4. Капроновое волокно.
Переработка капролактама в волокно включает три основные стадии: синтез полимера, формирование нити, вытягивание и обработка нити. Процесс осуществляется периодически или полупериодически, новые же установки создаются на основе непрерывной схемы
Синтез поликапроамида проводится при 245-260°С и давлении до 2 МПа в присутствии активаторов полимеризации капролактама, продолжительность процесса 20-36 часов. Для обеспечения оптимальной молекулярной массы полимера применяют регуляторы степени полимеризации: чаще всего бензойную, уксусную, адипиновую, а также стеариновую кислоты в количестве 0,07-0,3% от массы капролактама. Для улучшения свойств полимера, наряду с активатором и регулятором, в капролактам могут вводиться антиоксиданты, краситель и светостабилизаторы.
Особенностью процесса полимеризации капролактама является термическое разложение полимера с образованием низкомолекулярных веществ, содержание которых в оптимальных условиях достигает 7,5-10%. При снижении температуры полимеризации количество низкомолекулярных веществ уменьшается, но при этом ухудшается технологические параметры процесса.
Продолжительность процесса полиамидирования в установках непрерывного действия достигает 30-32ч. Продукт полимеризации – поликапроамид – представляет собой смолообразную массу с температурой затвердевания 208-210°С. Для извлечения низкомолекулярных соединений, затрудняющих образование и обработку нити, проводят промывку затвердевшего полимера кипящей водой или удаляют примеси в условиях глубокого вакуума непосредственно из горячего расплава.
Расплав поликапроамида выгружают из аппаратов полимеризации в ванну с водой, где полимер затвердевает в виде лент. Их режут и обрабатывают кипящей дистилированнной водой. Промытую крошку сушат в вакууме или среде азота при 100-120°С до остаточного содержания влаги 0,05-0,25%.
Крошка загружается в специальную обогреваемую камеру прядильной машины. Размягчаясь, кусочки смолы превращаются в жидкость, вязкую, как асфальтовый вар. Под большим давлением эта жидкость непрерывно продавливается через тонкие отверстия в вертикальный желоб, где прогоняется холодный воздух. Струйки смолы охлаждаются, затвердевают в нити и наматываются на бобины.
Но полученные нити — это еще только полуфабрикат. Они состоят из сильно «спутанных» молекул и легко вытягиваются. В таком виде волокно не пригодно для текстильной переработки. Если из него сделать ткань, то даже от слабого вдавливания на ней могут образоваться «пузыри». Поэтому капроновые нити проходят операцию вытяжки. При этом молекулы выпрямляются, располагаясь вдоль оси волокна, отчего нить становится прочнее и эластичнее. Молекулы в такой нити несколько изогнуты. Это их устойчивая форма. Растягивая нить, мы выпрямляем молекулы. Но как только вытягивание прекратится, нить снова сокращается — молекулы принимают изогнутую форму. Такое свойство молекул обусловливает эластичность капроновых нитей.
Капрон выгодно отличается от других волокон. Прежде всего, изделия из него после стирки можно не гладить, так как они не теряют приданную им на фабрике форму.
Капрон или капроновое волокно — бело-прозрачное, очень прочное. Эластичность капрона намного выше шелка. Прочность капрона зависит от технологии и тщательности производства. Капроновая нить диаметром 0,1 миллиметра выдерживает 0,55 килограммов.
За рубежом синтетическое волокно типа капрон именуется перлон и нейлон. Капрон вырабатывается нескольких сортов; хрустально-прозрачный капрон более прочен, чем непрозрачный с мутно-желтоватым или молочным оттенком.
Наряду с высокой прочностью капроновые волокна характеризуются устойчивостью к истиранию, действию многократной деформации (изгибов).
Капроновые волокна не впитывают влагу, поэтому не теряют прочности во влажном состоянии. Но у капронового волокна есть и недостатки. Оно малоустойчиво к действию кислот — макромолекулы капрона подвергаются гидролизу по месту амидных связей. Сравнительно невелика и теплостойкость капрона. при нагревании его прочность снижается, при 215°С происходит плавление.
Из капрона изготовляют канаты, рыболовные сети, леску, гитарные струны, фильтровальные материалы, кордную ткань, а также штапельные ткани, чулки и другие бытовые товары. Изделия из капрона, и в сочетании с капроном, широко используются в быту. Из капроновых нитей шьют одежду, которая стоит намного дешевле, чем одежда из натуральных природных материалов. Из кордной ткани делают каркасы авто- и авиапокрышек.
Будучи термопластичной, капроновая смола используется и в качестве пластмассы для изготовления деталей машин и механизмов — зубчатых колес, втулок, подшипников и т. п., отличающихся большой прочностью и износостойкостью.