Химические нити и волокна

Искусственные нити и волокна получают из высокомолекулярных органических соединений растительного и животного происхождения, а также из неорганических соединений путем их химической переработки.

К искусственным нитям и волокнам, полученным из растительных органических соединений, относятся вискозные, полинозные, ацетатные, триацитатные и др. К нитям и волокнам из белков растительного происхождения относится зеиновое (из кукурузных семян) волокно, из белков арахиса, из белков животного происхождения  казеиновое волокно. Стеклянные, металлические и другие нити и волокна относятся к неорганическим искусственным волокнам.

Синтетические волокна получают путем синтеза из природных низкомолекулярных соединений в результате реакций полимеризации или поликонденсации, в основном из продуктов переработки нефти и каменного угля.

Синтетические нити и волокна изготавливают на основе высокомолекулярных соединений (волокнообразующих полимеров) следующих видов:

Название

Химическая формула

гетероцепные

Полиамид [  (CH₂)_k  CONH  (CH₂)_m  ]_n

Полиэфир

Полиуретан

карбоцепные

Полиэтилен [  CH₂  CH₂  ]_n

Полипропилен [  CH  CH₂  CH  CH₂  ]_n

 

CH₃ CH₃

Поливинилхлорид [  CH₂  CH  ]_n



Cl

Полиакрилонитрил [  CH₂  CH  ]_n



CN

Поливиниловый спирт [  CH₂  CH  ]_n



OH

Искусственные и синтетические нити получают по следующей схеме:

I. Получение и предварительная обработка сырья

На этой стадии на химических предприятиях химическими и физико-механическими методами выделяют из растений, молока, шкур животных и другого сырья волокнообразующие природные полимеры, или синтезируют полимерные вещества из низкомолекулярных органических соединений (продуктов переработки нефти: бензола, фенола, этилена, ацетилена, аммиака и др.).

II. Приготовление прядильного раствора или расплава

Полученный полимер, в зависимости от его химического состава и дальнейшей технологии переработки, переводят в раствор или расплав. Полимеры типа -целлюлозы и синтезированные гетероцепные полимеры, как правило, переводят в растворы, а синтезированные карбоцепные полимеры - в расплавы.

III. Формование волокон и нитей

Полученные прядильные растворы и расплавы продавливают через фильеры  шайбы с отверстиями разной формы (круглой, треугольной, в виде звезды и др.) малого сечения (рис. 2.8). Количество отверстий фильеры определяется видом прядильного вещества (расплав или раствор) и изготавливаемой нити (элементарная нить или мононить). Количество отверстий в фильере может изменяться в пределах от 12 до 15000.

Затвердевание полимерного вещества, прошедшего через фильеру, может проходить в обдувочной шахте (рис. 2.9 а, б) или в ванне с химическим раствором (рис. 2.9 в), при взаимодействии с которым волокнообразующий полимер твердеет.

а	б	в
Рис. 2.9. Схемы получения искусственных и синтетических волокон: а – из расплава сухим способом, б – из раствора сухим способом, в – из раствора мокрым способом

Для придания нитям повышенной прочности после затвердевания их вытягивают в два и более раз при помощи прядильных дисков. Проведение этой операции вызывает ориентацию макромолекул полимерного вещества относительно продольной оси нити. Чем выше ориентация макромолекул, тем выше прочность и меньше деформация нитей при разрушении. После вытяжки нити сматывают на бобины.

IV. Отделка

После получения волокон и нитей проводят их отделку: с нитей и волокон после формования, особенно полученных мокрым способом, удаляют загрязнения и примеси; отбеливают для последующего окрашивания; проводят термообработку для снятия внутренних напряжений, полученных в ходе формования и вытяжки нитей; химическую обработку поверхности волокна (аппретирование, замасливание и др.), придавая свойства, необходимые для последующей текстильной переработки, и др.

Толщина и форма сечения элементарных нитей и мононитей определяется на стадии их формования в фильере и вытяжке. Длина волокон и нитей может достигать нескольких сот и тысяч метров. Для изготовления пряжи, химические нити штапелируют (нарезают), получая химические волокна длиной 50…150 мм.

Вискозное волокно получают из целлюлозы древесины ели или сосны.

Свойства: высокая прочность при растяжении (при увлажнении волокна его прочность снижается на 60%; высокая устойчивость к истиранию; высокая сминаемость; высокая гигроскопичность; сильная набухаемость и усадка; легко окрашиваются.

Модификациями вискозных волокон с улучшенными свойствами являются вискозные высокомодульные волокна (более прочные, мало теряют прочность при увлажнении), полинозные волокна (прочнее, эластичнее, мало теряют прочность при увлажнении, имеют маленькую усадку) и др.

Ацетатные и триацетатные волокна меньше сминаются, имеют низкую гигроскопичность, электризуются.

Бамбук - регенерированное целлюлозное волокно, изготовленное из мякоти бамбука. Тонкостью и белизной напоминает вискозу, обладает высокой прочностью. Бамбуковое волокно устраняет запахи, останавливает рост бактерий и убивает их. Способность бамбукового волокна останавливать рост и убивать бактерий сохраняется даже после пятидесяти стирок.Длина волокон бамбуковой пряжи составляет 15-20 см. Благодаря своей пятигранной структуре волокно отличается наличием микрополостей. Используют для наполнения подушек и одеял, для одежды.

К полиамидным волокнам (ПА) относят капрон, анид, энант. Сырьем для их получения является фенол – продукт переработки каменного угля или нефти, который после переработки превращается в капролактам (мономер полиамидной смолы). Свойства: очень высокая прочность при растяжении, стойкость к истиранию, многократному изгибу, к действию микроорганизмов, химическую стойкость, морозостойкость; низкие гигроскопичность и светостойкость (быстро желтеют на свету), высокая электризуемость и малая термостойкость. Анид и энант имеют более высокие температуры плавления, чем у капрона, большую светостойкость и превосходят его по ряду других свойств.

К полиэфирным волокнам (ПЭ) относят лавсан, получаемый на основе поликонденсации терефталевой кислоты и этиленгликоля. Свойства: достаточная упругость и эластичность, термостойкость, термопластичность; устойчивость к действию слабых кислот и щелочей; жесткость, способность к образованию пиллинга на поверхности изделия; сильная электризуемость.

Полиакрилонитрильные волокна (ПАН) называют нитроновыми. Свойства: высокая упругость, низкая теплопроводность, высокая светостойкость и термопластичность; устойчивость к действию высоких температур и гниению; мягкость, эластичность, шелковистость, пушистость практически как у шерстяных волокон.

Полиуретановые нити (ПУ) очень эластичны, упруги и несминаемы; достаточно устойчивы к светопогоде и химическим реагентам. Имеют низкую гигроскопичность. Полиуретановые нити (лайкра, спандекс и др.) придают изделиям упругость, эластичность и формоустойчивость.

Химические неорганические волокна