Производство химических волокон (стр. 1 из 8)

Впервые мысль о том, что человеком может быть создан процесс, подобный процессу получения натурального шелка, при котором в организме гусеницы шелкопряда вырабатывается вязкая жидкость, затвердевающая на воздухе с образованием тонкой прочной нити, была высказана французским ученым Р. Реомюром еще в 1734 году. Однако прошло около полутора столетий, прежде чем эта идея нашла свое практическое воплощение.

Химическими волокнами называют волокна, при получении которых используют химические или физико-химические процессы переработки природных и синтетических высокомолекулярных соединений (полимеров). В зависимости от происхождения полимера химические волокна разделяют на две основные группы: искусственные волокна (если используемый полимер имеет природное происхождение) и синтетические (если волокнообразующий полимер получают в результате химического синтеза из низкомолекулярных соединений-мономеров).

В свою очередь, особенности химического строения волокнообразующих полимеров позволяют разделить химические волокна на два основных класса карбоцепные волокна и гетероцепные волокна.

Гетероцепные волокна. В эту группу включены все виды волокон, полученных из различных полиамидов. Такими волокнами являются поликапроамидные, полигексаметиленадипамидные, полиэнантоамидные, полиундеканамидные и т.д.

Гетероцепные волокна - основной класс синтетических волокон, получивший наибольшее распространение. В промышленных масштабах вырабатываются в основном два вида гетероцепных волокон - полиамидные и полиэфирные - и в небольших количествах высокоэластичное полиуретановое волокно.

Наибольшее распространение полиамидных волокон объясняется присущими им цепными свойствами, широкой сырьевой базой для их производства. Так же в значительной мере тем, что методы получение исходных материалов, а так же процессы формования и последующей обработки разработаны для полиамидных волокон раньше и более детально, чем для других гетероцепных волокон.

Карбоцепные волокна. К этому классу синтетических волокон относят волокна, макромолекулы которых содержат в основной цепи только атомы углерода.

Вырабатываемые карбоцепные волокна подразделяются на полиакрилонитрильные, поливинилхлоридные, поливинилспиртовые, полиолефиновые и фторсодержащие.

Полиакрилонитрильные волокна (нитрон, орлон и др.) получают из полимера и сополимеров нитрила акриловой кислоты.

Поливинилхлоридные волокна вырабатывают из полимеров и сополимеров ВХ (волокно типа ровиль) и винилденхлорида (волокно совиден, саран и др.), а также из хлорированного ПВХ (волокно хлорин).

Поливинилспиртовы, полиолефиновые и фторсодержащие волокна получают соответственно из поливинилового спирта (волокно винол, куралон), полиолефинов (полиэтиленовые и полипропиленовые волокна) и фторсодержащих полимеров (волокно тефлон, фторлон).

Важные преимущества химических волокон перед волокнами природными - широкая сырьевая база, высокая рентабельность производства и его независимость от климатических условий. Многие химические волокна обладают также лучшими механическими свойствами (прочностью, эластичностью, износостойкостью) и меньшей сминаемостью. Недостаток некоторых химических волокон, например полиакрилонитрильных, полиэфирных, - низкая гигроскопичность.

1. Химические волокна

1.2 Полиамидные и полиэфирные волокна

Волокна используют главным образом для изготовления одежды. Кроме этого, значительное количество их расходуется на изготовление всевозможных технических тканей и изделий, высокопрочной кордной ткани, фильтровальных тканей, рыболовных снастей, веревок, канатов и тд. Натуральных волокон не достаточно для удовлетворения все возрастающих потребностей населения в текстильных товарах, а для технических изделий натуральные волокна во многих случаях непригодны, т.к не обладают необходимым комплексом особых свойств (высокой термостойкостью, прочностью, хемостойкостью, биостойкостью и т.д.). Кроме того, производство натуральных волокон является очень трудоемким и дорогостоящим. Поэтому возникла необходимость в разработке промышленных способов получения волокон искусственным путем.

Производство химических волокон ввиду их высокой рентабельностью и огромной сырьевой базы растет очень интенсивно. Быстрому росту производства химических волокон в большой степени способствует их высокие характеристики.

Наиболее быстрыми темпами развития производства синтетических волокон - полиамидных (капрон, анид), полиэфирных (лавсан), что объясняет их ценными свойствами (высокая прочность в эластичности, устойчивость к многократным деформациям и т.д.) полиамидные и полиэфирные волокна выпускаются в виде текстильной и высокопрочной кордных нитей, волокна и мононитей различной линейной плотности. Особенно большое значение имеют синтетические волокна для производства некоторых видов технических изделий. Например, корд для авиационных и тяжелых грузовых пневматических шин, электроизоляционные материалы, фильтровальные ткани для химической промышленности и т.д. Так же высокопрочные нити или ткани из капрона и нейлона применяются для изготовления каркаса автомобильных и авиационных резиновых шин. Такие шины обладают повышенной ходимостью и надежностью.

1.2 Полиамидные волокна

Полиамидными волокнами называются синтетические волокна, получаемые из линейных полимеров, макромолекулы которых содержат амидные группы

. Широкое промышеленное развитие получили полиамидные волокна, изготовливаемые из алифатических полиамидов. Макромолекулы этих полиамидов, наряду с амидными группами, содержат метиленовые группы

Поликапроамидные волокна формуют из поликапроамида - полимера, полимера синтезированного из капролактама. Эти волокна выпускаются в разных странах под различными названиями, например "капрон" (СССР), "дедерон" (Германия), "найлон 6" (США).

Поликапроамид представляет собой твердый белый полупрозрачный продукт с ММ 15000 - 25000. При повышенной температуре в присутсвии кислорода поликапроамид подвергается деструкции.

Полигексаметиленадипамидные волокна ("анид" (СССР), "найлон 6,6" (США) и др.),

. Этот полимер получают из соли АГ:

Полиэнатоамидные волокна (энант (СССР), "найлон 7" (США)) формируют из полиэнантоамида - полимера, полученного поликонденсацией ω - аминоэнантовой кислоты.

Полиундеканамидные волокна (ундекан, найлон 11, киана), вырабатываемые из полиундеканамида - полиамида, синтезированного из

ω - аминоундекановой кислоты.

1.3 Полиэфирные волокна

Название данного вида синтетического волокна определено химической природой полимера - сложного полиэфира, из которого получают эти волокна. К сложным полиэфирам относятся высокомолекулярные вещества с общей формулой

, макромолекулы которых состоят из элементарных звеньев, соединенных между собой сложноэфирной связью

. Этот класс включает как натуральные (янтарь, шелк и др.) синтетические полиэфиры. Полиэфирные волокна на основе полиэтилентерефталата (ПЭТ) выпускаются под названиями "лавсан" (СССР), "дакрон" (США), "тетерон" (Япония), "териталь" (Испания).

ПЭТ представляет собой твердое белое непрозрачное вещество, способное плавится при нагревании. При быстром охлаждении расплава полимера образуется твердый прозрачный продукт, кристаллизующийся при температуре выше 80ºС. Полимер стоек во многих органических растворителях (ацетоне, этилацетате, ксилоле, диоксане и т.д.), но растворяется в фенолах и их хлорзамещенных. В щелочах и концентрированных растворах аммиака полимер разрушается.

Химические волокна имеют в основном текстильное назначение и должны характеризоваться очень большим отношением длины к диаметру (>10 000), а также своеобразными механич. свойствами:

1) высокой прочностью (до 1 Гн/м^{2 (}100 кгс/мм²));

2) большим относительным удлинением (>5%);