Главная > Одежда

Химические волокна

Химические волокна в зависимости от исходных материалов делят на искусственные и синтетические.

К искусственным относятся волокна, нити, получаемые химической переработкой природных высокомолекулярных соединений (древесная целлюлоза, хлопковый пух), а также волокна, получаемые на основе низкомолекулярных веществ: стеклянные, металлические, металлизированные.

Синтетические волокна (нити) получают из гетероцепных и карбоцепных синтетических полимеров в результате реакции полимеризации или поликонденсации. Исходным сырьем для производства синтетических волокон являются простые вещества (этилен, бензол, фенол, пропилен и др.), которые получают из нефтяных газов, нефти и каменноугольной смолы.

Процесс производства химических волокон состоит из следующих стадий: получение исходного полимера, преобразование полимера в прядильный раствор, формирование нитей через фильеры, отделка нитей. Фильтры изготовляют из платины, золота, палладия и их сплавов.

Волокна формуют из расплавов, растворов (по сухому и мокрому способам), а также волочением, плющением, резкой металлической фольги.

Химические волокна выпускаются в виде: моноволокон, т.е. элементарных нитей, состоящих их одного волокна неопределенной длины; комплексных нитей, состоящих из бесконечно длинных скрученных между собой волокон; волокон, нарезанных на короткие отрезки (по 150 мм) — штапельные волокна; жгутовое штапельное волокно.

Химические волокна имеют ряд преимуществ перед натуральными: их производство является менее трудоемким; оно не зависит от природных условий; не имеет сезонного характера; химическое волокно можно получить с заранее заданными свойствами.

 Искусственные волокна

К искусственным относятся волокна, вырабатываемые из целлюлозы и ее производных.

Вискозное волокно — одно из наиболее распространенных искусственных волокон. Для выработки вискозного волокна используют древесную целлюлозу и короткое хлопковое волокно. Краткая схема получения вискозного волокна состоит в следующем. Чистую целлюлозу обрабатывают 18 %-ным раствором едкого натра при температуре 18—20 °С в течение 1ч — мерсеризуют. Образующаяся целлюлоза выдерживается в течение 12—14 ч при установленной температуре (процесс пред созревания). Созревшая целлюлоза обрабатывается сероуглеродом — образуется ксан-тогенат, который растворяют в разбавленном растворе едкого натра и получают вязкий продукт — вискозу, который фильтруют и выдерживают в течение 20—40 ч. Затем он поступает на прядильные машины и продавливается с помощью насосиков через фильеры (цилиндр из золота, платины, нержавеющей стали), на дне которых имеются отверстия различного диаметра . Струйки вискозы через

Фото 1 Химические волокна

Рис.  Схема формирования

вискозного волокна: 1 — фильтр; 2 — трубка; 3 — фильера; 4 — осадительная ванна; 5 — прядильный раствор; 6 — затвердевшие волокна

Рис.  Схема формирования

вискозного волокна: 1 — фильтр; 2 — трубка; 3 — фильера; 4 — осадительная ванна; 5 — прядильный раствор; 6 — затвердевшие волокна

фильеры попадают в ванну с водяным раствором 4—5%-ной серной кислоты и сернокислых солей, где происходит осаждение (коагуляция) твердой части, а также омыление простого эфира до чистой целлюлозы. После продавливания через фильеры волокно подвергается вытяжке и тепловой обработке в горячей воде.

После формования вискозная нить отмывается от кислот и солей и подвергается отделке: удалению серы, отбелке, замасливанию, сушке, перемотке.

По химическому составу вискозное волокно представляет собой чистую целлюлозу . Степень полимеризации целлюлозы вискозного волокна равна 300—600.

Полинозное волокно — разновидность вискозного, для выработки которого используют ксантогенат с высокой степенью этерификации. Принцип получения этого волокна основан на образовании при формовании более однородной гидратцеллю-лозы вследствие разложения ксантогената целлюлозы одновременно по всей толщине волокна. Такое волокно имеет более однородную и плотную структуру, а в результате — меньшую потерю прочности в мокром состоянии.

Сиблоновое волокно — модифицированное вискозное волокно. Для выработки его используют однородную по свойствам древесную целлюлозу со степенью полимеризации 500—600. Волокно сиблон формуется из вискозы, в состав которой входят модификаторы (полиэтиленгликоль и др.), что позволяет получить более однородный прядильный раствор.

Мтилон В — химически модифицированное вискозное волокно, представляет собой привитый сополимер целлюлозы (60—65 %) и акрилнитрила (35—40 %).

Кроме рассмотренных выше вискозных волокон, в настоящее время выпускаются бактерицидные волокна, полые вискозные волокна, масло и грязестойкие, которые получают в результате прививки к целлюлозе фторсодержащих полимеров.

Медно-аммиачное волокно получают растворением целлюлозы в медно-аммиачном растворе. Образующийся вязкий раствор фильтруют и формируют, продавливая через фильеры в осадительную ванну с водой, а затем во второй ванне разлагают 2—3%-ным раствором серной кислоты. Полученное гид-ратцеллюлозное волокно вытягивают, промывают, замасливают и сушат.

Ацетатное волокно. Особенность ацетатного волокна заключается в том, что его получают из сложного уксусного эфира целлюлозы — ацетата целлюлозы. Ацетатное волокно выраба

тывается двух видов: диацетатное (ацетатное) и триацетатное. Хлопковую или облагороженную древесную целлюлозу, содержащую не менее 0,7 % а-целлюлозы, обрабатывают смесью уксусной кислоты, уксусного ангидрида с использованием в качестве катализатора серной кислоты. В результате образуется триацетат целлюлозы, который растворяется в метиленхлориде со спиртом. Его используют для получения триацетатного волокна. При частичном омылении триацетата целлюлозы получают диацетат целлюлозы, который растворяется в ацетоне со спиртом, для получения ацетатного волокна.

Формование ацетатных волокон осуществляется из растворов сухим и мокрым способами. Выходящие из фильеры струйки раствора попадают в шахты, куда подается сухой подогретый воздух. Летучие растворители быстро испаряются и волокно затвердевает.

Свойства искусственных волокон в определенной степени имеют различия. Физико-механические свойства искусственных волокон представлены в табл.

Вискозное, медно-аммиачное, полинозное, сиблоновое волокна характеризуются сравнительно высокой устойчивостью к истиранию. Ацетатное, триацетатное волокна, мтилон-В имеют сравнительно низкую устойчивость к истиранию, примерно в 5—8 раз ниже вискозного.

Большим недостатком искусственных волокон является потеря прочности в мокром состоянии (вискозное — до 60 %).

Искусственные волокна сильно сминаются, имеют небольшую упругость за исключением ацетатного, триацетатного, сиблона, упругость которых примерно в 2 раза выше вискозного.

Вискозное, медно-аммиачное, сиблоновое, полинозное волокна горят так же, как и все целлюлозные материалы — при горении издавая запах жженой бумаги. Ацетатное и триацетатное волокна спекаются, продукты горения имеют характерный запах уксусной кислоты.

Гидратцеллюлозные волокна малоустойчивы к действию микроорганизмов. Ацетатное и триацетатное волокна обладают высокой устойчивостью к микроорганизмам и плесени. При длительном действии солнечного света и атмосферных воздействий снижается прочность искусственных волокон.

 Синтетические волокна

К синтетическим относятся волокна из полимерных материалов, полученных синтезом простых веществ (этилена, бензола,

фенола, пропилена) в результате реакции полимеризации или поликонденсации .

Полиамидные волокна (капрон, анид, энант) получены из капро-лактама, гексометилендиамина, адипиновой кислоты и полиэнан-тоамида. Технологический процесс производства полиамидных волокон различных видов существенных различий не имеет. Он включает три основных этапа: синтез полимера; формование волокна рис. 1.2; вытягивание и последующая обработка волокна. В процессе формования свежесформо-ванное синтетическое волокно сильно вытягивается (в 2—20 раз) с целью повышения его механических свойств. После предварительной вытяжки волокна подвергают холодному вытягиванию.

Полиэфирное волокно (лавсан) среди синтетических волокон занимает лидирующее положение. Исходным сырьем для производства волокна лавсан служит этиленгликоль и терефтале-вая кислота. Реакцией поликонденсации получают смолу лавсан, а затем из расплава полимера, аналогично способу производства полиамидных волокон, получают волокно лавсан. Скорость формирования составляет 400— 1500 м/мин, фильер-ная вытяжка — 8—10 раз.

Свежесформированное полиэфирное волокно имеет аморфное строение, повышенную хрупкость, низкую прочность, большое необратимое удлинение, большую усадку. Поэтому лавсановое волокно подвергается вытяжке при температуре 100—150 °С на 350—500 %.

Вытянутая и скрученная нить подвергается термофиксации. Более 50 % полиэфирных волокон составляют штапельные волокна.

Полиакрилонитрильные волокна (нитрон) получают полимеризацией акрилонитрила, но чаще всего с сополимерами ак-рилонитрила (винилпиридина, винилацетата, стирола и др.), луч

Фото 2 Химические волокна

Рис.  Схема формования

капронового волокна: 1 — бункер; 2 — плавильная решетка; 3 — насосик; 4 — фильера; 5 — струйки смолы; 6 — камера; 7 — нить; 8 — катушка

Рис.  Схема формования

капронового волокна: 1 — бункер; 2 — плавильная решетка; 3 — насосик; 4 — фильера; 5 — струйки смолы; 6 — камера; 7 — нить; 8 — катушка

шей накрашиваемости. Полиакрилонитрильное волокно формируют из раствора сухим и мокрым способами (растворяют в диметилформамиде).

Для нитронового волокна наиболее важны отделочные операции, в процессе которых оно приобретает необходимые свойства — вытяжку и термофиксацию. Вытяжка свежесформиро-ванного волокна нитрон производится в 8—12 раз. После вытяжки волокно подвергается термообработке, гофрированию, чтобы придать ему извитость. Нитрон выпускается в основном в виде короткого волокна.

Поливинилхлоридные волокна (ПВХ, хлорин), получают из полимеров и сополимеров винилхлорида. Исходным сырьем для получения хлористого винила служит дешевое и доступное сырье — ацетилен, этилен и хлористый водород. Хлористый винил подвергают полимеризации. В результате получают полихлорвиниловую смолу. Полимер растворяют в смеси ацетона и сероуглерода. Из вязкого раствора формируют волокна сухим и мокрым способами. Для повышения физико-ме-ханических свойств волокон они подвергаются вытяжке (в 2—8 раз) и термической обработке.

Поливинилспиртовые волокна (винол) изготовляют из поливинилового спирта, который получают из продуктов переработки ацетилена и уксусной кислоты. Образовавшийся ви-нилацетат подвергают полимеризации, полученный поливи-нилацетат омыляют, при этом образуется поливиниловый спирт. Формуют виноловое волокно продавливанием через фильеры 15—18%-ного водного раствора поливинилового спирта. Для коагуляции волокна используют осадительную ванну, состоящую из раствора сернокислого натрия и сернокислого цинка. Но такое волокно водорастворимо. Для того чтобы получить винол нерастворимым в воде, его обрабатывают формальдегидом.

Полиуретановые волокна (спандекс) получают в результате взаимодействия диизоцианатов с гликолями. Формирование волокон можно производить сухим и мокрым способами. При введении в полимер гибких блоков получают высокоэластичные нити со свойствами, присущими только каучукоподобным материалам, с растяжимостью до 800 %.

Полиолефиновые волокна (полипропиленовое и полиэтиленовое) получают полимеризацией сравнительно дешевого сырья — пропилена и этилена, продуктов крекинга нефти — и формированием из расплава. Струйки расплава, попадая из фильеры в шахту, охлаждаются и превращаются в элементар

ные нити, которые подвергаются 6—7-кратной вытяжке для улучшения физико-механических свойств волокон.

Фторсодержащие волокна (фторлон, полифен) получают методом полимеризации тетрафторэтилена. Водная дисперсия полимера, в которую входит загуститель (поливиниловый спирт), продавливают через фильеры в шахту, в которую поступает горячий воздух. Волокно подвергается нагреву и дополнительной вытяжке на 300—500 % при температуре 360—400 °С, очень устойчиво к действию химических реагентов (не растворяется в царской водке).

В последнее время появились полиформальдегидные, поли-бутилентерефталатные, биокомпонентные, электропроводные, модакриловые, полибензимидальные, поливинилсульфидные, полиэфиркетонные волокна и др.

Свойства синтетических волокон (см. табл. 1.1) различны для разных волокон. Синтетические волокна имеют достаточно высокую прочность и по этому показателю превосходят природные и искусственные волокна. Разрывная длина колеблется от 18 до 70 км, предел прочности — от 20 до 75 сН/текс. Синтетические волокна легче природных и искусственных, удельный вес их колеблется от 0,92 до 1,6. Недостатком этих волокон является низкая гигроскопичность, исключение составляет винол.

Полиамидные волокна характеризуются очень высокой устойчивостью к истиранию и действию многократных деформаций. По этому показателю они превосходят все текстильные волокна (например, вискозное — в 100 раз, хлопковое — в 10 раз). Достаточно устойчивы к истиранию лавсан, винол, полипропилен, спандекс, не устойчивы нитрон, хлорин и др.

Самой высокой светопогодоустойчивостью отличается нитрон. После воздействия света и атмосферы в течение года природные и химические волокна почти полностью теряют прочность, прочность же нитронового волокна снижается на 20 %, Низкая светостойкость характерна хлорину, капрону, полипропилену и др.

Лавсан по термостойкости превосходит все синтетические волокна. Устойчивы к действию нагревания нитрон, фторлон. Самые легкие волокна — полиолефиновые, удельный вес которых ниже удельного веса воды (0,92—0,94).

<<< Прядение
Натуральные (природные) волокна >>>

Рейтинг:
  • Итоги рейтинга 3.67/5
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
3.7/5 (21 голос)
Анастасия 2012-11-13 20:34:29
Спасибо за материал!  :)

[Ответить] [Ответить с цитатой]
↑ +3 ↓

Страницы: [1]

Оставить комментарий

Ваше имя:
Ваша почта:

RSS
Комментарий:
Введите символы: *
captcha
Обновить