
I tako se dogodilo. Carothersova laboratorija, koja istražuje polimerizaciju monomera, nakon tri godine mukotrpnog rada postiže izuzetan uspjeh - dobija polimer hloroprena. Na osnovu toga koncern DuPont je 1934. godine započeo industrijsku proizvodnju jedne od prvih vrsta sintetičkog kaučuka - polikloroprena (neoprena), koji po svojim kvalitetima može uspješno zamijeniti deficitarnu prirodnu gumu.
Međutim, Carothers je vjerovao da je glavni cilj njegovog istraživanja dobivanje takve sintetičke tvari koja se može pretvoriti u vlakna. Koristeći metodu polikompenzacije, kojom se bavio na Univerzitetu Harvard, Carothers je 1930. godine dobio poliester kao rezultat interakcije etilen glikola i sebacinske kiseline, koji se, kako se kasnije pokazalo, lako uvlačio u vlakno. Ovo je već bilo veliko postignuće. Međutim, ova tvar nije mogla imati praktičnu upotrebu, jer se lako omekšavala vrućom vodom.
Brojni daljnji pokušaji da se nabave komercijalna sintetička vlakna bili su neuspješni, a Carothers je odlučio prestati raditi u tom smjeru. Uprava koncerna pristala je da zatvori program. Međutim, načelnik hemijskog odjela usprotivio se ovakvom ishodu slučaja. Uz velike muke, uvjerio je Carothersa da nastavi svoja istraživanja.
Preispitujući rezultate svog rada u potrazi za novim načinima da ga nastavi, Carothers je skrenuo pažnju na nedavno sintetizirane polimere koji sadrže amidne grupe u molekulu - poliamide. Ovaj izbor se pokazao izuzetno plodonosnim. Eksperimenti su pokazali da neke poliamidne smole, istisnute kroz kalup napravljen od finog medicinskog šprica, formiraju filamente od kojih se mogu napraviti vlakna. Upotreba novih smola se činila vrlo obećavajućom.
Nakon novih eksperimenata, Carothers i njegovi pomoćnici su 28. februara 1935. dobili poliamid od kojeg je bilo moguće proizvesti snažno, elastično, elastično, vodootporno vlakno. Ova smola, izolirana kao rezultat reakcije heksametilendiamina sa adipinskom kiselinom, nakon čega je uslijedilo zagrijavanje u vakuumu nastale soli (AG), nazvana je "polimer 66", budući da su polazni proizvodi sadržavali 6 atoma ugljika. Pošto su na stvaranju ovog polimera radili istovremeno u Njujorku i Londonu, vlakno iz njega je dobilo naziv "najlon" - po početnim slovima ovih gradova. Stručnjaci za tekstil su utvrdili da je pogodan za komercijalnu proizvodnju prediva.
Tokom naredne dvije godine, Du Pontovi naučnici i inženjeri razvili su u laboratoriji proces za proizvodnju polimernih intermedijera i najlonskih prediva i dizajnirali pilot postrojenje za kemiju.
16. februara 1937. patentiran je najlon. Nakon mnogih eksperimentalnih ciklusa, u aprilu 1937. godine, dobijena su vlakna za eksperimentalnu seriju čarapa. U julu 1938. godine završena je izgradnja probnog postrojenja.
29. aprila 1937., tri dana nakon što je Carothers napunio 41 godinu, preminuo je nakon što je uzeo kalijum cijanid. Izvanrednog istraživača proganjala je opsesija da nije uspio kao naučnik.
Razvoj najlona koštao je 6 miliona dolara, više od bilo kojeg drugog proizvoda za javnu upotrebu. (Poređenja radi, Sjedinjene Države su potrošile 2,5 miliona dolara na razvoj televizije.)
Izvana, najlon podsjeća na prirodnu svilu i približava joj se po hemijskoj strukturi. Međutim, po svojoj mehaničkoj čvrstoći, najlonsko vlakno nadmašuje viskoznu svilu oko tri puta, a prirodno - gotovo dva puta.
DuPont je dugo pomno čuvao tajne procesa proizvodnje najlona. Čak je i sama napravila potrebnu opremu. I zaposleni i veletrgovci robom morali su da potpišu ugovor o tajnosti u vezi sa "najlonskim tajnama".
Prvi komercijalni proizvod koji se pojavio na tržištu bile su četkice za zube s najlonskim vlaknima. Njihovo oslobađanje počelo je 1938. Najlonske čarape demonstrirane su u oktobru 1939. godine, a početkom 1940. u Wilmingtonu je proizvedeno najlonsko vlakno koje su tvornice trikotaže kupile za izradu čarapa. Zahvaljujući međusobnom dogovoru trgovačkih kompanija, čarape konkurentskih proizvođača pojavile su se na tržištu istog dana: 15. maja 1940. godine.
Masovna proizvodnja najlonskih proizvoda počela je tek nakon Drugog svjetskog rata, 1946. godine. I iako su se od tada pojavili mnogi drugi poliamidi (najlon, perlon, itd.), najlon se još uvijek široko koristi u tekstilnoj industriji.
Ako je 1939. svjetska proizvodnja najlona iznosila samo 180 tona, onda je 1953. dostigla 110 hiljada tona.
Pedesetih godina prošlog stoljeća brodski propeleri za brodove male i srednje tonaže izrađivali su se od najlonske plastike.
U 40-50-im godinama XX veka. pojavila su se i druga sintetička poliamidna vlakna. Dakle, u SSSR-u je najlon bio najčešći. Kao sirovina za njegovu proizvodnju koristi se jeftin fenol proizveden od katrana ugljena. Od 1 tone fenola može se dobiti oko 0,5 tona smole, a od nje se može napraviti najlon u količini dovoljnoj za proizvodnju 20-25 hiljada pari čarapa. Kapron se također dobiva iz proizvoda rafiniranih ulja.
1953. godine, prvi put u svijetu u SSSR-u, u eksperimentalno-industrijskom obimu, izvedena je reakcija polimerizacije između etilena i ugljičnog tetrahlorida i dobijen je početni proizvod za industrijsku proizvodnju enantnih vlakana. Šemu njegove proizvodnje razvio je tim naučnika pod vodstvom A.N. Nesmeyanova.
U pogledu svojih osnovnih fizičkih i mehaničkih svojstava, enant ne samo da nije bio inferioran u odnosu na druga poznata poliamidna vlakna, već je u mnogim aspektima nadmašio najlon i najlon.
U 50-60-im godinama. prošlog veka počela je proizvodnja poliesterskih, poliakrilonitrilnih sintetičkih vlakana.
Poliesterska vlakna se formiraju od taline polietilen tereftalata. Imaju odličnu otpornost na toplotu, zadržavaju 50% čvrstoće na 180°C, otporni su na vatru i vremenske prilike. Otporan na rastvarače i štetočine: moljce, plijesan itd. Poliestersko pređe se koristi za izradu transportnih traka, pogonskih traka, užadi, jedara, ribarskih mreža, crijeva, kao podloga za gume. Monofilament se koristi za proizvodnju mreža za papir mašine, žica za rekete. U tekstilnoj industriji konac od poliesterskih vlakana koristi se za proizvodnju trikotaže, tkanina itd. Poliesterska vlakna uključuju lavsan.
Poliakrilonitrilna vlakna su po svojstvima slična vuni. Otporni su na kiseline, lužine i rastvarače. Koriste se za proizvodnju gornje trikotaže, tepiha i tkanina za odijela. U mješavini s pamučnim i viskoznim vlaknima, poliakrilonitrilna vlakna se koriste za proizvodnju platna, zavjesa, cerade. U SSSR-u su se ova vlakna proizvodila pod trgovačkim nazivom nitron.
Mnoga sintetička vlakna se proizvode propuštanjem otopine taline ili polimera kroz spinere od 50 do 500 mikrometara u prečniku u komoru hladnog zraka gdje se skrućuju i pretvaraju u vlakna. Kontinuirano formirani konac se namotava na bobinu.
Acetatna vlakna se stvrdnjavaju na vrućem zraku kako bi se ispario rastvarač, a viskozna vlakna se stvrdnjavaju u taložnim kupkama sa posebnim tekućim reagensima. Istezanje vlakana na bobinama tokom formiranja koristi se kako bi molekuli polimernog lanca poprimili jasniji redoslijed.
Na svojstva vlakana utječu različite metode: promjenom brzine ekstruzije, sastava i koncentracije tvari u kadi, promjenom temperature otopine za predenje, kupke ili zračne komore, mijenjanjem veličine otvora za predenje.
Važna karakteristika svojstva čvrstoće vlakana je prekidna dužina, pri kojoj se vlakno lomi pod vlastitom gravitacijom.
Za prirodna pamučna vlakna varira od 5 do 10 km, acetatna svila - od 12 do 14, prirodna - od 30 do 35, viskozna vlakna - do 50 km. Poliesterska i poliamidna vlakna su izdržljivija. Dakle, u najlonu, dužina lomljenja doseže 80 km.
Sintetička vlakna su zamijenila prirodna vlakna u mnogim područjima. Ukupan obim njihove proizvodnje je skoro jednak.
Ovaj tekst je uvodni fragment.Savremene tehnologije su uticale na sve sfere ljudskog života. Najbolji primjer njihovog razvoja je tekstilna industrija: čovječanstvo je naučilo proizvoditi sintetičke tkanine.
Viskoza je vrsta vještačke tkanine napravljene od celuloze. Ova vrsta platna se dobija preradom drvnih sirovina. Sintetičke tkanine se prave od polimera dobijenih hemijskim reakcijama. Sirovine za materijal su naftni derivati, ugalj, gas. U pravilu, sportska odjeća ili stvari koje su potrebne za upotrebu u ekstremnim situacijama izrađuju se od sintetičkih tkanina.
Prednosti i nedostaci sintetičkih tkanina
Sintetički materijal ima svoje prednosti i nedostatke. Unatoč svom obilju prirodnih tkanina, sintetički materijal ima niz prednosti.
- Lakoća tkanine. Za razliku od prirodnih materijala, sintetička tkanina je lagana.
- Trajnost. Odjeća izrađena od sintetičkog materijala manje je sklona habanju i zadržava postojanost boje. To se postiže posebnom obradom materije. Zato se stvari mogu dugo nositi bez straha da će se linjati. Međutim, neke vrste propadaju kada su izložene ultraljubičastim zracima.
- Brzo sušenje. Gotovo svi sintetički materijali ne upijaju mnogo vlage, a sušenje ne traje dugo.
- Cijena. Niska cijena materijala postiže se zbog niske cijene početnog proizvoda. Preduzećima je isplativo proizvoditi takve tkanine, zbog čega se njihov obim proizvodnje povećava svake godine.
Industrija se razvija svakim danom. Proizvođači tkanina mogu mijenjati karakteristike tkanine, uzimajući u obzir želje velikih kupaca.
Najveći nedostatak takvih materijala je što mogu negativno utjecati na zdravlje. Sintetičke tkanine se naelektriziraju zbog nakupljanja statičkog elektriciteta. Osoba može imati individualnu toleranciju za dato tkivo. Praktično ne upija vlagu, stoga nije vrlo higijenski materijal. Sintetika nije prozračna, pa donje rublje od poliestera ili spandeksa nije baš ugodno za svakodnevnu upotrebu.
S druge strane, u lošem vremenu sintetička tkanina će biti izuzetno korisna - može zaštititi osobu od atmosferskih padavina bolje od prirodne.
Karakteristike proizvodnje
Prvi put je patent za proizvodnju sintetičke tkanine registrovan daleke 1930. godine. Prvo su naučili da izoluju polivinilhloridna vlakna, a zatim su njemački naučnici uspjeli dobiti poliamid. Ovaj materijal se počeo zvati. Njegova proizvodnja stavljena je na montažnu traku tek 1939. godine.
U Sovjetskom Savezu sintetička odjeća počela se proizvoditi tek krajem 60-ih. U početku je to bila samo jeftina zamjena za prirodnu tkaninu. Tek mnogo godina kasnije pronašli su svoju odgovarajuću upotrebu: počeli su proizvoditi kombinezone koje su se odlikovale visokim karakteristikama otpornosti na habanje i mogle su zaštititi osobu od nepovoljnih čimbenika okoline.
Umjetni i sintetički materijali razlikuju se po specifičnostima proizvodnje, kao i po cijeni sirovina. Sintetika ne zahtijeva visoke troškove. Kada se proizvode tkanine, vlakna se sintetišu iz jedinjenja male molekularne težine. Da biste proizveli materijal, morate otopiti ili otopiti sirovinu. Nakon toga, konac se može izolirati od viskoznog materijala. Konac može biti pojedinačni, složen ili upleten u obliku snopa. Takođe, pojedinačni komadi odeće i obuće mogu se izrađivati od rastopljenog materijala.
Od čega se pravi sintetički tekstil?
Danas postoji mnogo vrsta sintetičkih vlakana. Stručnjaci stalno proizvode nove vrste materijala. Međutim, radi praktičnosti, oni su podijeljeni u dvije grupe, od kojih svaka ima svoje karakteristike.
Sintetika ugljičnog lanca
U njegovoj proizvodnji koriste se ugljovodonici. Ova sorta kombinuje sljedeću listu tkanina:
- polietilen;
- poliakrilonitril;
- polipropilen;
- polivinil hlorid;
- polivinil alkohol.
Heterolančana sintetika
Ova vrsta tkanine nije napravljena samo od ugljovodonika, već i od drugih hemijskih elemenata. Može biti dušik, hlor, fluor. Elementi doprinose poboljšanju karakteristika materije.
Ova grupa uključuje sljedeće tkanine:
- poliuretan.
- poliamid.
Zahvaljujući ovim supstancama, stvari bazirane na hetero-lančanoj sintetici daju dodatne kvalitete uobičajenim karakteristikama koje su neophodne za šivanje radne odjeće.
Vrste i nazivi sintetičkih tkanina
Dakle, tekstilna industrija u ovoj fazi svog razvoja omogućava dobijanje raznih vrsta sintetičkih materija. Ali kako se ne izgubiti u takvom asortimanu i saznati koja tkanina ispunjava sve potrebne kriterije? Evo kratkog opisa najpopularnijih sorti sintetike.
- Lavsan
Posjeduje visoke pokazatelje otpornosti na habanje. Tkanina se ne skuplja, može izdržati jake promjene temperature, do + 115 stepeni. Održava svoj oblik dugo vremena. Materijal je tvrd na dodir, ne propušta vodu. Platno se najčešće koristi u proizvodnji zavjesa. Mnogo rjeđe se dodaje prirodnim sirovinama za proizvodnju odijela - to omogućava povećanje otpornosti proizvoda na habanje.
- Fleece
Napravljen od sintetičkih vlakana. Po izgledu podsjeća na prirodnu vunu. Veoma mekan, topao materijal. Fleksibilan je i prozračan. Materijal je jednostavan za održavanje, lako se pere i čisti. Glavna stvar je da se ne mora dugo sušiti i peglati, što značajno štedi vrijeme. Tkanina se često koristi u proizvodnji dječje odjeće. Nedostatak je brz gubitak oblika zbog činjenice da se stvar rasteže tijekom svakodnevnog nošenja. Flis je sposoban pohraniti statički elektricitet.
- Polisatin
Izrađen od mješavine pamuka ili poliestera. Materijal ima nekoliko prednosti. Lako se pere, ne gužva se, ne gubi oblik, ima sjajnu površinu. Često se koristi u proizvodnji garnitura posteljine, zavjesa i presvlaka namještaja. Modna i popularna posteljina sa "3D efektom" često se pravi od ove vrste tkanine.
- Akril
Ovo je tkanina koja izgleda kao vuna, ali je mnogo praktičnija od prirodnih vlakana. Dugo vremena zadržava svoj oblik, ne propušta vlagu. Materijal nije izložen ultraljubičastim zracima, lako se čisti, ne skuplja se. Koristi se i u kombinaciji sa vunom.
Akril se koristi za šivenje gornje odjeće. U kombinaciji sa vunom, od nje se izrađuju i dječiji dušeci, jer ova tkanina ne može upijati vodu. U kombinaciji sa prirodnim vlaknima daje snagu stvarima. Akril ne stvara tablete i može zadržati svoj oblik dugo vremena. Međutim, on ima i mali nedostatak - stvari napravljene od ovog platna su jako naelektrizirane. Akril se često dodaje nitima za pletenje.
- Dynema i Spectrum
U ovoj grupi razlikuju se dvije vrste vlakana - polietilen i polipropilen. Najlakše su u kategoriji sintetičkih tkanina. Takvo se platno ne može utopiti u vodi. Otporan je na toplinu. Materijal nije podložan rastezanju, otporan je na sve vremenske promjene.
Podnosi temperature do +115 stepeni. Široko se koristi u proizvodnji turističke i specijalizirane odjeće, na primjer, za ribolovce, skijaše, penjače, lovce. Također, materijal se koristi za i čarape. Međutim, u tu svrhu mora se uzeti tkanina od prirodnih vlakana.
Ishod
Svake godine raste proizvodnja artikala od sintetičkih tkanina zbog činjenice da su sirovine jeftine. Također su poboljšane funkcionalne karakteristike proizvoda i njihov izgled.
Sintetički proizvodi imaju visoka svojstva zaštite od topline. Imaju nisku higroskopnost, visoku hidrofobnost i prilično su izdržljivi. Možda nisu tako udobne kao prirodna vlakna. Mnogo je kontroverzi o njihovoj zdravstvenoj sigurnosti. Ali gore navedena svojstva omogućuju im da ostanu među obećavajućim opcijama za upotrebu u tekstilnoj industriji.
Sintetička vlakna
hemijska vlakna dobijena od sintetičkih polimera. Sintetička vlakna su ispredena ili iz polimerne taline ( poliamid, poliester, poliolefin), ili iz otopine polimera ( poliakrilonitrila, polivinil hlorid, polivinil alkohol) suvom ili mokrom metodom. Sintetička vlakna se proizvode u obliku niti tekstila i gajtana, monofilament, kao i rezana vlakna... Raznolikost svojstava početnih sintetičkih polimera omogućava dobijanje sintetičkih vlakana različitih svojstava, dok su mogućnosti variranja svojstava veštačkih vlakana veoma ograničene, jer se formiraju praktično od jednog polimera ( celuloza ili njegovih derivata). Sintetička vlakna karakteriziraju visoka čvrstoća, vodootpornost, otpornost na habanje, elastičnost i otpornost na kemijske reagense.
Od 1931. godine, osim butadienske gume, nije bilo sintetičkih vlakana i polimera, a za proizvodnju vlakana korišteni su jedini tada poznati materijali na bazi prirodnog polimera - celuloze.
Revolucionarne promjene dogodile su se početkom 60-ih godina, kada je, nakon najave poznatog programa hemizacije nacionalne privrede, industrija naše zemlje počela da ovladava proizvodnjom vlakana na bazi polikaproamida, poliestera, polietilena, poliakrilonitrila, polipropilena i drugih polimera.
U to vrijeme, polimeri su smatrani samo jeftinim zamjenama za oskudne prirodne sirovine - pamuk, svilu, vunu. No ubrzo je došlo do spoznaje da su polimeri i vlakna na njihovoj osnovi ponekad bolji od tradicionalno korištenih prirodnih materijala – lakši su, jači, otporniji na toplinu, sposobni za rad u agresivnim sredinama. Stoga su kemičari i tehnolozi sve svoje napore usmjerili na stvaranje novih polimera visokih performansi i metoda njihove obrade. I u ovom poslu postizali su rezultate, ponekad prevazilazeći rezultate sličnih aktivnosti poznatih stranih firmi.
Početkom 70-ih godina kevlarska vlakna (SAD), koja svojom snagom zadivljuju maštu, pojavila su se u inostranstvu, nešto kasnije - Twaron (Holandija), Technora (Japan) i druga, napravljena od aromatičnih polimera, zajedničkih naziva aramidi. Na bazi takvih vlakana nastali su različiti kompozitni materijali koji su se uspješno koristili za izradu kritičnih dijelova aviona i projektila, kao i korde za gume, pancire, protupožarnu odjeću, užad, pogonske trake, transportne trake i mnoge druge. ostali proizvodi.
Ova vlakna su naširoko reklamirana u svjetskoj štampi. Međutim, samo uski krug stručnjaka zna da su istih godina ruski kemičari i tehnolozi samostalno stvorili terlon aramidno vlakno, koje po svojim svojstvima nije inferiorno u odnosu na strane analoge. A onda su ovdje razvijene metode za proizvodnju SVM i armos vlakana, čija snaga premašuje čvrstoću kevlara za jedan i pol puta, a specifična čvrstoća (tj. čvrstoća po jedinici težine) premašuje čvrstoću visoke -legirani čelik za 10-13 puta! A ako je vlačna čvrstoća čelika 160-220 kg / mm2, sada se radi na stvaranju polimernog vlakna čvrstoće do 600 kg / mm2.
Druga klasa polimera pogodnih za proizvodnju vlakana visoke čvrstoće su tekući kristalni aromatični poliesteri, odnosno polimeri sa kristalnim svojstvima u tečnom stanju. Vlakna na njihovoj osnovi odlikuju se ne samo prednostima aramidnih vlakana, već i visokom otpornošću na zračenje, kao i otpornošću na djelovanje neorganskih kiselina i raznih organskih otapala. Idealan je materijal za gumenu armaturu i visoko punjene kompozite; na njegovoj osnovi stvoreni su uzorci optičkih vlakana, čiji kvalitet odgovara najvišem svjetskom nivou. A neposredni zadatak je stvaranje takozvanih molekularnih kompozita, odnosno kompozitnih materijala u kojima same molekule tečnih kristalnih polimera služe kao ojačavajuće komponente.
Molekule običnih polimera sadrže, osim ugljika, i atome drugih elemenata - vodonika, kisika, dušika. Ali sada su razvijene metode za proizvodnju vlakana, koja su, u stvari, čisti polimerni ugljik. Takva vlakna imaju rekordnu čvrstoću (preko 700 kg/mm2) i krutost, kao i izuzetno niske koeficijente toplinske ekspanzije, visoku otpornost na habanje i koroziju, visoke temperature i zračenje. To im omogućava da se uspješno koriste za proizvodnju kompozitnih materijala - ugljične plastike, koji se koriste u najkritičnijim strukturnim jedinicama brzih aviona, raketa i svemirskih letjelica.
Ispostavlja se da je korištenje CFRP-a ekonomski vrlo isplativo. Po jedinici težine proizvoda napravljenog od njega, trebate potrošiti 3 puta manje energije od proizvoda od čelika i 20 puta manje od proizvoda od titana. Tona CFRP-a može zamijeniti 10-20 tona visoko legiranog čelika. Pumpa turbina napravljena od karbonskih vlakana i pogodna za pumpanje mineralnih kiselina na temperaturama do 150°C je upola niža i traje šest puta duže. Smanjena je i složenost izrade dijelova složene konfiguracije.
Proizvodnja sintetičkih vlakana razvija se bržim tempom od proizvodnje umjetnih vlakana. To je zbog dostupnosti sirovina i brzog razvoja sirovinske baze, manjeg intenziteta rada proizvodnih procesa, a posebno raznovrsnosti svojstava i visokog kvaliteta sintetičkih vlakana. S tim u vezi, sintetička vlakna postupno zamjenjuju ne samo prirodna, već i umjetna vlakna u proizvodnji nekih potrošačkih dobara i tehničkih proizvoda.
Godine 1968. svjetska proizvodnja sintetičkih vlakana iznosila je 3760,3 hiljade. T(oko 51,6% ukupne proizvodnje hemijskih vlakana). Po prvi put, proizvodnja sintetičkih vlakana u industrijskim razmjerima organizirana je sredinom 30-ih godina. 20ti vijek u SAD i Nemačkoj.
Najlon
Vlakna od poliamidnih smola kod nas se nazivaju najlon i anid, a kvalitet im je gotovo isti.
Najlon ili najlonsko vlakno je bijelo-prozirna, vrlo jaka tvar. Elastičnost najlona je mnogo veća od svile. Kapron spada u poliamidna vlakna. Kapron se proizvodi sintetički u našim tvornicama i od naših materijala. Sirovina je izvedena iz aminokiselina. Kapron se može smatrati proizvodom intramolekularne interakcije karboksilne grupe i amino grupe molekula 6-aminoheksanske kiseline:
Pojednostavljena konverzija kaprolaktama u polimer, od kojeg se proizvodi najlonsko vlakno, može se predstaviti na sljedeći način:
Kaprolaktam se u prisustvu vode pretvara u 6-aminoheksansku kiselinu, čiji molekuli međusobno reaguju. Kao rezultat ove reakcije nastaje tvar visoke molekularne težine, čije makromolekule imaju linearnu strukturu. Pojedinačne polimerne jedinice su ostaci 6-aminoheksanske kiseline. Polimer je smola. Da bi se dobila vlakna, ona se topi i propušta kroz prede. Polimerni mlazovi se hlade strujom hladnog vazduha i pretvaraju u filamente, koji, kada se uvijaju, formiraju filamente.
Nakon toga, najlon se podvrgava dodatnoj hemijskoj obradi. Čvrstoća najlona ovisi o tehnologiji i temeljitosti izrade. Konačno gotov najlon je bijelo-proziran i vrlo izdržljiv materijal. Čak i najlonski konac promjera 0,1 milimetar može izdržati 0,55 kilograma.
U inostranstvu se sintetičko vlakno najlonskog tipa naziva perlon i najlon. Capron se proizvodi u nekoliko varijanti; kristalno prozirni najlon je izdržljiviji od neprozirnog s mutnom žućkastom ili mliječnom nijansom.
Uz visoku čvrstoću, najlonska vlakna karakteriziraju otpornost na habanje i ponovljene deformacije (savijanje).
Najlonska vlakna ne upijaju vlagu, stoga ne gube snagu kada su mokra. Ali najlonska vlakna imaju i nedostatke. Nestabilan je na djelovanje kiselina, makromolekule najlona podliježu hidrolizi na mjestu amidne veze. Otpornost na toplinu najlona je također relativno niska. kada se zagrije, njegova čvrstoća se smanjuje; na 2150C dolazi do topljenja.
Proizvodi od najlona, a u kombinaciji sa najlonom, već su ušli u naš život. Odjeća se izrađuje od najlonskih niti, koje su mnogo jeftinije od odjeće od prirodnih materijala. Mreže za pecanje, uže za pecanje, materijali za filtere, kord tkanina izrađeni su od najlona. Kartese auto i vazdušnih guma izrađene su od kord tkanine. Gume s najlonskim korpom otpornije su na habanje od guma s korpom od rajona i pamuka. Najlonska smola se koristi za dobijanje plastike od koje se izrađuju razni mašinski delovi, zupčanici, školjke ležajeva itd. Ruska industrija proizvodi umjetna vlakna koja su čak i izdržljivija od najlona, na primjer, ultra-jaka acetatna svila, koja po svojoj snazi nadmašuje čeličnu žicu. Ova svila može primiti 126 kg po kvadratnom milimetru, a čelična žica 110 kg.
Lavsan
Lavsan (polietilen tereftalat) predstavnik poliestera. To je proizvod polikondenzacije dihidričnog alkohola etilen glikola HO-CH2CH2-OH i tereftalne (1,4-benzendikarboksilne) kiseline HOOC-C6H4-COOH (obično se ne koristi sama tereftalna kiselina, već njen dimetil ester). Polimer spada u linearne poliestere i dobija se u obliku smole. Prisustvo polarnih O-CO- grupa pravilno lociranih duž lanca makromolekula dovodi do intenziviranja međumolekularnih interakcija, dajući krutost polimeru. Makromolekule u njemu su raspoređene nasumično, u
Sintetička vlakna su se počela komercijalno proizvoditi 1938. godine. Trenutno ih već postoji nekoliko desetina vrsta. Svima je zajedničko da su polazni materijal jedinjenja male molekularne težine koja se hemijskom sintezom pretvaraju u polimere. Otapanjem ili topljenjem dobijenih polimera priprema se otopina za predenje ili predenje. Oblikuju se iz otopine ili taline, a zatim se završavaju.
Sorte
Ovisno o karakteristikama koje karakteriziraju strukturu makromolekula, sintetička vlakna se obično dijele na hetero-lančana i ugljična lanca. U prve spadaju oni dobiveni iz polimera, u čijim se makromolekulama, osim ugljika, nalaze i drugi elementi - dušik, sumpor, kisik i drugi. Ovo uključuje poliester, poliuretan, poliamid i poliureu. Sintetička vlakna s karbonskim lancem karakterizira činjenica da je njihov glavni lanac izgrađen od atoma ugljika. Ova grupa uključuje polivinil hlorid, poliakrilonitril, poliolefin, polivinil alkohol i fluor.
Polimeri koji služe kao osnova za proizvodnju heterolančanih vlakana dobijaju se polikondenzacijom, a proizvod se oblikuje iz taline. Ugljeni lanci se dobijaju lančanom polimerizacijom, a formiranje se obično dešava iz rastvora, u retkim slučajevima iz taline. Možete uzeti u obzir bilo koje sintetičko poliamidno vlakno, koje se zove siblon.
Kreiranje i primjena
Riječ kao što je siblon mnogima je potpuno nepoznata, ali ranije se na etiketama odjeće mogla vidjeti skraćenica BBM, ispod koje se krilo visokomodulno viskozno vlakno. Tada su proizvođači mislili da bi takvo ime izgledalo ljepše od siblona, koji bi se mogao povezati s najlonom i najlonom. Proizvodnja sintetičkih vlakana ove vrste vrši se od božićnog drvca, koliko god izgledalo fantastično.
Posebnosti
Siblon se pojavio početkom 70-ih godina prošlog vijeka. To je napredna viskozna rajona. U prvoj fazi, celuloza se dobija iz drveta, izoluje se u čistom obliku. Najveća količina ga sadrži pamuk - oko 98%, ali se iz pamučnih vlakana i bez njega dobijaju odlične niti. Stoga se drvo često koristi za proizvodnju celuloze, posebno crnogorične, gdje sadrži 40-50%, a ostalo su nepotrebne komponente. Potrebno ih je odložiti u sintetička vlakna.
Proces stvaranja
Sintetička vlakna se proizvode u fazama. U prvoj fazi provodi se proces kuhanja, tokom kojeg se sve suvišne tvari iz drvne sječke prenose u otopinu, a dugi polimerni lanci se razbijaju u zasebne fragmente. Naravno, topla voda ovdje nije dovoljna, prave se dodaci raznih reagensa: natrona i drugih. Samo kuvanjem uz dodatak sulfata nastaje pulpa koja je pogodna za proizvodnju siblona, jer u njoj ostaje manje nečistoća.
Kada je celuloza već prokuhana, šalje se na bijeljenje, sušenje i presovanje, a zatim se prenosi tamo gdje je potrebna - to je proizvodnja papira, celofana, kartona i vlakana, odnosno šta se dalje događa s njom?
Naknadnu obradu
Ako želite da dobijete sintetičko i onda prvo morate pripremiti rastvor za predenje. Celuloza je čvrsta materija koju nije lako rastvoriti. Stoga se obično pretvara u ditiokarbonatni ester rastvorljiv u vodi. Proces transformacije u ovu supstancu je prilično dug. Prvo se celuloza tretira vrućom alkalijom, nakon čega slijedi cijeđenje, dok nepotrebni elementi prelaze u otopinu. Nakon prešanja, masa se usitnjava, a zatim stavlja u posebne komore, gdje počinje predzrevanje - molekule celuloze se skraćuju gotovo za polovicu zbog oksidativnog razaranja. Nadalje, dolazi do reakcije alkalne celuloze s ugljičnim disulfidom, što omogućava dobivanje ksantata. To je masa narandžaste boje, slična testu, ester ditiokarbonske kiseline i izvorna supstanca. Ova otopina se zbog svoje viskoznosti naziva "viskoza".
Zatim se vrši filtracija kako bi se uklonile posljednje nečistoće. Otopljeni zrak se oslobađa "kuhanjem" etra u vakuumu. Sve ove operacije dovode do činjenice da ksantat postaje sličan mladom medu - žut i viskozan. Ovim je zavrtjena droga završena.
Proizvodnja vlakana
Rješenje je forsirano kroz matrice. vlakna se ne predu jednostavno na tradicionalan način. Ovu operaciju je teško uporediti sa jednostavnom tekstilnom operacijom; ispravnije bi bilo reći da je ovo hemijski proces koji omogućava da milioni tokova tekuće viskoze postanu čvrsta vlakna. Na teritoriji Rusije od celuloze se dobijaju viskoza i siblon. Druga vrsta vlakana je jedan i pol puta jača od prve, odlikuje se većom otpornošću na alkalije, tkanine od nje odlikuju se higroskopnošću, nižim stupnjem skupljanja i gužvanja. A razlike u proizvodnim procesima viskoze i siblona pojavljuju se u trenutku kada se u taložnoj kadi nakon spinnereta pojave novonastala sintetička vlakna.
Hemija u pomoć
Da bi se dobila viskoza, sumporna kiselina se sipa u kadu. Dizajniran je da razgradi eter, što rezultira čistim celuloznim vlaknima. Ako je potrebno dobiti siblon, u kadu se dodaje ester koji djelimično ometa hidrolizu, pa će se rezidualni ksantat nalaziti u nitima. I šta to daje? Zatim se vlakna rastežu i formiraju. Kada se u polimernim vlaknima nalaze ostaci ksantata, ispada da rasteže lance polimer celuloze duž ose vlakana, a ne da ih nasumično raspoređuje, što je tipično za običnu viskozu. Nakon izvlačenja, konopac od vlakana se reže na lopatice dužine 2-10 milimetara. Nakon još nekoliko postupaka, vlakna se presuju u bale. Za proizvodnju 500 kilograma celuloze dovoljna je tona drveta, od čega će se proizvesti 400 kilograma siblonskih vlakana. Predenje celuloze traje oko dva dana.
Šta je sljedeće sa siblonom?
Osamdesetih godina, ova sintetička vlakna su korištena kao aditivi pamuku kako bi se prediva bolje predila i ne lomila. Siblon se koristio za izradu podloga za umjetnu kožu, a koristio se i u proizvodnji proizvoda od azbesta. Tada tehnolozi nisu bili zainteresovani za stvaranje nečeg novog, bilo je potrebno što je moguće više vlakana za realizaciju plana.
A na Zapadu su se u to vrijeme koristila viskozna vlakna visokog modula za proizvodnju tkanina koje su bile jeftinije i čvršće od pamuka, ali su u isto vrijeme dobro upijale vlagu i disale. Sada Rusija nema svoje pamučne regije, tako da se velike nade polažu u siblon. Samo potražnja za njim još nije posebno velika, jer sada gotovo niko ne kupuje tkanine i odjeću domaće proizvodnje.
Polimerna vlakna
Obično se dijele na prirodne, sintetičke i umjetne. Prirodna vlakna su ona vlakna čije se formiranje odvija u prirodnim uvjetima. Obično se klasificiraju prema porijeklu, što određuje njihov hemijski sastav, na životinje i biljke. Prvi se sastoje od proteina, odnosno karotena. Ovo je svila i vuna. Potonji se sastoje od celuloze, lignina i hemiceluloze.
Umjetna sintetička vlakna proizvode se kemijskom obradom prirodnih polimera. Uobičajeno ih je nazivati acetatnim, viskoznim, alginatnim i proteinskim vlaknima. Kao sirovina za njihovu proizvodnju koristi se sulfatna ili sulfitna drvna pulpa. Umjetna vlakna se proizvode u obliku tekstilnih i kordskih niti, kao i u obliku rezanih vlakana, koja se zajedno sa ostalim vlaknima prerađuju u proizvodnji raznih tkanina.
Sintetička poliamidna vlakna dobivaju se od umjetno dobivenih polimera. Kao sirovina u ovom procesu koriste se polimerna vlakna, formirana od fleksibilnih makromolekula slabo razgranate ili linearne strukture, značajne mase - više od 15.000 jedinica atomske mase, kao i vrlo uske distribucije molekulske mase. Ovisno o vrsti, sintetička vlakna mogu imati visok stepen čvrstoće, značajnu vrijednost u odnosu na istezanje, elastičnost, otpornost na višestruka opterećenja, niske trajne deformacije i brz oporavak nakon uklanjanja opterećenja. Zbog toga su, osim što su se koristili u tekstilu, korišćeni i kao armaturni elementi prilikom proizvodnje kompozita, a sve je to omogućilo da se specijalne osobine sintetičkih vlakana daju.
Zaključak
U posljednjih nekoliko godina može se primijetiti vrlo stabilan porast broja napretka u razvoju novih polimernih vlakana, posebno para-aramidnih, polietilenskih, otpornih na toplinu, kombiniranih, čija je struktura jezgro-ljuska. , heterociklični polimeri, koji uključuju različite čestice, na primjer, srebro ili druge metale. Sada najlon više nije vrhunac inženjeringa, jer sada postoji ogromna količina novih vlakana.