Волокна химические

ВОЛОКНА ХИМИЧЕСКИЕ, формуют из орг. полимеров. Различают искусственные волокна, к-рые получают из прир. полимеров, гл. обр. целлюлозы и ее эфиров (напр., вискозные волокна, ацетатные волокна), и синтетические волокна, получаемые из синтетич. полимеров (напр., полиамидные волокна, полиакрилонитрильные волокна). К химическим иногда относят также волокна из неорг. в-в, напр. стеклянное волокно, борное волокно (см. Бор).

В пром-сти В.х. вырабатывают в виде: 1) штапельных (резаных) волокон дл. 35-120 мм; 2) жгутов и жгутиков (линейная плотность соотв. 30-80 и 2-10 г/м); 3) комплексных нитей (состоят из многих тонких элементарных нитей; в зависимости от линейной плотности и мех. св-в подразделяются на текстильные и технические); 4) мононитей (диам. 0,03-1,5 мм). Свойства В. х. и нитей приведены в таблицах 1-4.

Важные преимущества В. х. перед волокнами природными - широкая сырьевая база, высокая рентабельность произ-ва и его независимость от климатич. условий. Многие В. х. обладают также лучшими мех. св-вами (прочностью, эластичностью, износостойкостью) и меньшей сминаемостью. Недостаток нек-рых В. х., напр. полиакрилонитрильных, полиэфирных, - низкая гигроскопичность.

В 60-70-е гг. созданы В. х. из полимеров со специфич. св-вами, напр.: термостойкие волокна (из ароматич. полиамидов, полиимидов и др.), выдерживающие длит. эксплуатацию при 200-300°С; углеродные, волокна, получаемые карбонизацией В. х. и обладающие высокой жаростойкостью (в бескислородных условиях до 2000 °С, в кислородсодержащих средах до 350-400 °С); фторволокна (из фторсодержащих карбоцепных полимеров), устойчивые в агрессивных средах, физиологически безвредные, обладающие хорошими антифрикц. и электроизоляц. св-вами. Нек-рые из этих волокон характеризуются также более высокими, чем обычные В. х., прочностью, модулем, большей растяжимостью и др. (табл. 4).

Табл. 1.-СВОЙСТВА ШТАПЕЛЬНЫХ ВОЛОКОН ПРИ 20°С И ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА 65%

* В мокром состоянии.

Табл. 2.-СВОЙСТВА ХИМИЧЕСКИХ НИТЕЙ ПРИ 20^oС И ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА 65%

Формование волокон и их структура. К волокнообразующим полимерам предъявляют след. осн. требования: мол. м. в пределах 15000-150000 (верх. предел лимитируется вязкостью р-ров или расплавов, из к-рых м. б. получено волокно, нижний - необходимыми мех. св-вами волокна); сравнительно узкое ММР; способность плавиться без разложения или растворяться в доступных, легко регенерируемых р-рителях.

В. х. формуют из расплавов ( 50-500 Па*с) или р-ров (конц. 5-30%, 3-80 Па*с), отфильтрованных от примесей и дегазированных. Расплав или р-р продавливают через отверстия фильеры (диаметр отверстий 50-500 мкм) в среду, в к-рой струйки полимера затвердевают, превращаясь в волокна.

При формовании из расплава затвердевание струек происходит вследствие их охлаждения воздухом ниже т-ры плавления полимера. Этот способ используют в тех случаях, когда полимер плавится без заметного разложения, напр. в произ-ве волокон из полиолефинов, полиэфиров, алифатич. полиамидов.

Формование из раствора применяют при получении В. х. из полимеров, т-ра плавления к-рых лежит выше т-ры их разложения или близка к ней. Волокно образуется в результате испарения летучего р-рителя ("сухой" способ формования) или осаждения полимера в осадительной ванне ("мокрый" способ), иногда после прохождения струек р-ра через воздушную прослойку ("сухо-мокрый" способ). Сухим способом формуют, напр., ацетатные и полиакрилонитрильные волокна, мокрым - вискозные, полиакрилонитрильные, поливинилхлоридные и др., сухо-мокрым - волокна из термостойких полимеров. наиб. производителен (скорость 500-1500 м/мин, иногда до 7000 м/мин), прост и экологически безопасен способ формования из расплава, наим. производителен (скорость 5-100 м/мин) и наиб. сложен мокрый способ формования из р-ра, требующий регенерации реагентов и очистки выбросов. Скорость формования по сухому способу 300-800 м/мин.

Сформованные В.х. подвергают ориентационному вытягиванию в 3-10 раз и термообработке (релаксации) с целью повышения их прочности, а также уменьшения деформируемости и усадки в условиях эксплуатации. Оптим. т-ра этих операций лежит вблизи т-ры макс. скорости кристаллизации полимера, их продолжительность определяется скоростями релаксационных процессов и кристаллизации.

Табл. 3-СОРБЦИЯ ВОДЯНЫХ ПАРОВ ХИМИЧЕСКИМИ ВОЛОКНАМИ (НИТЯМИ), ИХ НАБУХАНИЕ И СВОЙСТВА В МОКРОМ СОСТОЯНИИ ПРИ 20°С

* Волокна разл. видов. ** Вискозное и медноаммиачное волокна разл. видов.

Табл. 4.-ХАРАКТЕРИСТИКА НИТЕЙ И ВОЛОКОН СО СПЕЦИФИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ ПРИ 20°С И ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА 65%

* Сохранение прочности при ЗОСГС составляет 45-65% от ее исходного значения (после прогрева при этой т-ре в течение 100 ч-50-80%). ** В ГПа.

Заключит. операции получения В.х. или нитей включают их промывку, сушку, обработку замасливателями, антистатиками и др. текстильно-вспомогательными веществами. В число заключит. операций входит иногда и хим. модифицирование В. х., напр.: ацеталирование поливинилспиртовых волокон формальдегидом для придания им водостойкости; прививка на волокна (особенно из полимеров, макромолекулы к-рых содержат реакционноспособные боковые группы) разл. мономеров с целью гидрофилизации В. х. или, наоборот, их гидрофобизации и повышения устойчивости в агрессивных средах. См. также Формование химических волокон.

При получении В.х. из нерастворимых полимеров (напр., из ароматич. полиимидов) для формования используют их растворимые аналоги, к-рые на завершающих стадиях процесса подвергают полимераналогичным превращениям (циклизации). К новым методам получения В.х. относятся, напр., фибриллирование (расщепление) одноосно ориентированных пленок, гл. обр. полиолефиновых, а также формование из дисперсий полимеров.

Большинство В.х. имеет фибриллярную аморфно-кристаллич. структуру со степенью кристалличности 50-95% и углом среднемолекулярной разориентации 25-10°. В формировании мех., термич., сорбционных и др. св-в волокон важную роль играет строение аморфных областей полимера (число "проходных" макромолекул, их ориентация, разнодлинность). Существ. значение имеет также микроструктура волокон (наличие пор, трещин, характер пов-сти), от к-рой зависят их переработка и эксплуатац. св-ва текстильных изделий.

Применение. Перспективы производства. Штапельные волокна и жгуты, перерабатываемые как в чистом виде, так и в смеси с другими хим. или прир. волокнами, предназначены гл. обр. для выработки тканей, трикотажа, нетканых материалов. Жгутики, как правило окрашенные и текстурированные (см. Текстурированные нити), применяются в произ-ве ковровых изделий и искусств. меха. Из текстильных комплексных нитей вырабатывают преим. ткани, трикотаж, чулочно-носочные изделия. Техн. комплексные нити используют в произ-ве изделий, эксплуатируемых при больших нагрузках (шины, РТИ, канаты и др.); мононити - в произ-ве рыболовных снастей, сеток, сит; фибриллированные нити - как основу ковров, тарных тканей и др. Волокна со специфич. св-вами служат армирующими наполнителями композитов, материалами для изготовления спецодежды, тепло- и электроизоляции, фильтров, изделий мед. назначения и др.

Произ-во В. х., особенно синтетических, развивается быстрыми темпами (табл. 5).

Табл. 5.-ДИНАМИКА МИРОВОГО ПРОИЗ-ВА ХИМИЧЕСКИХ И ПРИРОДНЫХ ВОЛОКОН (млн. т)

* В т.ч. 0,7 млн. т синтетических. ** В т.ч. 11,6 млн. т синтетических.

Историческая справка. Первое искусств. волокно было получено из нитрата целлюлозы (его пром. произ-во было организовано во Франции в 1891). В 1896 в Германии было создано произ-во гидратцеллюлозных медноаммиачных волокон, в 1905 в Великобритании - вискозных. К 1918-20 относится разработка способа произ-ва ацетатных волокон. Первое синтетич. волокно -поливинилхлоридное - было выпущено в 1932 в Германии, в 1940 там же было организовано произ-во поликапроамидного волокна. В 50-60-е гг. в разных странах было освоено пром. произ-во полиакрилонитрильных, полиолефиновых, полиэфирных и др. синтетич. волокон. Начало многотоннажного произ-ва В. х. в СССР относится к 1930, когда в Ленинграде была пущена фабрика вискозных волокон. Пром. произ-во первого отечеств, синтетич. волокна (капрон) было организовано в кон. 40-х гг.

Лит.: Роговин 3. А., Основы химии и технологии химических волокон, 4 изд., т. 1-2, М., 1974; Перрпелкин К. Е., Физико-химические основы процессов формования химических волокон, М., 1978; Технология производства хими-1ССКИХ волокон, 3 изд., М., 1980; Химические волокна, под ред. 3. А. Роговина, К.Е. Перепелкина и др., т. 1-10, М., 1972-84; Перепелкин К. Е., Структура и свойства волокон, М., 1985. К.Е. Перепелкин.