Химические волокна
Способы получения химических волокон.
Современные способы формования нитей также заключаются в продавливании исходных растворов или расплавов полимеров через тончайшие отверстия фильер.
Общая схема получения химических волокон и нитей состоит из пяти основных этапов:
1 этап Получение и предварительная обработка сырья
2 этап Приготовление прядильного раствора или расплава
3 этап Формование нитей
4 этап Отделка
5 этап Текстильная переработка
1 этап Получение и предварительная обработка сырья
1. Сырьё для искусственных волокон и нитей, состоящее из природных полимеров, получают путём выделения из веществ, образующихся в природе: древесины, семян, молока. Предварительная обработка сырья состоит в его очистке или химическом превращении в новые полимерные соединения. Сырьё для синтетических волокон и нитей получают путём синтеза полимеров из простых веществ: каменного угля, нефти, фенола, бензола, предварительно их не обрабатывая.
2 этап Приготовление прядильного раствора или расплава
2. Из твёрдого полимера необходимо получить длинные тонкие текстильные нити, для чего следует перевести полимер в жидкое (раствор) или размягченное (расплав) состояние.
Стадии приготовления прядильного раствора или расплава:
• Смешивание полимеров из различных партий для повышения однородности растворов или расплавов, с целью получения нитей, равномерных по свойствам на всем протяжении;
• Фильтрация необходима для удаления из раствора или расплава механических примесей, не растворившихся частиц полимера, чтобы предотвратить засорение фильер и улучшить свойства нитей; проводится путём многократного прохождения раствора или расплава через фильтры (плотную ткань, слой кварца, керамики).
• Обезвоздушивание - удаление из раствора пузырьков воздуха путём выдерживания раствора в течение нескольких часов в вакууме. Расплав обезвоздушиванию не подвергают, т.к. в нем воздуха нет.
3 этап Формование нитей
3. Формование нитей состоит в дозированном продавливании прядильного раствора или расплава через отверстия фильер, затвердевании вытекающих струек и наматывании полученных нитей на приёмные устройства.
Способы формования:
• сухой – струйки полимера обрабатываются струёй горячего воздуха, в результате чего растворитель испаряется, а полимер затвердевает;
• мокрый – струйки нитей из фильеры поступают в раствор осадительной ванны, где происходят физико-химические изменения состава исходного полимера. При формовании получают либо комплексные нити, состоящие из нескольких длинных элементарных нитей, либо волокна – отрезки нитей определённой длины.
Для получения комплексных нитей используют фильеры с небольшим числом отверстий: 12–100. Для получения химических волокон применяют фильеры с большим числом отверстий: 1200-5000, иногда 12000-15000 – только при мокром способе формования.
4 этап Отделка. 4. Отделка зависит от дальнейшего использования волокон. Может включать: • промывку нитей, формуемых мокрым способом в воде или различных растворах;
• беление нитей или волокон, которые впоследствии окрашиваются в светлые и яркие цвета, путём их обработки оптическими отбеливателями;
• вытягивание и термообработка синтетических нитей, в результате чего они становятся более прочными, но менее растяжимыми. Поверхностная обработка (авиваж, аппретирование, замасливание) необходима для придания нитям способности к последующим текстильным переработкам. При такой обработке повышаются скольжение и мягкость, поверхностное склеивание элементарных нитей и уменьшается их обрывность, снижается электризуемость. Сушка нитей после мокрого формования и обработки различными жидкостями выполняется в специальных сушилках.
5 этап Текстильная переработка
5. Текстильная перера ботка предусмотрена с целью соединения нитей и повышения их прочности (скручивание и фиксация крутки), увеличения объёма паковок нитей (перематывание), оценки качества полученных нитей (сортировка).
I. Строение и свойства искусственных волокон ВИСКОЗНОЕ ВОЛОКНО – подгруппа гидратцеллюлозные
1. Сырьё: природная целлюлоза: древесина, ель, бук, пихта, сосна, хлопковый пух в виде листов, полученная варкой в растворе бисульфита кальция.
2. Этапы процесса производства вискозного волокна:
• Подготовка целлюлозы – заключается в подсушивании её до влажности 6-8%, обработке 18%-ным раствором едкого натра и предсозревании;
• Получение прядильного раствора – подготовленную щелочную целлюлозу обрабатывают сероуглеродом, растворяют в щелочи и получают вязкий раствор – вискозу (7,5% целлюлозы, 6,5% щелочи, 86% воды).
На этой же стадии окрашивают волокна, добавляя в прядильный раствор красители;
• Формование волокна – формуется мокрым способом в осадительной ванне, содержащей водный раствор серной и соляной кислот. Скорость формования 80-100м/мин.;
• Отделка – складывается из промывки - для удаления серной кислоты и её солей, десульфурации – для с волокон коллоидной серы, придающей им желтоватый цвет и жесткость, беления гипохлоритом натрия, кислования серной кислотой для удаления остатков гипохлорита, мылования раствором мыла для придания волокнам мягкости и рассыпчатости, сушки при Т=80-50о С, крутки, запаривания с целью фиксации крутки.
3. Строение волокна: на поверхности волокна видны продольные штрихи, поперечник волокон имеет неправильную, ребристую форму, что объясняется неодновременным отвердеванием наружных и внутренних слоев волокон впроцессе формования. При отвердевании внутреннего слоя происходит его сжатие, в результате чего поверхностный слой сморщивается и в волокне образуются продольные бороздки.
4. Характеристика волокна: имея ребристую форму, вискозные волокна гладкие, с сильным блеском, в тканях сильно скользят, раздвигаются и осыпаются.
5. Прочность волокон: Ро=19,8–60 сН/текс. Зависит от ориентации макромолекул в волокне, теряет прочность во влажном состоянии на 50-60%, не устойчиво к истиранию. Различают обычное, упрочненное (22-25сН/текс), высокопрочное (25-45 сН/текс) и сверхпрочное (45-60 сН/текс) волокно.
6. Растяжимость и упругость: удлинение до разрыва 22% упругая деформация 1,5-1,7% пластическая деформация до 70%.
7. Гигроскопичность и теплопроводность: W=11%. При увлажнении дает большую усадку. Показатели теплостойкости вполне удовлетворительные.
8. Хемостойкость: Менее стойкое, чем натуральные. 9. Стойкость к действию светопогоды: Светостойкость аналогична хлопку. Не повреждается микроорганизмами.
10. Горение волокна: горит как хлопок. Теплостойкость - 120 о С. ВВМ – вискозные высокомодульные волокна имеют меньшую набухаемость, усадку и потерю прочности в мокром состоянии, большую устойчивость к действию щелочных растворов. Обладают высокой износостойкостью и рекомендуются для спецодежды, постельного белья, швейных ниток как в чистом виде, так и в смеси с хлопком и полиэфирным волокном. Они придают тканям высокую прочность и малоусадочность, обладают повышенной стойкостью к изгибанию. Заменяют волокна хлопка.
АЦЕТАТНОЕ ВОЛОКНО – подгруппа ацетилцеллюлозные.
1. Сырьё: хлопковая или высококачественная древесная целлюлоза.
2. Процесс производства: из первичного ацетата, путем омыления в присутствии серной и уксусной кислот, получают вторичный ацетат, затем его растворяют в смеси ацетона (95%) с водой (5%) и получают прядильный раствор, который поступает в прядильную машину. Формование происходит сухим способом в обдувочной шахте при температуре 50-85о С. Особенность сухого способа заключается в том, что при нем не происходит никаких химических процессов.
3. Строение волокна: на поверхности имеет продольные штрихи, более крупные, чем на вискозных нитях. Поперечное сечение неправильной ребристой формы.
4. Характеристика волокна: волокно гладкое, чем и объясняется скользкость тканей и смещение нитей в них. Более тонкое, чем вискозное; блеск более приятный, напоминает блеск натурального шелка.
5. Прочность волокон: Ро =10,8–13,5 сН/текс. Во влажном состоянии теряет прочность на 30%. Более, чем вискозное, стойко к истиранию.
6. Растяжимость и упругость: удлинение до разрыва 18-25% упругая деформация 2-2,5%.
7. Гигроскопичность и теплопроводность: W=6-8%. После увлажнения быстро сохнет. Теплостойкость низкая.
8. Хемостойкость: растворяется в спирте, ацетоне, хорошо и равномерно окрашивается.
9. Стойкость к действию светопогоды: Светостойкость аналогична хлопку. Более стойко к действию микроорганизмов, пропускает ультрафиолетовые лучи.
10. Горение волокна: горит желтым пламенем, с распространением специфического кисловатого запаха (запах уксуса), образуя наплыв темного цвета, который после охлаждения легко раздавливается пальцами. При вынесении из пламени, волокно медленно тлеет с выделением струйки дыма. II. Строение и свойства синтетических волокон
КАПРОН – подгруппа полиамидные
1. Сырьё: фенол, бензол, толуол, циклогексан, получаемыеизкаменногоугляилинефти.
2. Процесс производства: фенол путем нескольких химических реакций превращается в капролактам (мономер), который путем полимеризации (соединение молекул в длинную цепь) превращается в полимер, называемый смолой капрон. Формование капрона идет по сухому способу: расплавленная смола при температуре 270-280о С продавливается через фильеры с 12-24 или 39 отверстиями. Выходящие из фильеры струйки застывают при обдувании их холодным воздухом. 3. Строение волокна: капроновое волокно имеет гладкую поверхность с круглым поперечным сечением.
4. Характеристика волокна: волокно обладает большим блеском и пониженной цепкостью; гладкое, жесткое, очень легкое.
5. Прочность волокон: Ро =45–70 сН/текс. Во влажном состоянии теряет прочность до 15%. Обладает самой высокой прочностью к истиранию и многократным изгибам.
6. Растяжимость и упругость: удлинение до разрыва 20-25% упругая деформация 6-8%.
7. Гигроскопичность и теплопроводность: W=3,5-4%. Хорошо смачивается водой, быстро сохнет, при обработке паром и горячей водой фиксируется форма. Термостойкость низкая.
8. Хемостойкость: устойчив к действию кислот и щелочей, растворяется в феноле
9. Стойкость к действию светопогоды: Светостойкость ниже, чем у хлопка (устраняется добавлением светостабилизаторов). Стойко к действию микроорганизмов, плесени.
10. Горение волокна: при поднесении к пламени проявляет тепловую усадку, плавится, а затем загорается слабым голубовато-желтым пламенем с наличием белого дымка и распространением запахом сургуча. При удалении волокна из пламени горение постепенно прекращается, а на конце застывает темный твёрдый шарик, не раздавливаемый пальцами.
Термостойкость – 65о С.
НИТРОН – подгруппа полиакрилонитрильные.
1. Сырьё: акрилонитрил, синтезируемый из пропилена и аммиака или ацетилена и синильной кислоты.
2. Процесс производства: акрилонитрил путём полимеризации превращается в смолу, которую растворяют и получают прядильный раствор, из которого формуют волокно нитрон. Формование нитрона может быть осуществлено сухим (комплексные нити) и мокрым (комплексные и штапельные волокна) способом.
3. Строение волокна: нитроновое волокно имеет гладкую поверхность с гантелеобразным поперечным сечением.
4. Характеристика волокна: волокно мягкое, шелковистое, легкое, пушистое, подобно шерсти и натуральному шелку.
5. Прочность волокон: Ро =32–39 сН/текс. Во влажном состоянии не меняется, прочность к истиранию составляет 2-4% от прочности капрона.
6. Растяжимость и упругость: удлинение до разрыва 16-22% упругая деформация 4-5%. Изделия хорошо сохраняют форму, полученную при ВТО и после стирки, а также хорошо драпируются и плиссируются.
7. Гигроскопичность и теплопроводность: W=1,5%. В воде не набухают и не дают усадки. Теплостойкость низкая.
8. Хемостойкость: устойчив к действию средних и слабых растворов кислот, щелочей и органических растворителей. Особенно высокая стойкость к ядерным излучениям, инертно к загрязнениям, поэтому изделия легко очищаются.
9. Стойкость к действию светопогоды: самое светостойкое из всех волокон. Стойко к действию микроорганизмов, плесени, не повреждается молью.
10. Горение волокна: при внесении в пламя плавится, горит ярким желтым пламенем со вспышками, выделяя большое количество черной копоти. После прекращения горения остаётся темный наплыв неправильной формы, легко раздавливаемый пальцами. Термостойкость - 170о
ЛАВСАН – подгруппа полиэфирные. Сырьё: нефть.
2. Процесс производства: проходит в 2 стадии: получения эфира, а затем реакцией поликонденсации получения смолы лавсан.
3. Строение волокна: нитроновое волокно имеет гладкую поверхность с круглым поперечным сечением.
4. Характеристика волокна: волокно гладкое, упругое, шерстеподобное, обладает сильным блеском и пониженной цепкостью, легкое.
5. Прочность волокон: Ро =40–55 сН/текс. Во влажном состоянии не меняется, прочность к истиранию и составляет 22-25% от прочности капрона.
6. Растяжимость и упругость: удлинение до разрыва 20-25% упругая деформация 5-6%. Изделия хорошо сохраняют форму, полученную при ВТО и после стирки, а также хорошо драпируются и плиссируются.
7. Гигроскопичность и теплопроводность: W=0,4%. Теплопроводность низкая.
8. Хемостойкость: разрушается концентрированными кислотами и щелочами.
9. Стойкость к действию светопогоды: светостойкость волокна ниже, чем у шерсти и выше, чем у хлопка. Стойко к действию микроорганизмов, плесени, не повреждается молью. Морозостойко.
10. Горение волокна: при внесении в пламя плавится, горит слабо, желтоватым пламенем, выделяя черную копоть. После прекращения горения застывает черный твердый шарик, не раздавливаемый пальцами. Термостойкость - 140о