Основные свойства волокнообразующих полимеров

Лекция 2

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ ФИЗИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ТЕКСТИЛЬНЫХ ВОЛОКОН

ВОЛОКНА — частицы вещества, для которых характерны гибкость, тонина и значительное превышение длины над толщиной. Это опреде­ление носит общий характер. К этому следует добавить требование практического характера: устойчивость к механическим воздействиям, температуре, химическим и атмосферным воздействиям. Это для воло­кон бытового назначения. А для спецволокон добавляется многое дру­гое (сверхвысокая механическая прочность, термо-, био-, хемо- и т. д. стойкость).

То, что эти свойства проявляются на всем протяжении длины волокна — феномен, обусловленный тем, что основой структуры волокон являются длинные полимерные макромолекулы, ориентированные вдоль волокна, организующиеся в кристаллические или квазикристал­лические образования, между которыми имеются нарушения кристал­лического порядка (аморфные области). Все это в совокупности (длин­ные макромолекулы, сочетание аморфных и кристаллических участков) и определяет уникальное сочетание свойств волокон: гибкость, растяжимость, прочность. Доступность для диффузии и др.

Почему в справочнике мы даем специальный раздел, посвященный волокнам? Строение и свойства волокон определяют не только их поведение на стадии их производства в многочисленных и разнообразных по воздействию (температура, рН среды и т.д.) процессах пряде­ния, ткачества, отделочного производства, но и у потребителя изделий из текстильных волокон. Специалисты текстильщики и смежных отраслей, сертификаторы, стандартизаторы обязаны знать как свои пять пальцев все текстильные волокна и, прежде всего, их химические, фи­зико-химические, физико-механические свойства. А знать это, без чет­кого представления о химическом строении волокнообразующих по­лимеров и волокон просто невозможно, потому что эти свойства явля­ются производными от их строения. Таков универсальный закон физи­ки, химии, наконец, философии: «Свойства — функция структуры». Гра­мотный специалист, зная структуру (под структурой будем понимать физику и химию волокна), вполне может вывести из нее, предсказать, предположить свойства волокна, а, следовательно, и поведение тек­стильного материала в разнообразных технологических процессах и условиях эксплуатации, а следовательно выбирать и рекомендовать оптимальные (рациональные) области применения материала. В про­тивном случае незнание специалиста, как это часто мы наблюдаем в жизни, приводит не только к его конфузу, но и значительному матери­альному ущербу, наносимому производству и потребителю, и произ­водителю.

КОНЪЮНКТУРА ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ ВОЛОКОН

Последние 50 лет, прошедшие после второй Мировой войны, характеризуются постоянным ростом производства химических и, прежде всего, синтетических волокон, из которых самыми динамично развивающимися являются полиэфирные волокна.

В таблицах 1—4 (cм. Приложение 1) показана динамика мирового производства (потребления) волокон.

Из этих данных можно сделать следующие выводы:

— синтетические волокна приблизились по производству к хлопку (44% и 45%);

— целлюлозные волокна (хлопок + гидратцеллюлозные) пока доминируют (-50%) на текстильном рынке;

— полиэфирные волокна занимают второе место (27%) после хлопка;

— весомое место занимают синтетические полиамидные волокна (9%);

— динамично развивается производство полипропиленовых волокон;

— динамично развивается производство эластомерных волокон типа Лайкра на основе полиуретана.

Произошли существенные изменения в географии производства волокон и изделий из них. Так, Китай и Гонконг занимают первые два места по экспорту одежды, опережая Германию и США.

Особое место на рынке текстиля занимают микроволокна — новое поколение ультратонких волокон, используемых при производстве колготок, спортивной одежды, модных трикотажных женских костюмов.

Важной тенденцией в ассортименте ТМ является все больший рост производства смешанных тканей и прежде всего смесей природных (хлопок, шерсть) и синтетических полиэфирных волокон.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ВОЛОКНООБРАЗУЮЩИХ ПОЛИМЕРОВ

Обобщенная схема классификации волокнообразующих полимеров (ВОП) Само слово волокнообразующие полимеры (так же как пленкообразующие) предполагает, что эти полимеры должны обладать опреде­ленными свойствами, позволяющими производить (природе* или че­ловеку) из них волокна.

Природа, в которой все целесообразно, создавая такие растения как хлопок, лен, джут и другие, таких животных как овца и кошка, насеко­мых как червяк и паук, не предполагала, что человек использует их для производства волокон. Они для этого не предназначены, но оказались пригодными. Разобравшись в строении этих природных полимеров, выделив в них характерные черты в строении, человек стал по их обра­зу и подобию (насколько это возможно) копировать неповторимую, нерукотворную природу, создавать или отбирать из существующих полимеров пригодные для производства волокон. Появился, сформировался класс волокнообразующих полимеров. На сегодняшний день эту большую группу полимеров, которая в последние годы практически перестала пополняться, составляют следующие: целлюлоза и ее производные (ацетилцеллюлоза), белки, полиамиды, полиэфиры, полиуретаны, модифицированные полиакрилонитрилы, поливиниловый спирт, полипропилен, хлорированные поливи­нилы.

По классификации, используемой в полимерной химии, все волокнообразующие полимеры (ВОП) по происхождению можно разделить на природные и химические (искусственные и синтетические), по стро­ению главных цепей макромолекул на карбоцепные и гетероцепные, по строению молекул на линейные, разветвленные и сетчатые. Ниже приведена обобщающая схема классификации волокнообразующих полимеров и волокон (схема 1).

ПАН^* - полиакрилонитрильные;

ПВС^* - поливинилспиртовые;

ПВХ^* - поливинилхлоридные,

поливинилиденхлоридные;

ПП^* - полипропиленовые;

ПТФЭ^* - политетерафторэтиленовые.

Несмотря на существенные различия в химическом строений и в физической структуре ВОП имеются общие свойства и требования к ним, которые выделяют их из всего многообразия полимерных при­родных и химических — человеком произведенных, рукотворных (man made) материалов.

Эти общие требования диктуются теми свойствами, которые волок­на должны проявлять у потребителя (все волокна природные и хими­ческие) или ВОП в технологии их производства (химические):

— Для химических волокон, получаемых из расплава или из раствора (сухой или мокрый способ), обязательным требованием к ВОП является способность расплавляться или растворяться без заметной деструкции, а также проявлять высокую способность к волокнообразованию.

— Линейное строение макромолекул, желательно без объемных боковых заместителей и длинных разветвлений. Это требование не категоричное, оно диктуется больше условиями производства волокон. Перерабатывать сшитые (сетчатые) полимеры (мало или нераствори­мые и нетермопластичные) в волокна затруднительно, в какой-то мере это относится и к разветвленным полимерам. Однако редкосшитые полимеры среди ВОП встречаются. Это кератин шерсти, который природа пока неподражаемо создала и нам его остается только использовать в готовом виде. Сшивкой (ПВС-волокна) и прививкой широко пользуются для улучшения потребительских свойств уже готовых хи­мических и природных волокон.