Химические волокна

Химические волокна

Химические волокна – это волокна, получаемые в произ- водственных условиях химическим путем из природных полимеров (искусственные) или путем синтеза из простых веществ (синтетические).

Сырьем для производства искусственных волокон является древесная целлюлоза, отходы шелка и хлопка. Исходным материалом для получения сырья при производстве синтетических волокон являются газы, продукты переработки нефти и каменного угля.

      Искусственные волокна имеют тот же химический состав, что и исходное природное  сырье.

Синтетические волокна получают в результате химических реакций синтеза, то есть превращения низкомолекулярных веществ в высокомолекулярные путем укрупнения  их молекул. В итоге получают такие волокна, которые в природе не существуют.

Процесс производства химических волокон включает 5 этапов:

     Получение и предварительная обработка сырья. Для искусственных волокон и нитей сырье, состоящее из природных полимеров, получают путем выделения из веществ, образующихся в природе: древесины, семян, молока. Предварительная обработка сырья состоит в его очистке или химическом превращении в новые полимерные соединения. Для синтетических волокон и нитей сырье получают путем синтеза полимеров из простых веществ: каменного угля, нефти, фенола, бензола и др.

    Приготовление прядильного раствора или расплава. Из твердого полимера необходимо получить длинные тонкие текстильные нити, для чего следует перевести полимер в жидкое (раствор) или размягченное (расплав) состояние.

Формование волокна. Формование нитей состоит в дозированном продавливании прядильного раствора или рас- плава через отверстия фильеры (высокопрочная форма в виде пластины с отверстиями), в затвердевании вытекающих струек и наматывании полученных нитей на приемные устройства (рис.). 

Рис 1. Получение химических волокон 

Способы формования:

·  сухой – струйки полимера обрабатывают струей горячего воздуха, в результате чего растворитель испаряется, а полимер затвердевает;

·  мокрый – струйки нитей из фильеры поступают в раствор осадительной ванны, где происходят физико-химические изме- нения состава исходного полимера.

При формовании получают комплексные нити, состоящие из нескольких длинных элементарных нитей или штапельные волокна – короткие отрезки искусственных или синтетических нитей.

Используя фильеры с отверстиями сложной конфигурации, можно получить профилированные и полые волокна (рис.).

Профилированные волокна обладают пониженным блеском и высокой цепкостью.

Для получения комплексных нитей используют фильеры с небольшим числом отверстий (12–100).

Для получения штапельных химических волокон применяют фильеры с большим числом отверстий – 1200–5000, при мокром способе формования – 12 000–15 000.

Элементарные нити, сформованные из одной фильеры, пред- ставляют собой жгут волокон. Жгуты соединяют в ленту, кото- рую режут на пучки любой заданной длины. Длина нарезанных пучков колеблется от 40  до 350 мм. Их перерабатывают в пряжу или изготавливают из них нетканые материалы.

Рис 2. Формы профилированных отверстий фильеры (а), формы поперечного сечения профилированных волокон (б), формы поперечного сечения полых волокон (в)

Штапельные волокна используют как в чистом виде, например, при производстве вискозной пряжи, так и в смеси друг с другом или с натуральными волокнами. Названия  штапельных волокон включают в себя наименование волокна (например, штапельные капроновые волокна, штапельный лавсан). Если в названии указано только слово «штапельные», подразумевают вискозные волокна.

Отделка готового волокна.

Отделка зависит от дальнейшего использования волокон. Целью отделки является вытяжка, термофиксация волокон, удаление примесей, оставшихся после формования на поверхности нитей, и придание им некоторых свойств, например, мягкости, меньшей электризуемости. К этому этапу производства относятся скручивание, вытягивание, термофиксация крутки, отбеливание, крашение, перемотка, сортировка, маркировка.

Текстильная переработка.

Текстильная переработка предусмотрена с целью соединения нитей и повышения их прочности (скручивание и фиксация крутки), увеличения объема паковок нитей (перематывание), оценки качества полученных нитей (сортировка).

Рис 3. Строение химических волокон:

      а – вискозное; б – полинозное; в – ацетатное; г – триацетатное;

   д – капрон; е – лавсан; ж – нитрон; з – хлорин

Краткие исторические сведения

Идея создания искусственных волокон, подобных натуральному шелку, была высказана еще в XVII–XVIII вв. Один из их видов – стеклянные нити – был известен еще в Древнем Египте, однако практическое воплощение стало возможно лишь в середине XIX в., когда было начато изучение свойств целлюлозы.

Первые искусственные волокна из нитрата целлюлозы (нитратный шелк) были получены в 1883 г. французским химиком и инженером Илэром де Шардонне. Позднее появились другие виды целлюлозных волокон: медно-аммиачные, вискозные и ацетатные. В середине 30-х гг. XX в. значительным сдвигом в производстве химических волокон явилось получение первых синтетических волокон (полиамидных), которое ознаменовало начало нового этапа – создания волокон с заданными свойствами. С тех пор мировое производство химических волокон непрерывно и быстро растет.

Среднегодовой прирост производства текстильных волокон за последние 20 лет составил 2,5 %, прежде всего за счет выпуска химических волокон. Связано это с тем, что, во-первых, сырье для производства химических волокон доступно и дешево и имеется в достаточном количестве: это продукты переработки древесины, угля, нефти и природного газа. Во-вторых, химические волокна приобрели ряд специфических свойств, превосходящих свойства натуральных волокон: высокую прочность, упругость, износостойкость, термостойкость,  эластичность  и т. д. Кроме того, современные технологии позволяют создавать волокна и нити с заранее заданными свойствами, что расширяет области использования текстильных волокон, в основном технического назначения.

Производство химических волокон интенсивно развивается во всем мире. Увеличивается их доля в общем объеме сырья для текстильной промышленности. При этом снижается доля искусственных волокон и, наоборот, растет производство синтетических волокон. Среди всех видов химических волокон лидируют полиэфирные. Сегодня на каждого жителя планеты в год производится примерно 10 кг текстильных волокон, в том числе более 3 кг полиэфирных.