Отличительные свойства ПУ волокна.
По механическим показателям ПУ волокна резко выделяются среди др. видов химических и натуральных волокон и во многом сходны с резиновыми нитями. ПУ нити - эластомерные нити, они способные к очень большим обратимым, так называемым высокоэластическим деформациям. Для них характерны высокое удлинение (разрывное удлинение - 800 %), низкий модуль упругости, способность к упругому восстановлению в исходное состояние за очень короткое время (доля упругой деформации 90-92%). Именно эта особенность определяет область применения ПУ нитей, они придают текстильным материалам высокую эластичность, упругость, формоустойчивость и несминаемость. ПУ нити обладают большой устойчивостью к истиранию (в 20 раз больше, чем резиновая нить), устойчивостью к химическим реагентам. ПУ волокна довольно устойчивы к действию гидролитических агентов во время отделки, стирки, крашения; стойки в маслах, хлорсодержащих органических растворителях, кислотах, щелочах.
Недостатки ПУ волокна. Под воздействием высокой температуры свойства волокна значительно ухудшаются. При 120°С, особенно в растянутом состоянии, происходит значительная потеря прочности. Под действием света ПУ волокна желтеют (этого в значительной степени можно избежать применением светостабилизаторов), а их механические свойства изменяются незначительно.
Применение ПУ волокон и нитей. Эластомерные нити на основе полиуретанов в последнее время приобрели очень важное значение. ПУ нити редко применяются в чистом виде, они чаще являются каркасными нитями, вокруг которых навиваются другие нити. Изделие из таких нитей характеризуется повышенной комфортностью за счет высокой эластичности и при этом сохраняет все лучшие свойства и полное ощущение того вида волокна, которое использовалось для внешней обмотки. Из них изготавливают эластичные ткани и трикотаж разнообразных видов. Эластичные нити и эластичные полотна – незаменимый материал для облегающих тело текстильных изделий широкого ассортимента, в том числе трикотажных спортивных, галантерейных и медицинских.
По механическим показателям полиуретановые волокна во многом сходны с резиновыми нитями. Для них характерны высокое удлинение и способность к быстрому восстановлению в исходное состояние. Полиуретановые волокна довольно устойчивы к действию в масла, кислот, щелочей. Под воздействием высокой температуры свойства волокна значительно ухудшаются. Полиуретановые волокна желтеют под действием света. Ткани с Полиуретаном обеспечивают превосходную облегаемость, легкость и удобство, сохраняют форму в течение длительного времени. Замечательные свойства этих волокон повышают качество верхнего и нижнего трикотажа, в которых они применяется, придавая им удобство, улучшая облегаемость и сохранение формы. Такая одежда не сковывает движения, подчеркивает достоинства фигуры и не образует складок. Из тканей с Эластаном изготовляют практически все: белье и корсетные изделия, рубашки, блузки, брюки, спортивные костюмы, даже плащи и пальто.
ПУ волокна известны под торговыми названиями: эластан, лайкра, вайрин, спандекс, эспа, неолан, спанцель, ворин, линел, дорластан и др
Эластомерная полиуретановая нить — это синтетическая нить, получаемая на основе полиуретановых каучуков
История производства полиуретановых нитей
Первое промышленное производство полиуретановых нитей начато в США в 1958 году, в 1962—1964 годах полиуретановые нити появились в Европе, в 1963 году — в Японии.
Первое производство полиуретановых волокон «спандекс» в России[2] было организовано в 1975 году на Волжском производственном объединении «Химволокно» по проекту всесоюзного проектного института ГИПРОИВ. Свойства
Линейная плотность комплексных нитей 2,2-125 текс; число элементарных нитей в них 3-110 и более, их линейная плотность 0,7-1,2 текс. Относительная прочность нитей 8-10 сН/текс, относительное удлинение при разрыве 500—800 %; степень эластичного восстановления 95-96 %; модуль деформации при 300%-ном растяжении 1,2-2,4 сН/текс; влагосодержание 1,0-1,3 % (при 20 °C и относительной влажности воздуха 55-65 %); плотность 1,1-1,3 г/см3; температура размягчения 175—200 °C.
Морфологическая структура
Структура материала из лайкры
Линейные полиуретаны имеют блочную структуру макромолекул, состоящую из чередующихся жестких и гибких сегментов с сильно изогнутыми молекулярными цепями: полиэфирных сегментов, обеспечивающих высокие эластические деформации, и жестких сегментов, содержащих полиуретановые и карбамидные группы, обеспечивающих взаимодействие между макромолекулами и необходимую, хотя и ограниченную, теплостойкость.
Температура стеклования эластомерных полиуретановых нитей -40÷-60 °C, температура плавления 160—230 °C. Чрезвычайно высокая деформативность эластомерных нитей (при невысокой прочности) позволяет использовать их в качестве вспомогательных в сочетании с обычными видами нитей, последние одновременно обеспечивают защиту эластомерных нитей от быстрого разрушения при эксплуатации изделий.
Эластомерную нить из-за химического состава часто относят к аллергенам.
Способы получения
Полиуретановые волокна производятся четырьмя способами:
•экструзией из расплава полимера;
•реакционным (химическим) формованием;
•сухим формованием из раствора;
•мокрым формованием из раствора.
Все промышленные способы получения полиуретановых волокон имеют общую стадию — синтез макродиизоцианата (форполимера) в массе из полиэфирдиола и диизоцианата (берется в молярном избытке) при 60 °C в среде сухого азота. Последующие стадии — получение полиуретана взаимодействием макродиизоцианата с диамином (удлинитель цепи) и формование нитей проводят различными способами.
Реакцию макродиизоцианата с диамином (реакция удлинения цепи) осуществляют в среде растворителя (в основном ДМФА). Полученный формовочный раствор дозируют через фильеру в обогреваемую (185—230 °C) и интенсивно обдуваемую горячим воздухом прядильную шахту высотой до 11 м (сухой способ) или в осадительную водную ванну при комнатной температуре (мокрый способ).
По другому способу диамин (до 3 %) добавляют в осадительную ванну с водой или органическим растворителем, в которую через фильеры выдавливают тонкими струями макродиизоцианат (или его раствор). Образование и осаждение полиуретанмочевины происходит в ванне, поэтому этот способ получения полиуретановых волокон называют реакционным или химическим формованием.
При сухом методе формования из прядильной шахты выходят 1-16 комплексных нитей, которые после нанесения замасливателя в количестве 2-7 % наматывают на бобины и подвергают термообработке в камере при 80 °C в течение 3 ч для снижения усадки нити в кипящей воде.
При мокром методе сформованные нити промывают водой (90-95 °C) в аппаратах, где они вытягиваются примерно в 1,5 раза, наматывают на бобины и подвергают термообработке при 120 °C в течение 20-30 ч. При химическом формовании нить, намотанную на шпулю, обрабатывают водой (40-80 °C, давление 4 МПа) в течение 15 мин-8 ч.
Преимущества сухого способа формования перед мокрым: более высокая концентрация формовочного раствора (32 % против 20 %), большая скорость формования (600 м/мин против 150 м/мин), проще регенерация растворителя.
Развивается также способ формования полиуретановых волокон из расплава; полиуретан в этом случае должен быть термопластичным, что достигается применением в качестве удлинителя цепи диолов — этиленгликоля или бутиленгликоля.
Наибольшее распространение получил сухой способ формования полиуретановых волокон (80 % от их мирового производства), 15 % производится по мокрому и химическому способам формования, 5 % полиуретановых волокон формуют из расплава. В сухом способе для синтеза полиуретана применяют простой полиэфирдиол, получаемый полимеризацией ТГФ, в других способах — преимущественно сложные полиэфирдиолы, во всех способах — 4,4'-дифенилметандиизоцианат, иногда — смесь 2,4- и 2,6-толуилендиизоцианатов.
Ассортимент
Ассортимент полиуретановых нитей определяется их назначением. Они могут служить в качестве вспомогательных при стращивании (соединении вместе) или выпускаются в виде обмотанных другими видами нитей. На основе эластомерных нитей в сочетании с нитями обычных видов производятся различные текстильные структуры — вторичные неоднородные крученые и обкрученные нити с неравномерно нагруженными компонентами. Из них изготавливаются эластичные ткани и трикотаж разнообразных видов. Эластичные нити и эластичные полотна — незаменимый материал для облегающих тело текстильных изделий широкого ассортимента, в том числе трикотажных спортивных, галантерейных и медицинских.
Полиуретановые волокна известны под торговыми названиями: лайкра, вайрин (США), эспа, неолан (Япония), спанцель (Великобритания), ворин (Италия) и др.
Синонимы
•«Спандекс» (Spandex) — общее название полиуретановых эластичных нитей, которое, в отличие от названий большинства волокон, не является производным от их химического состава. Слово появилось в результате перестановки слогов в слове «expands» (икспандс — растягивать). В Северной Америке предпочитают говорить «Спандекс», за её пределами — «Эластан» (Elasthan).
•«Лайкра» (Lycra) — самый известный бренд, название которого ассоциируется с эластаном. Является брендом фирмы «Инвиста» (Invista), которая некогда была частью компании DuPont. Особую популярность «Лайкра» обрела потому, что практически во всем мире так называли любой вид эластана. «Инвиста» не одобряет подобное заблуждение, всячески защищая свою торговую марку.