ВОЛОКНА ХИМИЧЕСКИЕ

ВОЛОКНА ХИМИЧЕСКИЕ, волокна, получаемые из органич. природных и синтетич. полимеров. В зависимости от вида исходного сырья В. х. подразделяются на синтетические (из синтетич. полимеров) и искусственные (из природных полимеров). Иногда к В. х. относят также волокна, получаемые из неорганич. соединений (стеклянные, металлические, базальтовые, кварцевые). В. х. выпускают в пром-сти 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, соединённых посредством крутки). Филаментные нити в зависимости от назначения разделяются на текстильные и технические, или кордные нити (более толстые нити повышенной прочности и крутки).

Историческая справка. Возможность получения В. х. из различных веществ (клей, смолы) предсказывалась ещё в 17 и 18 вв., но только в 1853 англичанин Аудемарс впервые предложил формовать бесконечные тонкие нити из раствора нитроцеллюлозы в смеси спирта с эфиром, а в 1891 франц. инж. И. де Шардонне впервые организовал выпуск подобных нитей в производств, масштабе. С этого времени началось быстрое развитие произ-ва химич. волокон. В 1896 освоено производство медноаммиачного волокна из растворов целлюлозы в смеси водного аммиака и гидроокиси меди. В 1893 англичанами Кроссом, Бивеном и Бидлом предложен способ получения вискозных волокон из водно-щелочных растворов ксантогената целлюлозы, осуществлённый в пром. масштабе в 1905. В 1918-20 разработан способ произ-ва ацетатного волокна из раствора частично смыленной ацетилцеллюлозы в ацетоне, а в 1935 организовано произ-во белковых волокон из молочного казеина. Произ-во синтетич. волокон началось с выпуска в 1932 поливинилхлоридного волокна (Германия). В 1940 в пром. масштабе выпущено наиболее известное синтетич. волокно - полиамидное (США). Произ-во в пром. масштабе полиэфирных, полиакрилонитрильных и полиолефиновых синтетич. волокон осуществлено в 1954-60.

Свойства. Волокна химические часто обладают высокой разрывной прочностью [до 1200 Мн/м^г (120 кгсГмм²)], значит, разрывным удлинением, хорошей формоустойчивостью, несминаемостью, высокой устойчивостью к многократным и знакопеременным нагружениям, стойкостью к действиям света, влаги, плесени, бактерий, хемо- и термостойкостью. Физико-механич. и физико-химич. свойства В. х. можно изменять в процессах формования, вытягивания, отделки и тепловой обработки, а также путём модификации как исходного сырья (полимера), так и самого волокна. Это позволяет создавать даже из одного исходного волокнообразующего полимера В. х., обладающие разнообразными текст, и др. свойствами (табл.). В. х. можно использовать в смесях с природными волокнами при изготовлении новых ассортиментов текст, изделий, значительно улучшая качество и внеш. вид последних.

Производство. Для произ-ва В. х. из большого числа существующих полимеров применяют лишь те, к-рые состоят из гибких и длинных макромолекул, линейных или слаборазветвлённых, имеют достаточно высокую молекулярную массу и обладают способностью плавиться без разложения или растворяться в доступных растворителях. Такие полимеры принято наз. волокнообразующими. Процесс складывается из след, операций: 1) приготовления прядильных растворов или расплавов; 2) формования волокна; 3) отделки сформованного волокна.

Приготовление прядильных растворов (расплавов) начинают с перевода исходного полимера в вязкотекучее состояние (раствор или расплав). Затем раствор (расплав) очищают от механич. примесей и пузырьков воздуха и вводят в него различные добавки для термо- или светостабилизации волокон, их матировки и т. п. Подготовленный т. о. раствор или расплав подаётся на прядильную машину для формования волокон.

Формование волокон заключается в продавливании прядильного раствора (расплава) через мелкие отверстия фильеры в среду, вызывающую затвердевание полимера в виде тонких волокон. В зависимости от назначения и толщины формуемого волокна количество отверстий в фильере и их диаметр могут быть различными. При формовании В. х. из расплава полимера (напр., полиамидных волокон) средой, вызывающей затвердевание полимера, служит холодный воздух. Если формование проводят из раствора полимера в летучем растворителе (напр., для ацетатных волокон), такой средой является горячий воздух, в к-ром растворитель испаряется (т. н. "сухой" способ формования). При формовании волокна из раствора полимера в нелетучем растворителе (напр., вискозного волокна) нити затвердевают, попадая после фильеры в спец. раствор, содержащий различные реагенты, т. н. осадительную ванну ("мокрый" способ формования). Скорость формования зависит от толщины и назначения волокон, а также от метода формования. При формовании из расплава 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 волокна одновременно вытягивается (фильерная вытяжка). В нек-рых случаях волокно дополнительно вытягивается непосредственно после выхода с прядильной машины (пластификационная вытяжка), что приводит к увеличению прочности В. х. и улучшению их текст, свойств.

Основные свойства волокон химических

Вид волокна

Плотность

г/см³

Прочность

Удлинение, %

Набухание в воде, %

Влагопогло-щение при 20 "С и 65% относит, влажности, %

сухого волокна, кгс/мм²

мокрого волокна

волокна в петле

сухого волокна

мокрого волокна

% от прочности сухого

Искусственные волокна

Ацетатное (текст, нить) 

1,32

16-18

65

85

25-35

35-45

20-25

6,5

Триацетатное штапельное волокно

1,30

14-23

70

85

22-28

30-40

12-18

4,0

Вискозные волокна:

штапельное обычное 

1,52

32-37

55

35

15-23

19-28

95-120

13,0

штапельное высокопрочное 

1,52

50-60

75

40

19-28

25-29

62-65

12,0

штапельное высокомодульное 

1,52

50-82

65

25

5-15

7-20

55-90

12,0

текст, нить обычная 

1,52

32-37

55

45

15-23

19-28

95-120

13,0

то же, высокопрочная 

1,52

45-82

80

35

12-16

20-27

65-70

13,0

Медноаммиачные волокна:

штапельное волокно 

1,52

21-26

65

70

30-40

35-50

100

12,5

текст, нить 

1,52

23-32

65

75

10-17

15-30

100

12,5

Синтетические волокна

Полиамидное (капрон):

текст, нить обычная 

1,14

46-64

85-90

85

30-45

32-47

10-12

4,5

то же , высокопрочная 

1,14

74-86

85-90

80

15-20

16-21

9-10

4,5

штапельное волокно 

1,14

41-62

80-90

75

45-75

10-12

4,5

Полиэфирное (лавсан):

текст, нить обычная 

1,38

52-62

100

90

18-30

18-30

3-5

0,35

то же , высокопрочная 

1,38

80-100

100

80

8-15

8-15

3-5

0,35

штапельное волокно 

1,38

40-58

100

40-80

20-30

20-30

3-5

0,35

Полиакрилонитрильное (нитрон):

технич. нить 

1,17

46-56

95

72

16-17

16-17

2

0,9

штапельное волокно 

1,17

21-32

90

70

20-60

20-60

5-6

1,0

Поливинилспиртовое штапельное волокно 

1,30

47-70

80

35

20-25

20-25

25

3,4

Поливинилхлоридное штапельное волокно 

1,38

11-16

100

60-90

23-180

23-180

0

0

Полипропиленовое волокно:

текст, нить 

0,90

30-65

100

80

15-30

15-30

0

0

штапельное волокно 

0,90

30-49

100

90

20-40

20-40

0

0

Полиуретановая нить (спандекс) 

1,0

5-10

юо

100

500-1000

500-1000

-

1,0

Отделка В. х. заключается в обработке свежесформованных волокон различными реагентами. Характер отделочных операций зависит от условий формования и вида волокна. При этом из волокон удаляются низкомолекулярные соединения (напр., из полиамидных волокон), растворители (напр., из поли`акрилонитрильных волокон), отмываются кислоты, соли и др. вещества, увлекаемые волокнами из осадительной ванны (напр., вискозными волокнами). Для придания волокнам таких свойств, как мягкость, повышенное скольжение, поверхностная склеиваемость одиночных волокон и др., их после промывки и очистки подвергают авиважной обработке или замасливанию. Затем волокна сушат на сушильных роликах, цилиндрах или в сушильных камерах. После отделки и сушки нек-рые В. х. подвергают дополнит, тепловой обработке - термофиксации (обычно в натянутом состоянии при 100-180°С), в результате к-рой стабилизируется форма пряжи, а также снижается последующая усадка как самих волокон, так и изделий из них во время сухих и мокрых обработок при повышенных температурах.

Мировое произ-во В. х. развивается быстрыми темпами. Это объясняется, в первую очередь, экономия, причинами (меньшие затраты труда и капитальных вложений) и высоким качеством В. х. по сравнению с природными волокнами. В 1968 мировое произ-во В. х. достигало 36% (7,287 млн. иг) от объёма произ-ва всех видов волокон.

В. х. в различных отраслях в значит, степени вытесняют натуральный шёлк, лён и даже шерсть. Предполагается, что к 1980 произ-во В. х. достигнет 9 млн. т, а в 2000-20 млн. т в год и сравняется с объёмом произ-ва природных волокон. В СССР в 1966 было выпущено ок. 467 тыс. то, а в 1970 623 тыс. т.

Лит.:‘Характеристика химических волокон. Справочник, М., 1966; Роговин 3. А., Основы химии и технологии производства химических волокон, 3 изд., т. 1 - 2, М.- Л., 1964; Технология производства химических волокон, М., 1965. В- В. Юркевич.