6.4.3. Химические волокна

Волокна – протяженные гибкие и прочные тела малых поперечных размеров, пригодные для изготовления пряжи и текстильных изделий.

Волокна
натуральные	химические
	искусственные	синтетические
Волокна растительного (лен, хлопок, конопля) и животного (шерсть, шелк) происхождения	Получают из природных полимеров (целлюлозы) путем химической переработки, например, вискоза, ацетатный шелк	Получают из термопластичных полимеров (найлон, капрон, лавсан)

Существует минеральное негорючее волокно асбест– минерал хризотил – с температурой плавления 1550⁰С:

Mg₃[Si₂O₅](OH)₄асбест

Прочность некоторых волокон приведена в таблице.

Таблица 6.3.

Сравнительная прочность

некоторых волокон, стали и алюминия

Волокна, сталь, алюминий	Прочность, Мн/м^2
Сталь (струны рояля)	2000
Капрон высокопрочный	900
Вискоза высокопрочная	600
Лавсан	600
Хлопок	400
Шелк	400
Вискоза (обычное волокно)	300
Шерсть	200 – 350
Ацетатное волокно	180
Алюминий (провода)	170

Искусственные волокна

Первые ненатуральные волокна, полученные из целлюлозы, - искусственные волокна. В 1880 году французский химик Шардонеиз спирто-эфирного раствора впервые получил искусственный шелк –нитрат целлюлозы:

O–NO₂



[С₆Н₇О₂– О –NO₂]_nтринитрат целлюлозы

\

O–NO₂

Полученный шелк ничем не уступал натуральному, однако имел один, но очень существенный недостаток: от искры, сильного удара платье, сшитое из него, могло вспыхнуть, поскольку нитрат целлюлозы – пироксилин - компонент бездымного пороха.

Сам Шардоне и устранил этот недостаток. Как и в случае пластмасс нитрат-группы были заменены на ацетатные. Таким образом было получено волокно на основе ацетата целлюлозы:

O– СОСН₃



[С₆Н₇О₂– О – СОСН₃]_nтриацетат целлюлозы

\

O– СОСН₃

Уже через десять лет фабрика Шардоне вырабатывала до 50 кг нитей в день.

Из искусственных волокон на сегодняшний день наибольшее распространение получили ацетатное и вискозное волокно.

Ацетатное волокнополучается на основе триацетата- или диацетата целлюлозы. Эти волокна имеют гладкую блестящую поверхность, не сминаются, не боятся моли, обладают хорошими теплоизолирующими свойствами. Ткани на основе этих волокон легко стираются, электризуются, плохо впитывают влагу. Используют их для изготовления трикотажа, спортивной одежды.

Иначе получают из целлюлозы вискозное волокно. Вискоза– это определенным образом ориентированные макромолекулы целлюлозы: [С₆Н₁₀О₅]_n.

Обычное вискозное волокно используют для изготовления одежды, подкладочных тканей, нижнего белья, детских изделий. Волокно это легко мнется, часто его используют в смеси с шерстью, хлопком и шелком.

Высокопрочное вискозное волокно подвергают дополнительной вытяжке и применяют для получения корда в производстве автомобильных покрышек. Вискозу также используют для получения искусственной кожи – кирзы.

Синтетические волокна

В промышленных масштабах выпускают следующие основные виды синтетических волокон: полиамидные (найлон, капрон, анид, энант), полиэфирные (лавсан), полиакрилонитрильные (нитрон), поливинилхлоридные (хлорин).

Первым полиамидным волокном, созданным в 1938 году в США, в исследовательских лабораториях компании Дюпон под руководствомКарозерса,былнайлон-6,6:

О О

ll ll

СН₂– СН₂– СН₂– СН₂– СН₂– СН₂+ С –CН₂– СН₂– СН₂– СН₂– С

   

NH₂ H– N–HОНОН

гексаметилендиамин адипиновая кислота

 СН₂– СН₂– СН₂– СН₂– СН₂– СН₂CН₂– СН₂– СН₂– СН₂+ Н₂О

   

NH₂ Н –NС = О О =C–OH

найлон-66

Свое название найлон-66 получил потому, что каждая из его составных частей содержит по 6 атомов углерода. Позднее были синтезированы и другие разновидности найлона.

Полиамидное волокно капронбыло синтезировано в Германии в 1939 году из-аминокапроновой кислоты:

О О

ll ll

С – СН₂– СН₂– СН₂– СН₂– СН₂+ С –CН₂– СН₂– СН₂– СН₂– СН₂

   

ОH H– N–HОНNН₂

-аминокапроновая кислота -аминокапроновая кислота

O

ll

 C– СН₂– СН₂– СН₂– СН₂– СН₂CН₂– СН₂– СН₂– СН₂– СН₂+ Н₂О

   

OH Н –NС = ОNH₂

капрон (полиамид-6)

Из капрона можно получить тончайшую нить: ее длина в 9 км будет весить всего 1 г!

Полиамидные волокна являются ценным материалом для производства особо прочных изделий: автомобильного корда, парашютных тканей, канатов, веревок, конвейерных лент, ковров, искусственного меха. Они не гниют, не впитывают влагу, не подвергаются действию моли.

На основе полиамидов выпускают нити повышенной прочности – кевлар, из которых изготавливают шинный корд и пуленепробиваемые жилеты. Особую прочность этим волокнам придает стержнеподобная форма молекул:

[– N–C₆H₄–N–C–C₆H₄–C– ]_n

  ll ll

HHOO

кевлар

Из полиэфирных волоконнаиболее ценным являетсялавсан, созданный впервые в Германии в 1920 году. Лавсан представляет собой сложный эфир – полиэтилентерефталат, который синтезируют реакцией поликонденсации терефталевой кислоты и этиленгликоля:

ОН – СН₂– СН₂– ОН + ОН – С – С₆Н₄– С – ОН

ll ll

OO

этиленгликоль терефталевая кислота

 ОН – СН₂– СН₂– О – С – С₆Н₄– С – ОН

ll ll

OO

лавсан

Лавсан называют иногда “белоснежная шерсть”. На основе лавсана изготавливают различные ткани, трикотаж, синтетическую шерсть, ковры. Техническая нить используется для шинного корда, рыболовных сетей, парусных тканей, тканей для резинотехнических изделий.

Волокно лавсан мало мнется, но по истираемости уступает полиамидным волокнам. Поэтому его не используют для производства чулочно-носочных изделий. Температура плавления лавсана около 260⁰С, это выше, чем у полиамидов (215⁰С).

Волокно нитронпо внешнему виду напоминает натуральную шерсть. Нитрон относится кполиакрилонитрильным волокнам.

n CH₂ = CH  [– CH₂ – CH – ]_n

 

CNCN

акрилонитрил полиакрилонитрил

Эти волокна не набухают в воде, не гниют, устойчивы к действию моли и плесени, но легко электризуются. Применяются для изготовления верхнего трикотажа, ковров, меха, обивочных тканей.

Из поливинилхлоридаполучают волокнохлорин.

n CH₂ = CH  [– CH₂ – CH – ]_n

 

ClCl

винилхлорид поливинилхлорид

Волокно хлорин не набухает в воде и не гниет, устойчиво к действию кислот, щелочей, окислителей. Из него изготавливают спецодежду, фильтровальные ткани, лечебное белье (при радикулите, ревматизме).

Рассматривая будущее полимерных материалов, следует вспомнить высказывание академика Н.Н. Семенова о том, что “полимеры, несомненно, станут одной из основ материальной культуры человека”. Основная задача сегодняшнего времени – снижение пожароопасности полимерных материалов, особенно применяемых в строительстве и в производстве бытовых изделий.