Асбест. История развития химических волокон. Высокомолекулярные органические соединения--полимеры. Синтетические волокна.

План лекций:.

1. Технологический процесс полученияхимических волокон:производство полиамидных, полиэтилентерефталатовых волокон.

2. Ацетатные, синтетические, карбоцепные волокна.

3. Формование волокон.

4. Метод формование.

Искусственные волокна вырабатываются на основе природных полимеров и подразделяются на гидратцеллюлозные, ацетатные и белковые. Самыми многотоннажными являются гидратцеллюлозные волокна, получаемые вискозным или медноаммиачным методом.

Ацетатные волокна получают на основе уксуснокислых эфиров (ацетатов) целлюлозы с различным содержанием ацетатных групп (ВАЦ и ТАЦ волокна).

Волокна на основе белков растительного и животного происхождения вырабатываются в весьма ограниченном количестве вследствие их низкого качестве и использования для их производства пищевого сырья.

Синтетические волокна вырабатываются из полимеров, синтезируемых в промышленности из простых веществ (капролактама, акрилонитрила, пропилена и др.). В зависимости от химического строения макромолекул исходного волокнообразующего полимера они подразделяются на две группы: карбоцепные и гетероцепные.

К карбоцепным относятся волокна, полученные на основе полимера, основная макромолекулярная цепь которого построена только из атомов углерода, соединенных друг с другом.

Технологический процесс получения химических волокон.Технологический процесс производства химических волокон, как правило, включает три стадии. Исключение составляет только производство полиамидных, полиэтилентерефталатовых и некоторых других волокон, где технологический процесс начинается с синтеза волокнообразующего полимера.

Первой стадией процесса является получение прядильного раствора или расплава. На этой стадии исходный полимер переводится в вязкотекучее состояние растворением или плавлением. В отдельных случаях (получение ПВС волокон) перевод полимера в вязкотекучее состояние происходит также в результате пластификации. Полученный прядильный раствор или расплав подвергается смешению и очистке (фильтрация, обезвоздушивание). На этой стадии для придания волокнам определенных свойств в прядильный раствор или расплав иногда вводят различные добавки (термостабилизаторы, красители, матирующие вещества и т.п.).

Вторая стадия – формование волокна – заключается в том, что полученный и подготовленный соответствующим образом прядильный раствор или расплав продавливается через отверстия фильеры в виде тонких струек, из которых образуются бесконечные элементарные нити при застывании расплава или осаждения полимера из раствора, в результате испарения растворителя или действия коагулянтов.

В зависимости от числа отверстий в фильере (от одного до 100000 и более) формуются мононити, комплексные нити бытового или технического назначения или пучок элементарных нитей (жгут), который затем режется на короткие отрезки (волокно) или перерабатывается в нерезаном виде.

Иногда элементарные нити из фильеры поступают на транспортер и выпускаются в виде волокнистого слоя (ватина).

Формование волокон является важнейшим этапом производства химических волокон, так как в процессе застывания расплава или высаживания полимера из раствора образуется надмолекулярная структура волокон с элементами определенных размеров и степени совершенства (фибриллы, сферолиты, кристаллиты) и с различной степенью их ориентации. При формовании волокон из прядильного раствора формуются пористые волокна. Размер и расположение капилляров и пор зависят от условий осаждения полимера из раствора и сильно влияют на сорбционные свойства волокон (крашение, водопоглощение).

В процессе формования волокна приобретают определенный комплекс физико-механических показателей (разрывная нагрузка, разрывное удлинение и др.), которые можно варьировать в довольно широких пределах, изменяя условия формования волокна.

Проводя формование волокон в свободном состоянии (без натяжения), можно получить мягкие и гибкие волокна с малой усадкой в воде или при нагревании. Такие волокна и нити из них сильно удлиняются при нагружении (обладают небольшим модулем деформации) и отличаются невысокой прочностью в продольном направлении.

При формовании волокон из прядильного раствора или расплава под натяжением или в условиях вытягивания резко изменяются физико-механические свойства волокон и нитей: возрастают прочность и модуль деформации, уменьшаются их гибкость и мягкость. Однако усадка в воде или при нагревании таких волокон возрастает.

Благодаря широким возможностям изменения условий формования из одного и того же исходного полимера можно получить волокна, сильно различающиеся по свойствам, что является одним из основных преимуществ химических волокон перед природными.

Метод формования существенно влияет на свойства получаемых волокон. Волокна, полученные из растворов, часто имеют поперечный срез изрезанной формы. Волокна, полученные из расплава, характеризуются повышенной плотностью упаковки макромолекул, гладкой поверхностью и круглым срезом. Получение волокон из расплава имеет ряд преимуществ, так как отпадает необходимость в использовании больших количеств растворителей и их регенерации. Кроме того, при этом способе значительно уменьшается выброс паров растворителя в атмосферу и попадание его в сточные воды, что имеет существенное значение для решения экологических проблем промышленности химических волокон.

Третьей стадией является последующая обработка свежесформованных волокон, к которой относится промывка, сушка, нанесение замасливающих и антистатических препаратов, текстурирование волокон, кручение и т.д.

На этой стадии происходит закрепление и совершенствование образующейся при формовании надмолекулярной структуры. Наибольшую роль в этом процессе играют дополнительное вытягивание, термообработка после отделки и сушка. Эти операции также существенно влияют на физико-механические и эксплуатационные свойства готовых волокон. В зависимости от условий вытягивания и термообработки значительно изменяются прочность, модуль деформации, усадка, устойчивость к многократным деформациям и другие характеристики волокон.

Помимо вышеперечисленных стадий получения химических волокон в ряде случаев технологический процесс дополняется четвертой стадией – модификацией волокон. Модификацию свежесформованных волокон можно проводить физическими и химическими методами. В результате модификации можно изменить химическое строение и структуру волокон (прививки боковых цепей различного состава; создание поперечных сшивок между макромолекулами), ввести различные добавки в состав волокон (красители, люминофоры, оптические отбеливатели, бактерицидные вещества и т.п.), изменить форму волокон (профилирование сечения, извитость, шероховатость, объемность и т.п.). Все это позволяет в широких пределах изменять свойства волокон и получать волокна с заранее заданными свойствами. Благодаря этому появляется возможность значительно расширить ассортимент изделий из химических волокон и получать волокна с определенными свойствами, необходимыми для той или иной отрасли переработки. При использовании различных методов модификации были получены бактерицидные, хемосорбционные, огнестойкие, высокоэластичные, объемные, формоустойчивые и другие волокна.

Контрольные вопросы и задания:

1.Технологический процесс производства? Назови все стадия.

2.Что ты знаешь о модификаций волокон?

3.Ацетатные, синтетические, карбоцепные волокна чем отличаются друг от друга?

Список рекомендуемой литературы:

Elementary Textile Design and Fabric Structure John Read, Dr Dr HILDRETH Press, 2011 ISBN 1447401107, 9781447401100 112 pages