Искусственные волокна. Среди химических волокон по объему выпуска первое место занимает искусственное вискозное волокно. Основным веществом для получения вискозного волокна служит древесная целлюлоза и дешевые доступные химические вещества. Достоинством вискозного волокна является высокая экономическая эффективность его производства и переработки. Так, при производстве 1 кг вискозной пряжи трудовые затраты в 2-3 раза ниже затрат на производство такой же пряжи из хлопка и в 4,5-5 раз ниже производства 1 кг шерстяной пряжи.
Выпускается вискозное волокно различной длины и толщины. Толщина элементарного волокна вискозного шелка бывает от 0,5 до 0,2 текс.
Вискозные волокна обладают достаточной прочностью, однако в мокром состоянии их прочность падает до 50-60%. Их недостатком является способность усаживаться, т. е. сокращаться по длине, особенно после стирки изделий.
Эти волокна обладают высокими гигиеническими свойствами, так как они характеризуются способностью хорошо впитывать влагу. Вискозные волокна термоустойчивые.
При нагревании они не размягчаются и выдерживают нагрев без разрушения до 150°. При более высоких температурах (175-200°) наступает процесс разложения волокна.
Вискозные волокна с повышенными свойствами получили название полинозных. По своим свойствам они приближаются к хлопковому волокну.
На основе хлопковой или древесной целлюлозы получают другие искусственные волокна - медноаммиачные и ацетатные.
Медноаммиачное волокно по своим свойствам напоминает вискозное волокно. Производится оно в небольших количествах, так как его производство гораздо дороже, чем производство других искусственных волокон. Применяется главным образом в смеси с шерстью.
Ацетатные волокна выпускают двух видов: диацетатные и триацетатные. Диацетатные волокна называют обычно ацетатными. Ацетатные волокна обладают достаточной прочностью. Их разрывное удлинение 18-25%. Разрывная прочность ацетатного волокна в мокром состоянии снижается на 40-50%, а триацетатного - на 10-15%. Ацетатное волокно поглощает примерно 6,5% влаги, а триацетатное - не более 1-1,5%.
Ацетатные волокна по своим свойствам занимают промежуточное положение между искусственными и синтетическими волокнами.
В отличие от вискозных ацетатные волокна термопластичны и при температуре 140-150° начинают деформироваться.
Применение ацетатных волокон в смеси с вискозными позволяет значительно снизить сминаемость изделий. Ацетатные волокна не окрашиваются красителями, применяемыми для крашения вискозных волокон, поэтому применение ацетатных волокон в смеси с вискозными позволяет создавать различные колористические эффекты, облагораживать лицевую поверхность ткани.
Из других искусственных волокон в производстве тканей используют стеклянные и металлические; металлические нити применяют для придания тканям различных декоративных эффектов; они носят название алюнит, люрекс, метлон и др.
Синтетические волокна. Из синтетических волокон наибольшее распространение получили полиамидные волокна, к которым относятся капрон, анид, энант и другие волокна. В нашей стране среди полиамидных волокон первое место занимает капроновое волокно. Для его получения используют смолу капролактам, которую получают путем химического синтеза из относительно простых органических веществ.
Полиамидные волокна обладают рядом ценных свойств: высокой прочностью на разрыв, упругостью и исключительной устойчивостью к истиранию.
Преимуществом полиамидных волокон является высокая стойкость к истиранию и многократным деформациям.
Волокна – природные или искусственные высокомолекулярные вещества, отличающиеся от других полимеров более высокой степенью упорядоченности молекул и, как следствие, особыми физическими свойствами, позволяющими использовать их для получения нитей.
КЛАССИФИКАЦИЯ
Искусственные волокна – продукты химическое переработки высокомолекулярных природных веществ (целлюлозы, природного каучука, белков).
Синтетические волокна – вырабатываемые из синтетических полимеров (полиамидного, полиэфирного, полиакрилонитрильного и поливинилхлоридного волокон).
Таблица. НЕКОТОРЫЕ ВАЖНЕЙШИЕ ВОЛОКНА
|
Волокно. Химическая формула |
Исходное вещество |
|
Хлопковое (C 6 H 10 O 5) n |
Хлопок |
|
Вискозное волокно (C 6 H 10 O 5) n |
Древесина Целлюлоза |
|
Ацетатное триацетатное |
(C 6 H 10 O 5) n – хлопковая или древесная целлюлоза ангидрид уксусной кислоты |
|
Нитрон (полиакрилонитрильное волокно) |
Акрилонитрил |
|
Лавсан, полиэтилентерефталат (полиэфирное волокно) |
Этиленгликоль HO-CH 2 CH 2 -OH двухосновной кислоты - терефталевой (1,4-бензолдикарбоновой) HOOC-C 6 H 4 -COOH |
|
Капрон (полиамидное волокно) [-NH-(CH 2) 5 -CO-] n |
Капролактам |
ЛАВСАН
Лавсан (полиэтилентерефталат) - представитель полиэфиров:
Получают реакцией поликонденсации терефталевой кислоты и этиленгликоля:
HOOC-C 6 H 4 -COOH + H O-CH 2 CH 2 -OH + HO OC-C 6 H 4 -COOH + … →
→ HOOC-C 6 H 4 -CO – O-CH 2 CH 2 -O – OC-C 6 H 4 -CO – … + nH 2 O
полимер - смола
В общем виде:
n HOOC-C 6 H 4 -COOH + n HO-CH 2 CH 2 -OH →
→ HO-(-CO-C 6 H 4 -CO-O-CH 2 CH 2 -O-) n -H + (n-1) H 2 O
Полимер пропускают через фильеры – макромолекулы вытягиваются, усиливается их ориентация:
Формование прочных волокон на основе лавсана осуществляется из расплава с последующей вытяжкой нитей при 80-120 °С.
Лавсан является линейным жесткоцепным полимером. Наличие регулярно расположенных в цепи макромолекулы полярных сложноэфирных групп
О-СО- приводит к усилению межмолекулярных взаимодействий, придавая полимеру жесткость и высокую механическую прочность. К его достоинствам относятся также устойчивость к действию повышенных температур, света и окислителей.
Достоинства:
- Прочность, износостойкость
- Свето и термостойкость
- Хороший диэлектрик
- Устойчив к действию растворов кислот и щелочей средней концентрации
- Высокая термостойкость (-70˚ до + 170˚)
Недостатки:
1. Негигроскопичен (для производства одежды используют в смеси с другими волокнами)
Применяется лавсан в производстве:
- волокон и нитей для изготовления трикотажа и тканей различных типов (тафта, жоржет, креп, пике, твид, атлас, кружево, тюль, плащевые и зонтичные полотна и т.п.);
- пленок, бутылей, упаковочного материала, контейнеров и др.;
- транспортёрных лент, приводных ремней, канатов, парусов, рыболовных сетей и тралов, бензо- и нефтестойких шлангов, электроизоляционных и фильтровальных материалов, щёток, застёжек "молния", струн ракеток и т.п.;
- хирургических нитей и материалов для имплантации в сердечно-сосудистой системе (эндопротезы клапанов сердца и кровеносных сосудов), эндопротезирования связок и сухожилий.
КАПРОН
Капрон [-NH-(CH 2) 5 -CO-] n – представитель полиамидов.
В промышленности его получают путем полимеризации производного
ε-аминокапроновой кислоты – капролактама.
H 2 N-(CH 2) 5 -CO-OH + H 2 N-(CH 2) 5 -CO-OH + H 2 N-(CH 2) 5 -CO-OH →
ε-аминокапроновая кислота
→ H 2 N-(CH 2) 5 -CO-OH + H 2 N-(CH 2) 5 -CO- … + nH 2 O
Процесс ведется в присутствии воды, играющей роль активатора, при температуре 240-270° С и давлении 15-20 кгс/см 2 в атмосфере азота.
Достоинства:
- Благодаря сильному межмолекулярному взаимодействию, обусловленному водородными связями между группами –CO-NH-, полиамиды представляют собой труднорастворимые высокоплавкие полимеры с температурой плавления 180-250°С.
- Устойчивость к истиранию и деформации
- Не впитывает влагу, поэтому не теряет прочности во влажном состоянии
- Термоплатичен
Недостатки:
1. Малоустойчив к действию кислот
2. Малая теплостойкость тканей (нельзя гладить горячим утюгом)
Применение:
- Полиамиды применяются прежде всего для получения синтетического волокна. Вследствие нерастворимости в обычных растворителях прядение ведется сухим методом из расплава с последующей вытяжкой. Хотя полиамидные волокна прочнее натурального шелка, трикотаж и ткани, изготовленные из них, значительно уступают по гигиеническим свойствам из-за недостаточной гигроскопичности полимера.
- Изготовление одежды, искусственного меха, ковровых изделий, обивок.
- Полиамиды используются для производства технических тканей, канатов, рыболовных сетей.
- Шины с каркасом из полиамидного корда более долговечны.
- Полиамиды перерабатываются в очень прочные конструкционные изделия методами литья под давлением, прессования, штамповки и выдувания.
Синтетические ткани – гости из будущего
Легкие, прочные, долговечные и красивые синтетические материалы занимают все более прочные позиции на современном текстильном рынке. За высокие эксплуатационные характеристики и низкую себестоимость синтетические ткани называют материей будущего.
В сознании многих людей четко отложилась аксиома «Натуральные ткани – это хорошо, а синтетика – плохо». При этом большинство именует синтетикой все материалы, кроме хлопка, льна, шелка и шерсти.
Важно знать! Все ненатуральные ткани подразделяются на две большие группы – искусственные и синтетические. Первые производятся из природных компонентов – целлюлозы, белков, стекла. В основе синтетических материалов – только полимеры, не существующие в природе.
Синтетические волокна получают в процессе синтеза этилена, бензола или фенола, вырабатываемых из природного газа, нефти и каменного угля .
История синтетических тканей началась чуть больше полувека назад, когда незадолго до Второй мировой войны ведущим химиком американской фабрики «Дюпон» Уоллесом Карозерсом был синтезирован новый материал, получивший наименование «нейлон».
Это приятное на ощупь блестящее гладкое полотно тут же оказалось востребованным для производства дамских чулок. В годы войны нейлон шел на нужды армии, из него делали ткань для парашютов и маскировочную сетку.
Уже в конце 40-х – начале 50-х годов ХХ века началась эра синтетики – на текстильном рынке появились капрон, нитрон, анид, полиэстер и другие волокна.
Химическая промышленность не стоит на месте, и сейчас количество наименований синтетических тканей перевалило за сотню. Современные технологии позволяют получать материалы с уже заранее заданными свойствами.
Классификация синтетических волокон
Ткани из синтетических волокон различаются в зависимости от используемого при изготовлении сырья. Все современные материалы можно подразделить на несколько видов.
Полиамидные волокна
К этой группе относятся нейлон, капрон, анид и другие. Чаще всего используются для производства бытовых и технических изделий.
Отличаются высокой прочностью на растяжение и разрыв: капроновая нить в 3–4 раза прочнее, чем хлопковая. Стойки к истиранию, воздействию грибков и микробов.
Основные недостатки – низкая гигроскопичность, высокая электризуемость, устойчивость к солнечному свету. При длительном сроке службы желтеют и становятся ломкими.
Полиэфирные волокна
Самым ярким представителем этой группы синтетических материалов является лавсан, напоминающий по внешнему виду тонкую шерсть. В некоторых странах лавсан известен под названием терилен или дакрон.
Лавсановые волокна, добавленные к шерстяным, обеспечивают изделиям прочность и уменьшают их сминаемость.
Недостатком лавсана является его низкая гигроскопичность и относительная жесткость. К тому же ткань сильно электризуется.
Применяется для пошива костюмов, платьев, юбок, а также для производства искусственного меха.
Полиуретановые волокна
Главное достоинство этих волокон – эластичность и большая прочность на разрыв. Некоторые из них могут растягиваться, увеличиваясь в 5–7 раз.
Ткани, производимые из полиуретана – спандекс, лайкра, – прочные, упругие, не мнутся и прекрасно облегают тело.
Отрицательные стороны: плохо пропускают воздух, негигроскопичны, имеют низкую теплостойкость. Используются при производстве трикотажных полотен для пошива верхней одежды, спортивных костюмов, чулочно-носочных изделий.
Полиолефиновые волокна
Эти самые дешевые синтетические нити получают из полиэтилена и полипропилена. Основное использование – производство ковровых изделий, технических материалов.
Ткани, в состав которых входят полиолефиновые волокна, обладают повышенной прочностью, износостойкостью, не портятся при воздействии плесени или различных микроорганизмов.
Недостатками можно назвать значительную усадку при стирке, а также неустойчивость к высоким температурам.
Интересный факт! Не так давно было обнаружено основное достоинство полиолефиновых волокон – их способность отталкивать воду, оставаясь сухими. Благодаря этому волокна используются при производстве водоотталкивающих изделий – палаток, плащевой ткани и т. п.
Синтетический – не значит плохой
При всей своей «ненатуральности» синтетические ткани обладают рядом существенных плюсов:
- Долговечность. В отличие от «натуралов», синтетика абсолютно не подвержена гниению, воздействию плесени, грибков или различных вредителей.
- Стойкость цвета. Благодаря особой технологии, при которой ткань вначале отбеливается, а затем окрашивается, синтетика сохраняет устойчивость красок на долгие годы.
- Легкость и воздушность. Синтетические ткани весят в несколько раз меньше, чем их натуральные собратья.
- Несминаемость. Изделия из химических волокон не мнутся при носке и превосходно сохраняют форму. Синтетическую одежду можно развешивать на плечиках, не опасаясь вытягивания.
- Низкая себестоимость. Поскольку в основе производства данных тканей лежит недорогое сырье, то изделия из них доступны любым категориям покупателей.
К тому же большое многообразие синтетических тканей позволяет каждому выбрать материал исходя из своих требований и вкуса.
Без недостатков не обойтись
Хотя современная химическая промышленность и развивается семимильными шагами, пытаясь улучшать свойства синтетических материалов, все же пока от некоторых негативных сторон избавиться не удается.
Список основных недостатков синтетики:
- Пониженная гигроскопичность. Одежда из синтетики плохо впитывает влагу, нарушается теплообмен, тело человека потеет.
- Впитывание запахов. Некоторые виды тканей способны накапливать в себе неприятные запахи и распространять их вплоть до следующей стирки.
- Вероятность возникновения аллергии. У людей со склонностью к аллергическим реакциям после контакта с синтетикой может появиться раздражение на коже.
- Токсичность. К сожалению, дешевые синтетические материалы не всегда безопасны для здоровья. Не рекомендуется покупать такую одежду, в особенности для маленьких детей.
Если одежда из 100% синтетики может вызвать у покупателей вполне понятные опасения, то добавление химических волокон в натуральные ткани только улучшает их свойства, делая более безопасными и экологичными.
Важно! Материалы из смешанных волокон эластичные, не мнутся при носке, не требуют глажки, не вызывают аллергию у людей с чувствительной кожей.
Коротко о наиболее известных синтетических тканях
К самым распространенным синтетическим материям можно отнести:
- Акрил. Сырье для этой ткани получают из природного газа. По своим свойствам акрил близок к натуральной шерсти. Хорошо сохраняет тепло, поэтому из него часто шьют верхнюю одежду. Не боится моли, не выгорает на солнце и долго сохраняет яркость цвета.
Основной недостаток акрила – образование катышков при длительной носке.
- . Промышленный выпуск этой ткани был налажен в 80-х годах прошлого столетия. По мягкости и удобству в носке флис сравним с натуральной шерстью или мехом.
Ткань очень легкая, эластичная, воздухопроницаемая, прекрасно сохраняет тепло. Флис неприхотлив в уходе: его можно стирать в машинке и не нужно гладить. Одежда из флиса великолепно подходит для прогулок, активного отдыха, в качестве материалов для домашних халатов и пижам.
Единственным недостатком данного материала является его способность электризоваться.
- Полиэстер. Сами по себе полиэстеровые волокна жесткие и плохо поддаются окраске. Однако в сочетании с хлопком или льном они приобретают совсем иные качества: мягкость, эластичность, устойчивость к влаге и высоким температурам.
Благодаря этим качествам полиэстеровые ткани – лучший материал для пошива штор, занавесок, домашнего текстиля – скатертей, покрывал, салфеток.
Кроме того, гладкость и шелковистость полиэстера используется при изготовлении женского нижнего белья.
- . Ткань была разработана в Японии и впервые увидела свет в 1975 году. Волокно настолько тонкое, что моток пряжи длиной в 100 километров весит всего пять грамм.
Микрофибра хорошо стирается, быстро сохнет, долго держит форму и сохраняет цвет. Отлично впитывает влагу, поэтому чаще всего из нее делают товары для дома: салфетки, тряпочки, полотенца и т. п.
С каждым годом ассортимент синтетических тканей растет, они приобретают новые все более совершенные характеристики, стремясь удовлетворить запросы самых требовательных покупателей.
В результате каждый день их используют миллиарды людей . И, в самом деле, любой из нас стремится предстать перед окружающими в наиболее привлекательном виде за счет использования наиболее привлекательной одежды, которую создают из самых лучших волокон, какие только существуют . Многим из нас требуется биоразлагаемый шовный материал в случае хирургического вмешательства. Мы все живем в домах, в которых необходимы волокна для воздушных и водяных фильтров . Удобная в обращении обтирочная салфетка из волокна помогает легко производить уборку на нашей кухне. И, действительно, широкий диапазон волокон позволяет создавать бесконечной количество применений.
Мы используем натуральные и синтетические волокна. Натуральные волокна использовались с незапамятных времен . Недавно на рынок были представлены новые бамбуковые волокна 1 , которые начинают широко использоваться . Эти волокна демонстрируют противомикробные свойства, и их можно использовать для создания многих текстильных применений, а также «зеленых» композитов. Хлопок, шелк, шерсть или лен (возможно, древнейшее волокно в мире) используются во всех сферах нашей повседневной жизни.
Интересно, что известные волокна являются полимерами. Большинство из них представляет собой просто линейные макромолекулы. Следует отдать должное д-ру Штаудингеру, лауреату Нобелевской премии, который был первым, кто отметил, что полимеры представляют собой линейные ковалентно связанные молекулы и не являются агрегатами, как считалось ранее. Он заложил основы химии синтетических органических полимеров и волокон . Вскоре после этого открытия пионерские работы д-ра Каротерса из компании Du Pont и д-ра Шлака из компании BASF представили нам полимерные волокна найлона 6,6 и найлона 6 соответственно. Позднее, в 1946 г. Винфилдом и Диксоном была разработана технология производства полиэтилен терефталата (PET ), и на рынке появились полиэфирные штапельные волокна. Найлоны и PET являются основными полимерными волокнами. На протяжении ряда лет было разработано множество других полимеров, и каждый день синтезируется множество новых макромолекул . В последние годы наблюдались значительные достижения в области разработки новых полимеров и полимерных волокон. Существенные достижения были достигнуты в области производства высокоэффективных волокон, эластичных волокон и нановолокон, произведенных из биополимеров за счет использования технологии электропрядения, а также высокоэффективных полиэфирных волокон. В результате, в этом номере Polymer Reviews мы ставим своей задачей информирование читателя о современном положении дел и обзорное рассмотрение этих новых достижений.
Высокоэффективные волокна
В последнее время большие усилия сосредотачиваются на производстве полимеров со сверхвысоким модулем. Ковалентные связи, присутствующие в этих полимерах, отвечают за их прочность . Тем не менее, синтетические полимеры обычно не демонстрируют соответствующего потенциального высокого модуля. Высокий модуль и прочность могут быть результатом структурного совершенства, такого как прямые, прекрасно выстроенные, стабильные и плотно упакованные цепи. Обычно присутствует сочетание расширенных цепей и высокой кристаллической ориентации .
Хорошо известно, что самые высокие значения модуля упругости, о которых сообщается для линейных полимеров, обычно намного меньше расчетных теоретических значений . Накамае и его коллеги 3 измерили "теоретический" модуль упругости , который был определен на основе наблюдения за зависящей от напряжения рентгеновской дифракцией в направлении полимерной цепи. Такое теоретическое значение модуля упругости сопоставляллось с окончательным модулем полимера. Большинство полимеров демонстрируют модули упругости при растяжении значительно ниже тех значений, которые имеются у их кристаллических решеток в направлении цепи . Только у ультра вытянутого полиэтилена с высокой молекулярной массой (UHMW PE ), изотактического полипропилена и кевлара модули, близкие к теоретическим значениям . Полиамидные волокна смогли достигать максимально только 1/20 своего теоретического значения.
В случае с полимерами с гибкой основной цепью, прочная и жесткая полимерная структура может быть получена за счет преобразования высоко ориентированных и расширенных конформаций цепей . В результате были получены значительно более высокие свойства упругости на разрыв, аналогичные свойствам ультра вытянутого полиэтилена с высокой молекулярной массой . Высокий модуль полиэтилена был получен за счет прядения из раствора (прядения геля) со сверх высокой степенью вытяжки. Закариадис и его коллектив успешно осуществляли вытяжку полиэтилена со сверхвысоким молекулярным весом более 200 раз и получили почти теоретическое значение модуля при такой степени вытяжки. Кристаллическая морфология полиэтилена со сверхвысокой молекулярной массой, получаемого из раствора (UHMWPE ), была деформирована втонковолокнистые структуры при значениях степени вытяжки, превышающих 200. Такая высокая степень вытяжки образуется за счет меньшего числа переплетений цепи и между- и межпластиновных связующих молекул в такой более упорядоченной морфологии кристаллов со сложными цепями и повторным входом . Высокоэффективные полиэтиленовые волокна в настоящее время производятся в промышленном масштабе с использованием метода гелепрядения компанией DSM High Performance Fibers из Нидерландов, совместным предприятием Toyobo / DSM в Японии, а также компанией Honeywell (ранее Allied Signal или Allied Fibers ) из США. Прочность Spectra 1000 достигает значения модуля Юнга 124 ГПа и прочности на разрыв 3.51 ГПа. По сообщению Афшари и Ли, была проведена большая работа для повышения термической стабильности этих волокон.
Компания Du Pont de Nemours в настоящее время разрабатывает товарные волокна и пряжи из M 5. Очень интересный мономер , 2,5-дигидрокситерефталевая кислота, используется для производства поли-2,6-диимидозопиридинилен-1,4-(2,5-дигидрокси)фенилена (PIPD ). Уникальной чертой этих полимеров является то, что две гидроксильные группы (на терефталевой кислоте) могут образовывать межмолекулярные связи и, следовательно, фибриллирование, которое часто является проблемой для арамидных волокон, здесь практически исключается . В результате, у волокон M 5 самый высокий предел прочности при сжатии среди всех синтетических волокон, Исследовательская оценка ультрафиолетовой стабильности М5 показала наличие превосходных эксплуатационных характеристик в этой области. Механические свойства этого нового волокна делают его конкурентоспособным по отношению к углеволокну при изготовлении многих применений, имеющих легкие, тонкие, выдерживающие нагрузку, жесткие, современные композитные компоненты и структуры . Огромные усилия были предприняты для разработки сверхпрочного кевлара, и, в последнее время, волокон PBO . Не так давно компания DuPont de Nemours объявила о планах расширения производства кевларовых полимеров на своем предприятии в Спруансе на 25% к 2010 г. для того, чтобы быть в состоянии удовлетворить растущий спрос. Благодаря своей высокой прочности на разрыв,высокому рассеянию энергии, низкой плотности и снижению веса, а также удобству кевлар используется при производстве пуленепробиваемых жилетов, шлемов, средств защиты собственности , панелей, средств защиты автомобилей и стратегического защитного экранирования для защиты человеческой жизни.
Волокна PBO были запущены в промышленное производство компанией Toyobo Co . в 1998 г. под торговым названием Zylon после почти 20 лет исследований в Соединенных Штатах и Японии . Волокна РВО обладают выдающими свойствами в области модуля упругости при растяжении (352 ГПа) и прочности на разрыв (5.6 ГПа) по сравнению с другими имеющимися на рынке высокоэффективными волокнами. Их удельная прочность и удельный модуль в 9 и 9.4 раз выше чем у стали . 6,7 К сожалению для PBO , высоким эксплуатационным характеристикам сопутствуют и существенные проблемы. Хорошо известна плохая устойчивость РВО к воздействию ультрафиолетовых лучей и видимого излучения. У РВО также отсутствует осевая прочность при сжатии . Прочность волокна РВО на разрыв также снижается в высокотемпературных и влажных средах . Немалые усилия были приложены для того, чтобы осуществить химическое изменение волокна РВО для повышения осевой прочности при сжатии .
И волокно кевлар, и волокно РВО рассмотрены Афшари и его коллегами в этой статье. Прочие высокоэффективные продукты, такие как волокна Vectran или PVA (Kurray ) здесь рассматриваться не будут. Мы надеемся собрать данные для другой работы о специальных синтетических волокнах в ближайшем будущем .
Эластичные волокна
Обзор эластичных волокон в данной статье представлен работой профессора Ху и его коллег из Гонконгского Политехнического университета .
Целый ряд компаний производит множество эластичных волокон, которые обладают эластичностью и способностью к восстановлению . Их можно получать с помощью прядения полимеров со специальной молекулярной структурой или модифицированных полимеров. В том, что касается упругого удлинения, эластичные волокна можно классифицировать как высокоэластичные волокна (удлинение 400-800%), среднеэластичные волокна (150-390%), низкоэластичные волокна (20-150%), и микроэластичные волокна с упругим удлинением менее 20%.
Традиционные эластичные волокна, такие как спандекс или лайкра, это хорошо известные сегментированные полиуретановые волокна, которые производятся промышленно с использованием технологии сухого прядения. Тем не менее, были разработаны многие новые эластичные продукты, включая высоко гигроскопичный и высвобождающий влагу спандекс (компания AsahiKasei ) или очень мягкий спандекс. И это лишь несколько примеров.
Еще одним интересным продуктом, который может термоотверждаться с волокнами РЕТ, является легко отверждаемый спандекс. У полиэфирного спандекса плохая термическая стабильность, поэтому его нельзя переплетать с полиэфирным волокном . В компании Asahi Kasei разработали низкотемпературный отверждаемый спандекс, который называется Roica BX , и обладает не только хорошим отверждением, но также может переплетаться с полиэфирным волокном и отверждаться при высокой температуре .
Еще одной инновацией является волокно со скрытой извитостью. В компании Du Pont de Nemours (Уилмингтон, Делавэр ) приступили к изучению первой пряжи со скрытой извитостью (из полипропилена) еще в начале шестидесятых годов. Недавно на рынке приобрели популярность новые запущенные в промышленное производство продукты со скрытой извитостью компании Du Pont , полиэфир T -400 и найлон T -800. Компания Unitica (Хиого, Япония) также запустила в промышленное производство пряжи со скрытой извитостью, Z -10 и S -10. Кроме того, двухкомпонентное волокно из найлона и полиуретана под названием Sideria , разработанное компанией Kanebo (Япония), позволяет приспособить до нужной степени термическую обработку к самой скрытой извитости.
XLAT M представляет собой растягивающееся волокно на полиолефиновой основе, которое обладает природной устойчивостью к воздействию агрессивных химических веществ, высокой теплоты и ультрафиолетовых лучей, и обеспечивает преимущества в области эксплуатационных характеристик, сопоставимые с преимуществами существующих эластичных волокон . Эта очень новая и интересная технология разработана компанией Dow Chemical , и представлена здесь Кейси, нашим постоянным автором .
Включение волокна XLA в ткани раскрывает несравненные возможности для разработки удобной в обращении и износостойкой одежды с улучшенной способностью сохранять форму. В США мы видим волокно Lastol , это новое родовое название для данного эластичного волокна на основе полиолефина . 10 " 13 В специальной микроструктуре XLA сочетаются длинные и эластичные цепи с кристаллическими и ковалентными связями или перекрестными связями с формированием сложной сети . За счет использования собственной технологии Dow по сшиванию с помощью электронного луча осуществляется управление длиной цепи, и количеством кристаллитов для придания волокну XLA уникального эластичного профиля . Высокое растяжение достигается при низких уровнях усилия, что позволяет одежде без труда растягиваться и сгибаться, сохраняя при этом свою изначальную форму .
Другой технологией будущего являются волокна с запоминанием формы. Как отмечает профессор Ху: "Задачей на будущее является исследование двухсторонних многофункциональных и имеющих много стимулов полимеров с бионическим запоминанием формы, которые можно будет активировать с помощью тепла, влажности, химических веществ, магнетизма и электричества или с помощью оптического стимула, и которые будут иметь функции устойчивости к воздействию ультрафиолетового излучения, а также противобактериальные, антистатические и препятствующие образованию плесени; а также создание системной, обобщенной и интегрированной теории полимеров с запоминанием формы наряду с применением таких полимеров с запоминанием формы при производстве текстиля". Не далек тот день, когда все эти идеи будут воплощены в жизнь в наших лабораториях и на наших промышленных предприятиях .
Волокнистые материалы, изготовленные электропрядением
С помощью традиционных технологий прядения волокна, таких как мокрое прядение, сухое прядение, прядение из расплава и гелепрядение можно производить полимерные волокна с диаметрами до значений микрометрового диапазона . При уменьшения диаметра волокна с микрометров до нанометров можно получить очень большое отношение площади поверхности к объему. Эти уникальные свойства делают полимерные нановолокна идеальными кандидатами для использования во многих важных применениях . Полимерные волокна могут генерироваться из электростатически стимулируемой струи полимерного раствора или полимерного расплава (Рис. 1). Эта технология, известная как технология электропрядения, привлекала большое внимание в предыдущем десятилетии благодарятому, что она обеспечивала возможность повторяемого производств полимерного волокна с диаметром в диапазоне от 50 до 500 нм. 15 " 19 Благодаря небольшим размерам ячеек и большой площади поверхности, которые изначально присущи текстильным, материалам, изготовленным электропрядением, эти ткани являются многообещающими для производства защитной одежды для солдат (они позволят максимально повысить выживаемость, возобновляемость и боевую эффективность индивидуальных систем солдатской одежды для борьбы с экстремальными погодными условиями , и в условиях баллистической, ядерной, биологической и химической войны ).
Введение………………………………………….…………………………3
1. Характеристики синтетических волокон………………………..…….3
2. Сырье для производства синтетических волокон……………………..4
3. Производство синтетических волокон…………………………………5
4. Применение синтетических волокон……………………….…………11
Список литературы……………………………………………………….12
Введение
Синтетические волокна изготовляют из полимерных материалов, полученных синтезом простых веществ (этилена, бензола, фенола, пропилена и др.), которые вырабатывают из нефтяных газов, нефти и каменноугольной смолы. Синтетические полимерные материалы, предназначенные для производства волокон, изготовляют на основе полимеризационных и поликонденсационных смол. В зависимости от условий проведения процессов полимеризации и поликонденсации получают молекулы полимеров, различные не только по величине, но и по строению. Современные методы синтеза высокомолекулярных соединений позволяют путем использования различных мономеров и изменения условий синтеза получать соединения любого состава и, следовательно, изменять свойства полимера и получаемых из него волокон в требуемом направлении. После получения исходного материала процесс производства синтетических волокон состоит из формования и процессов отделки. Формуют синтетические волокна из раствора, а также из расплава или размягченного полимера.
В настоящее время основную массу синтетических волокон используют в сочетании с природными и искусственными, что позволяет вырабатывать текстильные изделия, отвечающие требованиям потребителей.
Все синтетические волокна в зависимости от строения макромолекул делят на карбоцепные и гетероцепные. Из карбо-цепных волокон наиболее широко применяют полиакрилонитрильные, полихлорвиниловые, поливинилспиртовые, полиолефиновые, а из гетероцепных - полиамидные и полиэфирные.
Характеристики синтетических волокон
Синтетические волокна в отличие от природных и искусственных характеризуются малым влагопоглощением, поэтому изделия из них быстро высыхают. Малая чувствительность к влаге сказывается и на других свойствах этих волокон. Так, физико-механические свойства их почти не изменяются при погружении в воду. Эти волокна имеют высокую прочность как в воздушно-сухом состоянии, так и во влажном, что расширяет область их применения. Важное свойство синтетических волокон - химическая инертность. Так, капрон и анид устойчивы к действию щелочей, лавсан - к действию кислот, свойства хлорина не изменяются под воздействием кислот, щелочей, окислителей и других реагентов. Синтетические волокна устойчивы к действию бактерий, микроорганизмов, плесени и моли.
Однако синтетические волокна различаются многими свойствами. Например, капроновое волокно характеризуется высокой устойчивостью к истиранию, волокно нитрон - к действию солнечного света и атмосферным влияниям, а лавсан - очень низким остаточным удлинением. Синтетические волокна имеют ряд недостатков. Так, малое влагопоглощение значительно затрудняет крашение этих волокон, способствует накоплению электростатических зарядов на их поверхности, снижает гигиенические свойства, что ограничивает использование этих волокон для выработки бельевых и детских изделий.
2. Сырье для производства синтетических волокон
Синтетические волокна – волокна, полученные путем синтеза полимеров, состоящих из природных низкомолекулярных веществ (С, Н, О, N и др.) в результате реакции полимеризации или поликонденсации. Полимеры синтезируют из продуктов переработки нефти, газа и каменного угля (бензола, фенола, этилена, ацетилена, аммиака, синильной кислоты), которые в огромных количествах получают на химических заводах. Меняя состав исходных продуктов, можно варьировать строение и свойства синтетических полимеров и получаемых из них волокон.
Синтетические волокна имеют химический состав, подобный которому не встретить среди природных материалов.