Реферат: Синтетические волокна
Последниеразработки в области химии синтетических волокон.
Последниедостижения химической технологии позволяют надеяться на получение полыххимических волокон в самом ближайшем будущем. Такая технология уже осваиваетсядля использования новых материалов в мембранных технологиях.
Голландская химическая компания «DCM» в начале 80-х годовналадила выпуск нового полимерного сверхпрочного материала — полиэтиленовоговолокна. При испытаниях его прочность на разрыв оказалась раз в 10 выше, чем устальной проволоки такой же толщины.
В 1985 году, согласно сообщению авторитетногожурнала «DesignNews», быларазработана технология выпуска сверхпрочного волокна, получившего название«Спектр — 900». Оно формируется из желеобразного высокомолекулярного полиэтиленас помощью центрифуг. Кроме высокой степени прочности, это волокно обладаетвысокой абразивной стойкостью, влагонепроницаемостью, лёгкостью. Поэтому изнего можно сделать и ракетные корпусы, и сосуды высокого давления, иискусственные суставы, и паруса…
Метод получения сверхпрочных синтетическихволокон значительной длины из карбида кремния разработал японский химик СейсиЯдзима. Эти волокна прочнее лучших сортов стали в 1,5 раза. Причём прочностьматериала не теряется даже при длительном нагревании до +1200˚С.
В 1983 году в мировой прессе появились сообщенияо создании синтетической ткани, которая оставалась термостойкой при нагреваниидо + 1400˚С.
Ранее был известен синтетический органическийматериал, выдерживающий температуру до 10 тыс. градусов. Он был получен ещё вначале 60-х годов и вошёл в историю под названием плутон. Молекула его состоялаиз атомов углерода, водорода, кислорода и азота. В то же время плутон обладалмалой прочностью, уступала капрону в 9-10 раз. Самое термостойкое волокновырабатывается сегодня в промышленности под торговым названием кевлар.
/>/> Полиэфирные волокна типалавсан имеют высокие показатели по светло -, плесене — и атмосферостойкости. Ктому же этот синтетический материал обладает отличным показателем стойкости ине реагирует на органические растворители. Лавсану принадлежит ещё один рекорд.Его удельное электрическое сопротивление от 10 до 10 Ом·м, выше которогонет у всех других веществ. Именно эти показатели и «виновны» в том, что мировоепроизводство волокон превысило 6 млн. тонн в год.
Повышенной атмосферостойкостью и наибольшейустойчивостью к действию сильных кислот обладают полиакрилонитрильные волокна.Они широко применяются в производстве ковров, мехов, брезентов, обивочных ифильтровальных материалов.
По плесенестойкости нет равных поликапроамидномуволокну. А поливинилспиртовое и поливинилхлоридное волокна, нашедшиедостаточное распространение в практике, отличаются от других синтетическихматериалов тем, что абсолютно не поддаются никаким разрушительным действияммикроорганизмов.
Совместными усилиями специалистов из Московского НИИ автотракторныхматериалов, Ивановского завода «Искож» и Ивановского НИИ плёночных материалов всередине 80-х годов был создан новый материал «Теза-М». Это – синтетическаяткань, помещённая между слоями поливинилхлоридной плёнки. Самое главное, чтоэтот материал не боится ни огня, ни воды, ни сильных морозов. Из него не шьют,а сваривают различные изделия, в первую очередь тенты для грузовых машин«КамАЗ».
Наибольшим сопротивлением ударным нагрузкам и предельно низкойгигроскопичностью обладают полиамидные волокна. Ценность их повышается ввидуодновременно высокой прочности, эластичности и износостойкости. Аполиундеканамидное волокно из этого класса полимеров имеет один из лучшихпоказателей по электроизоляционности.
Французскими исследователями во главе с Ж.-М. Леном в середине 80-х годов былисозданы электропроводящие материалы сверхтонкой структуры. Толщина этихтончайших проводников электрического тока в диаметре намного тоньшечеловеческого волоса. Длины молекулярной цепочки достаточно, чтобы ею пронизатьвесь двойной липидный слой мембраны. Подобные электронити на уровнемолекулярного масштаба могут быть использованы в качестве элементов связи вмикроэлектронике.
Наибольшую растяжимость из всех распространённых синтетических материаловдемонстрирует полиуретановое волокно. Относительное удлинение его составляет500-700%, то есть это волокно способно растягиваться подобно резиновым нитям,да к тому же имеет ещё более высокие показатели прочности, износостойкости,упругого восстановления и меньшую толщину. Поэтому оно незаменимо впроизводстве спортивной одежды, купальных, корсетных и других изделий.
Японские специалисты в 1982году создали новое синтетическое волокно с необычными свойствами: сшитая изнего одежда способна защищать человека от нейтронного излучения. Это достижениестало ответом прогрессивной научной мысли на создание в СССР и США нейтроннойбомбы.
А спецодежда и технические ткани, изготовленные из другого синтетическоговолокна, предельно устойчивы к действию гамма-излучения. Это поликарбонатноеволокно.
К ионизирующему излучению более всего устойчив поли–м-фениленизофталамид,который выпускают в промышленности под названием фенилон. Кроме того, этотматериал – один из самых термически стойких. Поэтому он находит применение впроизводстве особых высокопрочных пластмасс и термостойкихволокон.
Введение.
Химические волокна, волокна, получаемые из органических природных исинтетических полимеров. В зависимости от вида исходного сырья химическиеволокна подразделяются на синтетические (из синтетических полимеров) иискусственные (из природных полимеров). Иногда к химическим волокнам относяттак же волокна, получаемые из неорганических соединений (стеклянные,металлические, базальтовые, кварцевые). Химические волокна выпускаются впромышленности в виде: 1) моноволокна (одиночное волокно большой длины); 2) штапельного волокна (короткие отрезки тонких волокон); 3)филаментных нитей(пучок, состоящий из большого числа тонких и очень длинных волокон, соединенныхпосредством крутки). Филаментные нити в зависимости от назначения разделяютсяна текстильные и технические, или кордные нити (более толстые нити повышеннойпрочности и крутки).
Историческая справка.
Возможность получения химических волокон из различных веществ (клей, смолы)предсказывалась ещё в 17-18 веках, но только в 1853 году англичанин Аудемарсвпервые предложил формовать бесконечные тонкие нити из раствора нитроцеллюлозыв смеси спирта с эфиром, а в 1891 году французский инженер И. де Шардонневпервые организовал выпуск подобных нитей в производственном масштабе. С этоговремени началось быстрое развитие производства химических волокон. В 1893 годуосвоено производство медноаммиачного волокна из растворов целлюлозы в смесиводного аммиака и гидроокиси меди. В 1893 году англичанами Кроссом, Бивеном иБидлом предложен способ получения вискозных волокон из водно-щелочных растворовксантогената целлюлозы, осуществлённый в промышленном масштабе в 1905году. В1918-20 годах разработан способ производства ацетатного волокна из растворачастично омыленной ацетилцеллюлозы в ацетоне, а в 1935 году организованопроизводство белковых волокон из молочного казеина. Производство синтетическихволокон началось с выпуска в 1932 году поливинилхлоридного волокна (Германия).В 1940 году в промышленном масштабе выпущено наиболее известное синтетическое волокно– полиамидное (США). Производство в промышленном масштабе полиэфирных,полиакрилонитрильных и полиолефиновых синтетических волокон осуществлено в1954-60 годах.
Свойства.
Химические волокна часто обладают высокой разрывной прочностью (до1200 Мн/кв.м(120 кгс/кв.мм)), значительным разрывным удлинением, хорошейформоустойчивостью, несминаемостью, высокой устойчивостью к многократным изнакопеременным нагружениям, стойкостью к действиям света, влаги, плесени,бактерий, хемо -, и термостойкостью. Физико-механические и физико-химическиесвойства химических волокон можно изменять в процессах формования, вытягивания,отделки и тепловой обработки, а так же путём модификации, как исходного сырья(полимера), так и самого волокна. Это позволяет создавать даже из одногоисходного волокнообразующего полимера химические волокна, обладающиеразнообразными текстильными и другими свойствами (смотри таблицу №1).Химические волокна можно использовать в смесях с природными волокнами приизготовлении новых ассортиментов текстильных изделий, значительно улучшаякачество и внешний вид последних.
Производство.
Для производства химических волокон из большого числа существующих полимеровприменяют лишь те, которые состоят из гибких и длинных макромолекул, линейныхили слаборазветвлённых, имеют достаточно высокую молекулярную массу и обладаютспособностью плавиться без разложения или растворяться в доступныхрастворителях. Такие полимеры принято называть волокнообразующими. Процессскладывается из следующих операций: 1) приготовления прядильных растворов илирасплавов; 2) формования волокна; 3) отделки сформованного волокна.
Приготовление прядильных растворов (расплавов). Этот процесс начинают сперевода исходного полимера в вязкотекучее состояние (раствор или расплав).Затем раствор (расплав) очищают от механических примесей и пузырьков воздуха ивводят в него различные добавки для термо — или светостабилизации волокон, ихматировки и т. п. Подготовленный таким образом раствор или расплав подаётся напрядильную машину для формования волокон.
Формование волокон заключается в продавливании прядильного раствора(расплава) через мелкие отверстия фильеры в среду, вызывающую затвердеваниеполимера в виде тонких волокон. В зависимости от назначения и толщиныформируемого волокна количество отверстий в фильере и их диаметр могут бытьразличными. При формовании химических волокон из расплава полимера (например,полиамидных волокон) средой, вызывающей затвердевание полимера, служит холодныйвоздух. Его формование проводят из раствора полимера в летучем растворителе(например, для ацетатных волокон), такой средой является горячий воздух, вкотором от толщины и назначения волокон, а также отметода формования. При формовании из расплава растворитель испаряется (такназываемый «сухой» способ формования). При формовании волокна из раствораполимера в нелетучем растворе (например, вискозного волокна) нити затвердевают,попадая после фильеры в специальный раствор, содержащий различные реагенты, такназываемую осадительную ванну («мокрый» способ формования). Скорость формованиязависит скорость достигает 600-1200 м/мин, из раствора по «сухому» способу –300-600 м/мин, по «мокрому» способу – 30-130 м/мин. Прядильный раствор(расплав) в процессе превращения струек вязкой жидкости в тонкие волокнаодновременно вытягивается (фильерная вытяжка). В некоторых случаях волокнодополнительно вытягивается непосредственно после выхода с прядильной машины, (астификационнаявытяжка), что приводит к увеличению прочности химических волокон и улучшению ихтекстильных свойств.
Отделка химических волокон заключается в обработке свежесформованныхволокон различными реагентами. Характер отделочных операций зависит от условийформования и вида волокна. При этом из волокон удаляются низкомолекулярныесоединения (например, из полиамидных волокон), растворители (например, изполиакрилонитрильных волокон), отмываются кислоты, соли и другие вещества,увлекаемые волокнами из осадительной ванны (например, вискозными волокнами).Для придания волокнам таких свойств, как мягкость, повышенное скольжение,поверхностная склеиваемость одиночных волокон и других, их после промывки иочистки подвергают авиважной обработке или замасливанию. Затем волокна сушат насушильных роликах, цилиндрах или в сушильных камерах. После отделки и сушкинекоторые химические волокна подвергают дополнительной тепловой обработке –термофиксации (обычно в натянутом состоянии при 100-180˚С), в результатекоторой стабилизируется форма пряжи, а также снижается последующая усадка, каксамих волокон, так и изделий из них во время сухих и мокрых обработок приповышенных температурах.
Мировое производство химических волокон развивается быстрыми темпами. Этообъясняется, в первую очередь, экономическими причинами (меньшие затраты трудаи капитальных вложений) и высоким качеством химических волокон по сравнению с природнымиволокнами.
В 1968 мировое производство химических волокон достигало 36 % (7,287 миллионовтонн) от объёма производства всех видов волокон. Химические волокна в различныхотраслях в значительной степени вытесняют натуральный шёлк, лён и даже шерсть.К 1980 году производство химических волокон достигло 9 миллионов тонн.Предполагается, что уже к 2000 году оно достигнет 20 миллионов тонн в год и сравняетсяс объёмом производства природных волокон. В СССР в 1966 году было выпущенооколо 467 тысяч тонн, а в 1970 – 623 тысяч тонн.
Искусственные волокна.
Искусственные волокна, химические волокна, получаемые из природных органическихполимеров. К искусственным волокнам
Относятсявискозные волокна, медноаммиачные волокна, ацетатные волокна, белковыеискусственные волокна. Вискозные и медноаммиачные волокна, состоящие изгидратцеллюлозы, называют также гидратцеллюлозными. Сырьём для производствавискозных, медноаммиачных и ацетатных волокон служит целлюлоза, выделяемая издревесины; медноаммиачные и ацетатные волокна часто получают из хлопковойцеллюлозы (хлопкового пуха и подпушника). Для получения белковых волокон используютбелки растительного или животного происхождения (например, зеин, казеин).Искусственные волокна формуют из растворов полимеров по сухому или мокромуспособу и выпускают в виде текстильной или кордной нити, а также штапельноговолокна. К недостаткам вискозных, медноаммиачных и белковых волокон относятсязначительная потеря прочности в мокром состоянии и лёгкая сминаемость. Однакоблагодаря хорошим гигиеническим свойствам, дешевизне и доступности исходногосырья производство вискозного волокна продолжает развиваться. Растёт такжевыпуск ацетатных волокон, обладающих рядом ценных качеств (несминаемость,хороший внешний вид). Белковые волокна вырабатываются в небольших количествах,и выпуск их постепенно уменьшается.
Мировое производство искусственных волокон в 1968 году составляло 3527,2 тысячитонн (около 48,4% от общего выпуска химических волокон). Впервые выпускискусственных волокон в промышленном масштабе организован в 1891 году воФранции.
Синтетические волокна.
Синтетические волокна, химические волокна, получаемые из синтетическихполимеров. Синтетические волокнаформуют либо из расплава полимера(полиамида, полиэфира, полиолефина), либо из раствора полимера(полиакрилонитрила, поливинилхлорида, поливинилового спирта) по сухому илимокрому методу.
Синтетические волокна выпускают в виде текстильных и кордных нитей,моноволокна, а также штапельного волокна. Разнообразие свойств исходныхсинтетических полимеров позволяет получать синтетические волокна с различнымисвойствами, тогда как возможности варьировать свойства искусственных волоконочень ограничены, поскольку их формуют практически из одного полимера(целлюлозы и её производных). Синтетические волокна характеризуются высокойпрочностью, водостойкостью, износостойкостью, эластичностью и устойчивостью кдействию химических реагентов. Производство синтетических волокон развиваетсяболее быстрыми темпами, чем производство искусственных волокон. Это объясняетсядоступностью исходного сырья и быстрым развитием сырьевой базы, меньшейтрудоёмкостью производственных процессов и особенно разнообразием свойств ивысоким качеством синтетических волокон. В связи с этим синтетические волокнапостепенно вытесняют не только натуральные, но и искусственные волокна впроизводстве некоторых товаров народного потребления и технических изделий.
В 1968 году мировое производство синтетических волокон составляло 3760,3 тысячитонн (около 51,6 % от общего выпуска химических волокон). Впервые выпусксинтетических волокон в промышленном масштабе организован в середине 30-х годов20 века в США и Германии.
Шёлк и штапельное волокно.
Искусственное волокно может быть получено в виде кручёных нитей бесконечнойдлины (искусственного шёлка) или в виде коротких некрученых волоконец,нарезанных в пучки (штапельки) определённой длины (штапельного волокна). Длинаштапельного волокна подравнивается к длине хлопкового или шерстяного волокна.
Искусственный шёлк является самостоятельным текстильным материалом, которыйможет применяться для изготовления разнообразных текстильных изделий в ткачествеи трикотаже, а также для изготовления корда.
Штапельное волокно применяется преимущественно в чистом виде, а также в смеси схлопком или шерстью, а затем проходит с этими волокнами весь цикл операций напрядильной фабрике. Условия приготовления прядильных растворов при формованиишёлка и штапельного волокна в основном одинаковы. Для прядения штапельноговолокна применяются фильеры со значительно большим числом отверстий, чем дляпрядения искусственного шёлка. Если для прядения искусственного шёлкаприменяются фильеры на 24- 100 отверстий, то при прядении штапельного волокначисло отверстий в фильере доходит до 2000- 12000, что обуславливаетзначительное увеличение производительности прядильной машины.
Из общего количества произведённого в 1949 искусственного волокна 61% составлялискусственный шёлк и 39% — штапельное волокно. Стоимость штапельного волокнапримерно в два раза ниже стоимости искусственного шёлка. Вопрос оцелесообразности производства искусственного шёлка или штапельного волокнарешается соотношением мощности прядильных и ткацких фабрик и вырабатываемымассортиментом изделий.
Основными показателями качества искусственного волокна являются его прочность иэластичность. Удельная прочность волокна характеризуется обычно разрывнойдлиной в километрах. Разрывная длина искусственного волокна составляет 15-20 километров.Метрический номер определяет тонину волокна, то есть число метров волокна в 1грамм. Чем толще волокно, тем больше его титр, тем меньше метрический номер.Элементарное волокно искусственного шёлка имеет метрический номер 6000 – 3000,что соответствует толщине волокна в 20 – 40 микронов. Тонину волокнаискусственного шёлка часто выражают также через титр в денье. Титром называютвес 9000 метров волокна, выраженный в граммах. Если 9000 метров волокна весят 1грамм, то титр волокна равен 1 денье. Удельная прочность волокна выражается такжев граммах на один денье. Нормальная прочность вискозного волокна составляет 1,8– 2,2 грамм на денье.
Путём изменения отдельных параметров технологического процесса и улучшениякачества сырья крепость волокна может быть повышена в 2-3 раза (получение такназываемого высокопрочного искусственного волокна), что особенно существеннопри получении кордного волокна.