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 предсозревания). 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 насосикон через фильеры (цилиндр из зо­лота, платины, нержавеющей стали), на дне которых имеются отверстия различного диаметра (рис. 1.).

Струйки вискозы через 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 (С₆Н₁₀О₃)_Л. 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 гидратцеллюлозы 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 соедительную ванну с водой, а затем во второй ванне разлага­ют 2 — 3%-ным раствором серной кислоты. Полученное гидратцеллюлозное 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 вырабатывается 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. 1.

Вискозное, медно-аммиачное, полинознос, 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.

1.2.2. Синтетические волокна

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

фенола, пропилена) в результате реакции полимеризации или по­ли конденсации.

Полиамидные волокна (капрон, анид, энант) получены из капролактама, гексометилендиамина, адипиновой кислоты и полиэнантоамида. 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 свежесформо­ванное 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.

Свежее сформированное 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.

По.ишкрилонитрилъные волокна (нитрон) получают поли­меризацией акрилонитрила, но чаще всего с сополимерами ак-рилонитрила (винилпиридина, винилацетата, стирола и др.), способствующими повышению гибкости, эластичности, лучшей накрашиваемое-™. Полиакрилонитрилъное 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 свежее сформиро­ванного волокна нитрон производится в 8—12 раз. После натяжки 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 полихлорвинплоьую смолу. Полимер растворяют в смеси ацетона и сероуглерода. Из вязкого раствора формируют во­локна сухим и мокрым способами. Для повышения физико-механических свойств волокон они подвергаются вытяжки (в 2-8 раз) и термической обработке.

Лоливинилспиртавые 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 продавливаннем 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 высокое ластич­ные 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 элементарные 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 300—400 "С, очень устойчиво к действию химических реагентов (не растворяется и царской водке).

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

Свойства синтетических волокон (см. табл. 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 — а 10 раз). Достаточно устойчивы к истиранию лавсан, винол, полипропи­лен, спандекс, не устойчивы нитрон, хлорин и др.

Самой высокой светопогодоустойчивостыо 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).

Недостатком синтетических волокон является их сильная электризуемость, плохой гриф, способность к пиллингообразо-ванию. Полиолефиновые волокна при пониженных температу­рах (10—15 °С) становятся хрупкими.