Синтетичні волокна одержують. Синтетичне волокно

До синтетичних відносяться волокна з полімерних матеріалів, одержаних синтезом простих речовин (етилену, бензолу, фенолу, пропілену) в результаті реакції полімеризації або поліконденсації.

Поліамідні волокна(капрон, анід, енант) отримані з капролактаму, гексометилендіаміну, адипінової кислоти та поліенантоаміду. Технологічний процес виробництва поліамідних волокон різних видівсуттєвих відмінностей немає. Він включає три основні етапи: синтез полімеру; формування волокна рис. 1.2; витягування та подальша обробка волокна. У процесі формування свіжосформоване синтетичне волокно сильно витягується (в 2-20 разів) з метою підвищення його механічних властивостей. Після попередньої витяжки волокна холодно витягують.

Поліефірне волокно(Лавсан) серед синтетичних волокон займає лідируючу позицію. Вихідною сировиною для виробництва волокна лавсан є етиленгліколь і терефталева кислота. Реакцією поліконденсації отримують смолу лавсан, а потім розплаву полімеру, аналогічно способу виробництва поліамідних волокон, отримують лавсан волокно. Швидкість формування становить 400-1500 м/хв, фільєрна витяжка – 8-10 разів.

Свіжосформоване поліефірне волокно має аморфну ​​будову, підвищену крихкість, низьку міцність, велике необоротне подовження, велику усадку. Тому лавсанове волокно піддається витяжці при температурі 100-150 ° С на 350-500%.

Витягнута та скручена нитка піддається термофіксації. Більше 50% поліефірних волокон складають штапельні волокна.

Поліакрилонітрильні волокна(нітрон) отримують полімеризацією акрилонітрилу, але найчастіше з кополімерами ак-рилонітрилу (вінілпіридину, вінілацетату, стиролу та ін), що сприяють підвищенню гнучкості, елаефічності, кращої нафарбовуваності. Поліакрилонітрильне волокноформують з розчину сухим і мокрим способами (розчиняють в диметілформаміді).

Для нітронового волокна найбільш важливі оздоблювальні операції, в процесі яких воно набуває необхідних властивостей - витяжки та термофіксації. Витяжка свіжосформованого волокна нітрон проводиться у 8-12 разів. Після витяжки волокно піддається термообробці, гофруванню, щоб надати йому звивистість. Нітрон випускається переважно у вигляді короткого волокна.

Полівінілхлоридні волокна(ПВХ, хлорин), отримують з полімерів та сополімерів вінілхлориду. Вихідною сировиною для отримання хлористого вінілу служить дешева та доступна сировина - ацетилен, етилен і хлористий водень. Хлористий вініл піддають полімеризації. В результаті одержують поліхлорвінілову смолу. Полімер розчиняють у суміші ацетону та сірковуглецю. З в'язкого розчину формують волокна сухим та мокрим способами. Для підвищення фізико-механічних властивостей волокон вони піддаються витяжці (у 2-8 разів) та термічній обробці.

Полівінілспиртові волокна (вінол) виготовляють з полівінілового спирту, який одержують із продуктів переробки ацетилену та оцтової кислоти. Вінілцетат, що утворився, піддають полімеризації, отриманий полівінілацетат омиляють, при цьому утворюється полівініловий спирт. Винолове волокно формують продавлюванням через фільєри 15-18%-ного водного розчину полівінілового спирту. Для коагуляції волокна використовують осадову ванну, що складається з розчину сірчанокислого натрію та сірчанокислого цинку. Але таке волокно водорозчинне. Для того, щоб отримати вінол нерозчинним у воді, його обробляють формальдегідом.

Поліуретанові волокна(спандекс) отримують в результаті взаємодії діізоціанатів із гліколями. Формування волокон можна проводити сухим та мокрим способами. При введенні в полімер гнучких блоків одержують високо еластичні нитки з властивостями, властивими тільки каучукоподібних матеріалів, з розтяжністю до 800%.

Поліолефінові волокна(поліпропіленову та поліетиленову) отримують полімеризацією порівняно дешевої сировини - пропілену та етилену, продуктів крекінгу нафти - та формуванням з розплаву. Струйки розплаву, потрапляючи з фільєри в шахту, охолоджуються і перетворюються на елементарні нитки, які піддаються 6-7-кратній витяжці для покращення фізико-механічних властивостей волокон.

Фторвмісні волокна(фторлон, поліфен) одержують методом полімеризації тетрафторетилену. Водна дисперсія полімеру, в яку входить загусник (полівініловий спирт), продавлюють через фільєри в шахту, в яку надходить гаряче повітря. Волокно піддається нагріванню та додатковій витяжці на 300-500 % при температурі 360-400 °С, дуже стійке до дії хімічних реагентів (не розчиняється у царській горілці).

Останнім часом з'явилися поліформал'дегідні, полібутил ентерефталатні, біокомпонентні, електропровідні, модакрилові, полібензимидні, полівінілсульфідні, поліефіркетонні волокна та ін.

Властивості синтетичних волоконрізні для різних волокон. Синтетичні волокна мають досить високу міцність і за цим показником перевершують природні та штучні волокна. Розривна довжина коливається від 18 до 70 км, межа міцності – від 20 до 75 сН/текс. Синтетичні волокна легші за природні та штучні, питома вага їх коливається від 0,92 до 1,6. Недоліком цих волокон є низька гігроскопічність, виняток становить винол.

Поліамідні волокна характеризуються дуже високою стійкістю до стирання та дії багаторазових деформацій. За цим показником вони перевершують всі текстильні волокна (наприклад, віскозне – у 100 разів, бавовняне – у 10 разів). Достатньо стійкі до стирання лавсан, вінол, поліпропілен, спандекс, не стійкі нітрон, хлорин та ін.

Найвищою світлопогодостійкістю відрізняється нітрон. Після впливу світла та атмосфери протягом року природні та хімічні волокна майже повністю втрачають міцність, а міцність нітронового волокна знижується на 20 %. Низька світлостійкість характерна хлорину, капрону, поліпропілену та ін.

Лавсан за термостійкістю перевершує всі синтетичні волокна. Стійкі до дії нагрівання нітрону, фторлону. Найлегші волокна - поліолефінові, питома вага яких нижче за питому вагу води (0,92-0,94).

Недоліком синтетичних волокон є їхня сильна електризуваність, поганий гриф, здатність до пилинговтворення. Поліолефінові волокна при знижених температурах (10-15 ° С) стають крихкими.

це хімічні волокна, одержувані із синтетичних полімерів. Синтетичні волокна формують або з розплаву полімеру (поліаміду, поліефіру, поліолефіну), або розчину полімеру (поліакрилонітрилу, полівінілхлориду, полівінілового спирту) за сухим або мокрим методом.

Їх випускають у вигляді текстильних та кордних ниток, моноволокна, а також штапельного волокна. Різноманітність властивостей вихідних синтетичних полімерів дозволяє отримувати синтетичні волокна з різними властивостями, тоді як можливості варіювати властивості штучних волокондуже обмежені, оскільки їх формують практично з одного полімеру (целюлози або похідних). Синтетичні волокна характеризуються високою міцністю, водостійкістю, зносостійкістю, еластичністю та стійкістю до дії хімічних реагентів.

Виробництво синтетичних волокон розвивається швидшими темпами, ніж виробництво штучних волокон. Це пояснюється доступністю вихідної сировини та швидким розвитком сировинної бази, меншою трудомісткістю виробничих процесів та особливо різноманітністю властивостей та високою якістю синтетичних волокон. Тому синтетичні волокна поступово витісняють як натуральні, а й штучні волокна у виробництві деяких товарів народного споживання і технічних виробів.

Технологія виробництва хімічних волокон. М., 1965.

Найважливішими групамисинтетичних волокон, що зустрічаються в текстильній промисловості, є поліаміди, поліефіри, поліакрили, поліпропени та хлористі волокна.Загальними властивостями для синтетичних волокон є легкість, міцність, зносостійкість. Їх можна під впливом тепла кучерявити, стискати і надавати їм необхідну стійку форму. Синтетичні волокна дуже мало вбирають вологи або взагалі не вбирають, тому вироби з них легко стираються та швидко сохнуть. Через погану здатність вбирати вологу вони не так зручні при носінні на тілі, як натуральні волокна.

Прототипом процесу одержання хімічних нитокпослужив процес утворення шовкопрядом нитки під час завивки кокона. Існуюча в 80-х 19 століття гіпотеза про те, що шовкопряд видавлює волокноутворюючу рідину через шовковідділювальні залози і таким чином пряде нитку, лягла в основу технологічних процесівформування хімічних ниток

Літературні джерела цієї статті:
Велика Радянська Енциклопедія;
Калмикова Є.А., Лобацька О.В. Матеріалознавство швейного виробництва: Навч. Посібник, Мн.: Виш. шк., 2001412с.
Мальцева Є.П., Матеріалознавство швейного виробництва, - 2-ге вид., перераб. і доп.М.: Легка та харчова промисловість, 1983,232.
Бузов Б.А., Модестова Т.А., Алименкова Н.Д. Матеріалознавство швейного виробництва: Навч. для вузів, 4-те вид., переробник і доп., М., Легпромбитіздат, 1986 - 424.

З історії синтетики

Виробництво синтетичних волокон почалося з випуску 1932 року полівінілхлоридного волокна (Німеччина). У 1940 року у промисловому масштабі випущено найвідоміше синтетичне волокно – поліамідне (США). Виробництво у промисловому масштабі поліефірних, поліакрилонітрильних та поліолефінових синтетичних волокон здійснено у 1954-60 роках.

З 1931 року крім бутадієнового каучуку, синтетичних волокон та полімерів ще не було, а для виготовлення волокон використовувалися єдино відомі тоді матеріали на основі природного полімеру – целюлози.

Революційні зміни настали на початку 60-х років, коли після оголошення відомої програми хімізації народного господарства промисловість нашої країни почала освоювати виробництво волокон на основі полікапроаміду, поліефірів, поліетилену, поліакрилонітрилу, поліпропілену та інших полімерів.

Тоді полімери вважали лише дешевими замінниками дефіцитної природної сировини - бавовни, шовку, вовни. Але незабаром прийшло розуміння того, що полімери і волокна на їх основі часом краще, ніж традиційно використовуються природні матеріали - вони легші, міцніші, більш жаростійкі, здатні працювати в агресивних середовищах. Тому всі свої зусилля хіміки та технологи направили на створення нових полімерів, що володіють високими експлуатаційними характеристиками та методів їх переробки. І досягли у цій справі результатів, що часом перевершують результати аналогічної діяльності відомих зарубіжних фірм.

На початку 70-х за кордоном з'явилися волокна кевлар (США), що вражають своєю міцністю, дещо пізніше - тварон (Нідерланди), технора (Японія) та інші, виготовлені з полімерів ароматичного ряду, що отримали збірну назву арамідів. На основі таких волокон були створені різні композиційні матеріали, які стали успішно застосовувати для виготовлення відповідальних деталей літаків та ракет, а також шинного корду, бронежилетів, вогнезахисного одягу, канатів, приводних ременів, транспортерних стрічок та багатьох інших виробів.

Сучасна синтетика

Поліамід

Найстарішим синтетичним волокном є нейлон, метод отримання якого було запатентовано 1938 року у США. Завдяки міцності та стійкості до тертя поліамід застосовується для отримання таких ниток, які потрібні, наприклад, для штопки. Поліамід зазвичай використовується в суміші з вовною або поліакрилом і його частка приблизно 20-30%. В цьому випадку зносостійкість виробу, пов'язаного з такої суміші, вчетверо вище, ніж вироби, пов'язаного зі 100-процентною вовною.

Торгові назви: Nylon, Antron, Enkalon.

Поліестер

Міцне, неминуче, світлостійке волокно, використовується головним чином при виготовленні готового одягу, драпірувальних тканин та штучної вати.

Торгові назви: Dacron, Diolen, Crimplene, Terylene, Trevira.

Поліакріл

М'яке, легке, тепле волокно, яке має велике значенняпри виготовленні пряжі для рукоділля. Вироби з поліакрилу відрізняються м'якістю і здаються «вовняними». Вони теплі, оскільки пухнастий матеріал здатний пов'язувати багато повітря. Поліакрилові волокна відносно дешеві, тому їх багато використовують разом із вовною.

Торгові назви: Dralon, Courtelle, Orion, Acrilan.

Поліпропілен

Раніше волокно використовувалося тільки для отримання драпірувальних тканин, але в останні роки сфера застосування поширилася на виробництво колготок і спортивного одягуа також пряжі для рукоділля. Поліпропенове волокно зносостійке, за ним добре доглядати, воно не вбирає вологу і направляє вологу, що виділяється теплом, у верхні шари одягу, залишаючи постійно відчуття сухості. Тому поліпропен найкращим чиномпідходить для виробництва спортивного одягу.

Торгове найменування: Meraklon.

Хлористі волокна

Хлористе волокно під впливом тепла сильно стягується. Ця властивість використовується для виготовлення пряжі для рукоділля. У пряжу додають 3-5% хлористого волокна, і після прядіння, коли пряжу обробляють гарячою парою, хлористе волокно стягується більше, ніж інші волокна, і стягує пряжу, роблячи її пухнастою. Їхні хлористого волокна виготовляють т.з. білизна проти ревматизму, оскільки доведено, що статичний заряд волокна має болезаспокійливий вплив.

Торгові назви: Rhovyl, Thermovyl.

З розчинів або розплавів полімерів формують:

• мононитки - одиночні нитки
• комплексні нитки, що складаються з обмеженої кількості елементарних ниток (від 3 до 200), використовуються для вироблення тканин і трикотажних виробів
• джгути, що складаються з дуже великої кількості елементарних ниток (сотні тисяч), використовуються для отримання штапельних волокон певної довжини (від 30 до 200 мм), з яких виробляється пряжа
• плівкові матеріали
• штамповані вироби (деталі одягу, взуття)

Одержання сировини для синтетики

Сировина для штучних волоконодержують шляхом виділення з речовин, що утворюються в природі: (н-р: з деревини виділяють целюлозу, з молока – казеїн тощо). Попередня обробка сировини полягає в її очищенні від механічних домішок і іноді в хімічній обробці для перетворення природного полімеру на нову полімерну сполуку.

Для отримання віскозного волокна на целюлозно-паперових комбінатах подрібнюють деревину і відварюють у лужному розчині. В результаті виходить сіра целюлозна маса, яка відбілюється та пресується у листи картону. Картон відправляють на підприємства хімічного волокна для подальшої переробки та одержання волокон.

Сировина для синтетичних волоконотримують шляхом реакцій синтезу (полімеризації та поліконденсації) полімерів із простих речовин (мономірів) на підприємствах хімічної промисловості. Попередньої обробки ця сировина не потребує.

Полімеризація- це процес отримання полімерів шляхом послідовного приєднання молекул низькомолекулярної речовини (мономіра) до активного центру на кінці ланцюга. Молекула мономеру, входячи до складу ланцюга, утворює мономерне зерно. Число таких ланок у макромолекулі називається ступенем полімеризації.

Поліконденсація- це процес отримання полімерів з білі поліфункціональних сполук (мономерів), що супроводжується виділенням низькомолекулярної побічної речовини (води, спирту, галогеноводороду та ін.).

Прядильний розчин

Розчин або розплав полімеру, з якого формуються нитки, називається прядильним розчином.

При виготовленні хімічних волокон необхідно вихідного твердого полімеру отримати довгі тонкі нитки з поздовжньою орієнтацією макромолекул, тобто. Необхідно переорієнтувати макромолекули полімеру. Для цього переводять вихідний полімер у в'язкотекуче стан (розчин або розплав). У рідкому (розчин) або розм'якшеному (розплаві) стані порушується міжмолекулярна взаємодія, збільшується відстань між молекулами і з'являється можливість їх вільного переміщення відносно один одного.

Розчин полімеру здійснюють для полімерів, що мають дешевий і доступний розчинник. Розчини використовуються для штучних та деяких синтетичних (поліакрилонітрильних, полівінілспиртових, полівінілхлоридних) волокон.

Розплавлення полімеру застосовують для полімерів з температурою плавлення нижче за температуру розкладання. Розплави готують для поліамідних, поліефірних та поліолефінових волокон.

Для приготування прядильного розчину також виконують операції:

Змішування полімерів із різних партій. Виконують для підвищення однорідності розчину, щоб отримати рівномірні волокна за своїми властивостями на всьому протязі. Змішування можливе як після одержання розчину, так і в сухому вигляді до розчинення (розплавлення) полімеру.

Фільтрування розчину. Полягає у видаленні механічних домішок і нерозчинних частинок полімеру шляхом багаторазового проходження розчину через фільтри. Фільтрація необхідна для запобігання засміченню фільєру та покращенню якості ниток.

Знеповітря розчину. Виконується для видалення з бульбашок повітря, які, потрапляючи в отвори фільєр, обривають волокна, що утворюються. Знеповітря здійснюється шляхом витримування розчину у вакуумі. Розплав знеповітря не піддається, тому що в розплавленій масі повітря практично немає.

Введення різноманітних добавок. Додавання невеликої кількості низькомолекулярних речовин, що мають специфічні властивості, дозволяє змінити властивості волокон. Наприклад, підвищення білизни вводиться оптичні відбілювачі, для придбання матовості додають двоокис титану. Введення добавок можна надати волокнам бактерицидні, вогнестійкі та інші властивості. Добавки, не вступаючи в хімічну взаємодію з полімером, розташовуються між молекулами.

Формування волокон

Процес формування волокон складається з наступних етапів:

• продавлювання прядильного розчину через отвори фільєр,
• твердіння витікаючих струмків,
• намотування отриманих ниток на приймальні пристрої.

Прядильний розчин подається на прядильну машину для формування волокон. Робочими органами, які безпосередньо здійснюють процес формування хімічних волокон на прядильних машинах, є фільєри. Виготовляються фільєри з тугоплавких металів - платини, нержавіючої сталі та ін - у формі циліндричного ковпачка або диска з отворами.

Залежно від призначення та властивостей волокна, що формується, кількість отворів у фільєрі, їх діаметр і форма можуть бути різними (круглі, квадратні, у вигляді зірочок, трикутників і т.п.). При використанні фільєр з отворами фігурного перерізу отримують профільовані нитки з різною конфігурацією поперечного перерізу або з внутрішніми каналами. Для формування бікомпонентних (з двох і більше полімерів) ниток отвору фільєр розділені перегородкою на кілька (дві або більше) частин, до кожної з яких подається прядильний розчин.

При формуванні комплексних ниток використовують фільєри з невеликою кількістю отворів: від 12 до 100. Сформовані з однієї фільєри елементарні нитки з'єднуються в одну комплексну (філаментну) нитку і намотуються на бобіну. При отриманні штапельних волокон застосовують фільєри з кількістю отворів кілька десятків тисяч. Зібрані разом з кількома фільєрами нитки утворюють джгут, який потім розрізається на штапельні волокна певної довжини.

Прядильний розчин дозовано продавлюється через отвори фільєр. Витікаючі струмки потрапляють у середовище, що викликає затвердіння полімеру у вигляді тонких волокон. Залежно від середовища, в якому відбувається затвердіння полімеру, розрізняють мокрий та сухий способи формування.

При формуванні волокон з розчину полімеру в нелетючому розчиннику (наприклад, віскозних, мідно-аміачних, полівінілспиртових волокон) нитки тверднуть, потрапляючи в осадову ванну, де відбувається їх хімічна або фізико-хімічна взаємодія зі спеціальним розчином, що містить різні реагенти. Це "мокрий" спосіб формування (Рис 2а).

Якщо формування проводять з розчину полімеру летючому розчиннику (наприклад, для ацетатних і триацетатних волокон), середовищем затвердіння є гаряче повітря, в якому випаровується розчинник. Це "сухий" спосіб формування (Рис 2б).

При формуванні з розплаву полімеру (наприклад, поліамідних, поліефірних, поліолефінових волокон) середовищем, що викликає затвердіння полімеру, є холодне повітря або інертний газ (Рис 2в).

Швидкість формування залежить від товщини та призначення волокон, а також від методу формування.

Прядильний розчин у процесі перетворення струйок в'язкої рідини на тонкі волокна одночасно витягується, цей процес називається фільєрна витяжка.

Хімічні волокната нитки безпосередньо після формування не можуть бути використані для виробництва текстильних матеріалів. Вони потребують додаткової обробки.

У процесі формування утворюється первинна структура нитки. У розчині чи розплаві макромолекули мають сильно вигнуту форму. Так як при формуванні ступінь витягування нитки невелика, то макромолекули нитки розташовані з малою часткою розпрямленості і орієнтації вздовж осі нитки. Для розпрямлення та переорієнтації макромолекул в осьовому напрямку нитки виконується пластифікаційна витяжка, внаслідок якої послаблюються міжмолекулярні зв'язки, та утворюється більш упорядкована структура нитки. Витягуванняпризводить до збільшення міцності та поліпшення текстильних властивостей нитки.

Але внаслідок великої розпрямленості макромолекул нитки стають менш розтяжними. Такі волокна і вироби з них схильні до наступної усадки під час сухих і мокрих обробок при підвищених температурах. Тому виникає необхідність піддати нитки термофіксаціїтеплової обробки у натягнутому стані. В результаті термофіксації відбувається часткове усадження ниток через придбання макромолекулами вигнутої форми за збереження їх орієнтації. Форма пряжі стабілізується, наступна усадка як самих волокон, так і виробів з них під час СОТ знижується.

Оздоблення волокон

Характер обробки залежить від умов формування та виду волокна.

• Видалення домішок та забруднень необхідно при отриманні ниток мокрим способом. Операція здійснюється шляхом промивання ниток у воді чи різних розчинах.
• Біління ниток або волокон проводиться шляхом обробки оптичними відбілювачами* для подальшого фарбування волокон у світлі та яскраві кольори.
• Поверхнева обробка (авіваж, аппретування, замаслювання) необхідна для надання ниткам здатності до подальших текстильних переробок. При такій обробці підвищуються ковзання та м'якість, поверхневе склеювання елементарних ниток та зменшується їх стрімкість, знижується електризуваність тощо.
• Сушіння ниток після мокрого формування та обробки різними рідинами виконується у спеціальних сушарках.
• Текстильна переробка включає такі процеси:
  Скручування та фіксація крутки - для з'єднання ниток та підвищення їх міцності.
  Перемотування – збільшення обсягу паковок ниток.
  Сортування – для оцінки якості ниток.

Оптичні відбілювачі

Відбілювачі оптичні - це флуоресцентні відбілювачі, безбарвні або слабозабарвлені органічні сполуки, здатні поглинати ультрафіолетові промені в області 300-400 ммк і перетворювати їх у синє або фіолетове світло з довжиною хвилі 400-500 ммк, який компенсує нестачу світла. Безбарвні матеріали набувають при цьому високого ступеня білизни, а пофарбовані - яскравість і контрастність.