Искусственные и синтетические волокна

Их экспертиза.

 

Искусственные и синтетические  волокна

Химические  волокна (искусственные  и синтетические) получают путем  сложной химической переработки  природных и синтетических  веществ. Производство химических волокон  растет быстрыми темпами. Это объясняется, прежде всего высокой экономической  эффективностью производства, огромными  ресурсами сырья, высокими эксплуатационными  свойствами этих волокон, возможностью получения волокон с заданными  свойствами.

 

    Важнейшими  группами синтетических волокон, встречающихся в текстильной промышленности, являются полиамиды, полиэфиры, полиакрилы, полипропены и хлористые волокна. Синтетические волокна – это химические волокна, получаемые из синтетических полимеров. Общими для синтетических волокон свойствами являются легкость, прочность, износостойкость. Их можно под действием тепла курчавить, сжимать и придавать им нужную устойчивую форму. Синтетические волокна очень мало впитывают влаги или вообще не впитывают, отчего изделия из них легко стираются и быстро сохнут. Из-за плохой способности впитывать влагу они не настолько удобны на теле, как натуральные волокна.

 

    Искусственные волокна получают из природных высокомолекулярных соединений, силикатов, металлов и их сплавов. Из целлюлозы и ее эфиров получают вискозные, полинозные, медно-аммиачные, ацетатные и триацетатные волокна

 Сырьём  для синтетических волокон являются нефть, природный газ, уголь, отходы целлюлозно-бумажной, пищевой и других отраслей промышленности. Эластичность, прочность, стойкость к агрессивным средам и другие ценные качества синтетических волокон сделали их незаменимыми для использования в современной технике. Они идут для изготовления особо прочных канатов и тросов, фильтровальных перегородок, полупроницаемых мембран, многочисленных тканей и многих других изделий. Рассмотрим основные этапы производства синтетической пряжи.

 

    Синтетическая  пряжа производится с использованием  процессов полимеризации и верчения (кручения), при этом наиболее  часто используют кручение расплавов.

 

 Основное сырье и технология производства

 Полимеризация -  предварительно синтетическим полимерам придают форму шариков или катышков (гранул), которые уже содержат ультрафиолетовые стабилизаторы, подавляющие блеск, реагенты и другие добавки. Исходные вещества сначала закладываются в автоклав, нечто вроде гигантской скороварки с большим давлением. Здесь происходит первая технологическая операция в производстве волокна - полимеризация. Находящиеся в расплаве молекулы ингредиента соединяются, образуя гигантскую цепочку, называемую линейным полимером.

 

    Экструзия -расплавленный полимер прокачивают через решето, называемое фильерой. Размер и форма микроскопических отверстий фильеры определяет форму и размер поперечного сечения волокна. После фильеры расплавленный полимер охлаждают воздухом или водой до образования твердых нитей. Далее, в зависимости от различных целей дальнейшего использования готовой пряжи, эти твёрдые нити объединяют в жгуты (практически – уже готовая пряжа) с различным количеством нитей. На пряжу наносят покрытие, как правило, это низко концентрированный водный раствор или эмульсия натуральных или синтетических смазок. Это делают для облегчения дальнейшего производства пряжи (в частности, понижения электростатических свойств и трения).

 

    Вытягивание (протяжка) - перед тем как нити наматываются на бобины, их вытягивают, при этом упорядочивается молекулярная структура полимера (она становится более линейной, следовательно, нити становятся более прочными и крепкими).

 Придание  структуры (текстурирование) -четвертая и последняя операция в производстве синтетических волокон. Целью этого процесса является придание большего объема и упругости пряже за счет превращения ее в «волнистую». Это идеально подготавливает пряжу к окрашиванию. Волокна текстурируются при высокой температуре, которая фиксирует форму. Антистатические волокна, добавляемые в фирменные волокна на этом этапе позволяют снизить заряд до уровня, безопасного для человека и офисных электронных устройств. Текстурированные нити – это высокообъёмные нити, нити из синтетических волокон, отличающиеся от обычных текстильных нитей повышенным удельным объёмом, сильной извитостью, рыхлой структурой и в ряде случаев большой упругой растяжимостью. Производство текстурированных нитей возникло в связи с необходимостью расширить область применения синтетических волокон, которая ограничена тем, что они обладают низкой гигроскопичностью и гладкой поверхностью с неприятным «стеклянным» блеском. Текстурирование улучшает эксплуатационные свойства и повышает гигиенические показатели синтетических нитей. Текстурированные нити успешно применяются для изготовления текстильных изделий широкого потребления: чулок, носков, верхнего и нижнего трикотажа, формоустойчивого трикотажного полотна, используемого для пошива мужских и женских костюмов (кримплен), пальто, для производства искусственного меха, ковров, одеял, драпировочных и обивочных тканей и др.

 Сырье для искусственных волокон получают путем выделения из веществ, образующихся в природе (из древесины выделяют целлюлозу, из молока - казеин). Предварительная обработка сырья состоит в его очистке от механических примесей и иногда в химической обработке для превращения природного полимера в новое полимерное соединение.

 

Стадии  производства искусственных волокон:

 

Первая  стадия процесса производства любого химического волокна заключается в приготовлении прядильной массы (формовочного раствора или расплава), которую в зависимости от физико-химических свойств исходного полимера получают растворением его в подходящем растворителе или переводом его в расплавленное состояние. Полученный вязкий формовочный раствор тщательно очищают многократным фильтрованием и удаляют твердые частицы и пузырьки воздуха. В случае необходимости раствор (или расплав) дополнительно обрабатывают — добавляют красители, подвергают «созреванию» (выстаиванию) и др. Если кислород воздуха может окислить высокомолекулярное вещество, то «созревание» проводят в атмосфере инертного газа.

 

Вторая  стадия заключается в формовании волокна. Для формования раствор или расплав полимера с помощью специального дозирующего устройства подается в так называемую фильеру. Фильера представляет собой небольшой сосуд из прочного теплостойкого и химически стойкого материала с плоским дном, имеющим большое число (до 25 тыс.) маленьких отверстий, диаметр которых может колебаться от 0,04 до 1,0 мм.

 

При формовании волокна из расплава полимера тонкие струйки расплава из отверстий фильеры  попадают в специальную шахту, где  они охлаждаются потоком воздуха  и затвердевают. Если формирование волокна производится из раствора полимера, то могут быть применены два метода: сухое формирование, когда тонкие струйки поступают в обогреваемую шахту, где под действием циркулирующего теплого воздуха растворитель улетучивается, и струйки затвердевают в волокна; мокрое формирование, когда струйки раствора полимера из фильеры попадают в так называемую осадительную ванну, в которой под действием различных содержащихся в ней химических веществ струйки полимера затвердевают в волокна.

 

Во всех случаях формирование волокна ведется под натяжением. Это делается для того, чтобы ориентировать (расположить) линейные молекулы высокомолекулярного вещества вдоль оси волокна. Если этого не сделать, то волокно будет значительно менее прочным. Для повышения прочности волокна его обычно дополнительно вытягивают после того, как оно частично или полностью отвердеет.

После формования волокна собираются в  пучки или жгуты, состоящие из многих тонких волокон. Полученные нити при необходимости промывают, подвергают специальной обработке — замасливанию, нанесению специальных препаратов (для облегчения текстильной переработки), высушивают. Готовые нити наматывают на катушки или шпули. При производстве штапельного волокна нити режут на отрезки (штапельки). Штапельное волокно собирают в кипы

 

 Синтетические волокна очень мало впитывают  влаги или вообще не впитывают, отчего изделия из них легко стираются  и быстро сохнут. Из-за плохой способности  впитывать влагу они не настолько  удобны на теле, как натуральные волокна.

Обычно имеют низкую сминаемость

Мало деформируются при  носке (локти, колени)

Мало деформируются после  стирки

Могут быть эластичными, что  позволяет подчеркивать фигуру и  даже немного «формировать» ее

Меньше линяют и выгорают

Синтетика обычно хуже, чем  натуральные ткани пропускает влагу  и воздух (более низкая паро- и  воздухопроницаемость)

Синтетика электролизуется. Этот недостаток легко исправить с помощью аэрозольных антистатиков или опаласкивателей

Низкие теплозащитные  свойства

 

 

 

Характеристика потребительских  свойств 

 Искусственные волокна:

Волокно обладает хорошей гигроскопичностью (35-40%), светостойкостью и мягкостью. Недостатками вискозных волокон  являются: большая потеря прочности  в мокром состоянии, легкая сминаемость, недостаточная устойчивость к трению и значительная усадка при увлажнении. Эти недостатки устранены в модифицированных вискозных волокнах (полинозное, сиблон, мтилон), которым свойственны значительно более высокая прочность в сухом и мокром состоянии, большая износоустойчивость, меньшая усадка и повышенная несминаемость. Сиблон, по сравнению с обычным вискозным волокном, имеет меньшую степень усадки, повышенные показатели несминаемости, прочности в мокром состоянии и устойчивости к щелочам. Мтилан обладает антимикробными свойствами и используется в медицине в качестве нитей для временного скрепления хирургических швов. Вискозные волокна применяются при производстве одежных тканей, бельевого и верхнего трикотажа как в чистом виде, так и в смеси с другими волокнами и нитями.

Классификация синтетических  волокон:

 

1)Гетероцепные: содержат в цепи макромолекулы кроме атомов углерода атомы других элементов.

а) Полиамидные ( капрон, анид, энант)- отличительное свойство ПА волокон – высокая устойчивость к истиранию, по показателям которой они превосходят хлопковые волокна в 10 раз, шерстяные в 20 раз, вискозные в 50 раз. Особую ценность ПА волокон представляет их высокая формоустойчивость. Устойчивость ПА волокон к многократным изгибам в 10 раз превышает устойчивость хлопковых волокон. ПА волокна характеризуются устойчивостью к действию многих химических реагентов, хорошо противостоят биохимическим воздействиям, окрашиваются многими красителями. Полиамидные волокна растворяются в концентрированных минеральных кислотах, феноле, крезоле, трихлорэтане, хлороформе и др.

 

классификация

б) Полиэфирные (лавсан)- превосходят по термостойкости большинство натуральных и химических волокон: при 180 °С они сохраняют прочность на 50%. Загораются полиэфирные волокна с трудом и гаснут после удаления источника огня; при контакте с искрой и электродугой не обугливаются. Полиэфирные волокна сравнительно атмосферостойки. Они растворяются в фенолах, частично (с разрушением) — в концентрированной серной и азотной кислотах; полностью разрушаются при кипячении в концентрированных щелочах. Обработка паром при 100 °С из-за частичного гидролиза полимера вызывает снижение прочности волокна (0,12% за 1 ч). Полиэфирные волокна устойчивы к действию ацетона, четырёххлористого углерода, дихлорэтана и др. растворителей, микроорганизмов, моли, плесени, коврового жучка. Устойчивость к истиранию и сопротивление многократным изгибам Полиэфирные волокна ниже, чем у полиамидных волокон, а ударная прочность выше. Прочность при растяжении Полиэфирные волокна выше, чем у др. типов химических волокон.

в)   Полиуретановые (спандекс)-  по механическим показателям ПУ волокна резко выделяются среди др. видов химических и натуральных волокон и во многом сходны с резиновыми нитями.

ПУ нити - эластомерные нити, они способные к очень большим обратимым, так называемым высокоэластическим деформациям. Для них характерны высокое удлинение (разрывное удлинение - 800 %), низкий модуль упругости, способность к упругому восстановлению в исходное состояние за очень короткое время (доля упругой деформации 90-92%). Именно эта особенность определяет область применения ПУ нитей, они придают текстильным материалам высокую эластичность, упругость, формоустойчивость и несминаемость. ПУ нити обладают большой устойчивостью к истиранию (в 20 раз больше, чем резиновая нить), устойчивостью к химическим реагентам.ПУ волокна  довольно устойчивы к действию гидролитических  агентов во время отделки, стирки, крашения; стойки в маслах, хлорсодержащих органических растворителях, кислотах, щелочах.

 

 

2)Карбоцепные: содержат в цепи макромолекулы только атомы углерода.

а )Полиакрилонитрильные (нитрон)- обладают хорошим комплексом потребительских свойств. По своим механическим свойствам ПАН волокна очень близки к шерсти, и в этом отношении они превосходят все остальные химические волокна. Их нередко называют «искусственной шерстью». Обладают максимальной светостойкостью, достаточно высокой прочностью и сравнительно большой растяжимостью (22-35%). Благодаря низкой гигроскопичности, эти свойства во влажном состоянии не изменяются. Изделия из них после стирки сохраняют форму. Характеризуются высокой термостойкостью и стойкостью к ядерным излучениям. Обладают инертностью к загрязнителям, поэтому изделия из них легко очищаются. Не повреждаются молью и микроорганизмами.