Основные этапы производства химических волокон. «Виды химических волокон

22.11.2021 -

XIX век ознаменовался важными открытиями в науке и технике. Резкий технический бум коснулся практически всех сфер производств, многие процессы были автоматизированы и перешли на качественно новый уровень. Техническая революция не обошла стороной и текстильное производство - в 1890 году во Франции впервые было получено волокно, изготовленное с применением химических реакций. С этого события началась история химических волокон.

Виды, классификация и свойства химических волокон

Согласно классификации все волокна подразделяются на две основные группы: органические и неорганические. К органическим относятся искусственные и синтетические волокна. Разница между ними состоит в том, что искусственные создаются из природных материалов (полимеров), но с помощью химических реакций. Синтетические волокна в качестве сырья используют синтетические полимеры, процессы же получения тканей принципиально не отличаются. К неорганическим волокнам относят группу минеральных волокон, которые получают из неорганического сырья.

В качестве сырья для искусственных волокон используются гидратцеллюлозные, ацетилцеллюлозные и белковые полимеры, для синтетических - карбоцепные и гетероцепные полимеры.

Благодаря тому, что при производстве химических волокон используются химические процессы, свойства волокон, в первую очередь механические, можно изменять, если использовать разные параметры процесса производства.

Главными отличительными свойствами химических волокон, по сравнению с натуральными, являются:

высокая прочность;
способность растягиваться;
прочность на разрыв и на длительные нагрузки разной силы;
устойчивость к воздействию света, влаги, бактерий;
несминаемость.

Некоторые специальные виды обладают устойчивостью к высоким температурам и агрессивным средам.

ГОСТ химические нити

По Всероссийскому ГОСТу классификация химических волокон достаточно сложная.

Искусственные волокна и нити, согласно ГОСТу, делятся на:

волокна искусственные;
нити искусственные для кордной ткани;
нити искусственные для технических изделий;
технические нити для шпагата;
искусственные текстильные нити.

Синтетические волокна и нити, в свою очередь, состоят из следующих групп: волокна синтетические, нити синтетические для кордной ткани, для технических изделий, пленочные и текстильные синтетические нити.

Каждая группа включает в себя один или несколько подвидов. Каждому подвиду присвоен свой код в каталоге.

Технология получения, производства химических волокон

Производство химических волокон имеет большие преимущества по сравнению с натуральными волокнами:

во-первых, их производство не зависит от сезона;
во-вторых, сам процесс производства хоть и достаточно сложный, но гораздо менее трудоемкий;
в-третьих, это возможность получить волокно с заранее установленными параметрами.

С технологической точки зрения, данные процессы сложные и всегда состоят из нескольких этапов. Сначала получают исходный материал, потом преобразовывают его в специальный прядильный раствор, далее происходит формирование волокон и их отделка.

Для формирования волокон используются разные методики:

использование мокрого, сухого или сухо-мокрого раствора;
применение резки металлической фольгой;
вытягивание из расплава или дисперсии;
волочение;
плющение;
гель-формование.

Применение химических волокон

Химические волокна имеют очень широкое применение во многих отраслях. Главным их преимуществом является относительно низкая себестоимость и продолжительный срок службы. Ткани из химических волокон активно используются для пошива специальной одежды, в автомобильной промышленности - для укрепления шин. В технике разного рода чаще применяются нетканые материалы из синтетического или минерального волокна.

Текстильные химические волокна

В качестве сырья для производства текстильных волокон химического происхождения (в частности, для получения синтетического волокна) используются газообразные продукты переработки нефти и каменного угля. Таким образом, синтезируются волокна, которые различаются по составу, свойствам и способу горения.

Среди наиболее популярных:

полиэфирные волокна (лавсан, кримплен);
полиамидные волокна (капрон, нейлон);
полиакрилонитрильные волокна (нитрон, акрил);
эластановое волокно (лайкра, дорластан).

Среди искусственных волокон самые распространенные - это вискозное и ацетатное. Вискозные волокна получают из целлюлозы - преимущественно еловых пород. С помощью химических процессов этому волокну можно придать визуальную схожесть с натуральным шелком, шерстью или хлопком. Ацетатное волокно производят из отходов от производства хлопка, поэтому они хорошо впитывают влагу.

Нетканые материалы из химических волокон

Нетканые материалы можно получать как из натуральных, так и из химических волокон. Часто нетканые материалы производят из вторсырья и отходов других производств.

Волокнистая основа, подготовленная механическим, аэродинамическим, гидравлическим, электростатическим или волокнообразующим способами, скрепляется.

Основной стадией получения нетканых материалов является стадия скрепления волокнистой основы, получаемой одним из способов:

Химический или адгезионный (клеевой) - сформованное полотно пропитывается, покрывается или орошается связующим компонентом в виде водного раствора, нанесение которого может быть сплошным или фрагментированным.
Термический - в этом способе используются термопластичные свойства некоторых синтетических волокон. Иногда используются волокна, из которых состоит нетканый материал, но в большинстве случаев в нетканый материал еще на стадии формования специально добавляют небольшое количество волокон с низкой температурой плавления (бикомпонент).

Объекты промышленности химических волокон

Поскольку химическое производство охватывает несколько областей промышленности, все объекты химической промышленности делятся на 5 классов в зависимости от сырья и области применения:

органические вещества;
неорганические вещества;
материалы органического синтеза;
чистые вещества и химреактивы;
фармацевтическая и медицинская группа.

По типу назначения объекты промышленности химических волокон разделяются на основные, общезаводские и вспомогательные.

Природные и химические волокна………………………………………...…….3

Области применения химических волокон…………….………………………..5

Классификация химических волокон………………………………………..…..7

Управление качеством химических волокон…………………….…………...…9

Технологический процесс получения химических волокон……………...…..10

Гибкость производства……………………………………………...…………..14

Список используемой литературы…………………………………………...…15

Природные и химические волокна

Все виды волокон в зависимости от происхождения подразделяются на две группы – природные и химические. Среди природных различают органические (хлопок, лен, пенька, шерсть, натуральный шелк) и неорганические (асбестовое) волокна.

Развитие промышленности химических волокон находится в прямой зависимости от наличия и доступности основных видов сырья. Древесина, нефть, уголь, природный газ и газы нефтепереработки, являющиеся исходным сырьем для получения химических волокон, имеются в нашей стране в достаточных количествах.

Химические волокна уже давно перестали быть только заменителями шелка и других естественных волокон (хлопка, шерсти). В данное время они образуют совершенно новый класс волокон, имеющий самостоятельное значение. Из химических волокон могут быть изготовлены красивые, прочные и общедоступные товары народного потребления, а также высококачественные технические изделия, не уступающие по качеству изделиям из натуральных волокон, а во многих случаях превосходящие их по ряду важнейших показателей.

В текстильной и трикотажной промышленности химические волокна применяются как в чистом виде, так и в смеси с другими волокнами. Из них вырабатывают одежные, плательные, подкладочные, бельевые, декоративные и обивочные ткани; искусственные меха, ковры, чулки, белье, платья, верхнюю одежду, трикотажные и другие изделия.

Стремительное развитие производства химических волокон стимулируется рядом объективных причин:

а) производство химических волокон требует меньших капиталовложений для выработки единицы продукции, чем производство любого вида природного волокна;

б) трудозатраты, требуемые для выработки химических волокон, значительно ниже, чем в производстве любого вида природных волокон;

в) химические волокна обладают разнообразными свойствами, что обеспечивает высокое качество изделий. Кроме того, применение химических волокон позволяет расширять ассортимент текстильных изделий. Не менее важным является и тот факт, сто свойства природных волокон можно изменять только в очень узких пределах, в то время как свойства химических волокон, варьируя условия формования или последующих обработок, можно направленно изменять в очень широком диапазоне.

Области применения химических волокон

В зависимости от назначения химические волокна вырабатываются в виде мононитей, комплексных нитей, штапельного волокна и жгута.

Мононити – одиночные нити большой длины, не делящиеся в продольном направлении и пригодные для непосредственного изготовления текстильных и технических изделий. Мононити чаще всего используются в виде лески, а также для изготовления рыболовных сетей и мукомольных сит. Иногда мононити применяются также в различных измерительных приборах.

Комплексные нити – состоят из двух или более элементарных нитей, соединенных между собой скручиванием, склеиванием, и пригодные для непосредственного изготовления изделий. Комплексные нити, в свою очередь, подразделяются на две группы: текстильные и технические. К текстильным нитям относятся тонкие нити, предназначенные преимущественно для изготовления изделий широкого потребления. К техническим нитям относятся нити с большой линейной плотностью, используемые для изготовления технических и кордных изделий (авто- и авиашины, транспортерные ленты, приводные ремни).

В последнее время комплексные нити высокой прочности при разрыве и с минимальной деформацией при нагружении (высокомодульные) начали широко применяться для армирования пластиков, а высокопрочные нити со специальными свойствами – для изготовления дорожных покрытий.

Штапельное волокно, состоящее из элементарных нитей различной длины резки, до недавнего времени использовалось только для изготовления пряжи на хлопко-, шерсте- и льнопрядильных машинах. В настоящее время волокна с круглым поперечным срезом находят широкое применение для изготовления настенных и напольных ковров и верхнего слоя междуэтажный перекрытий. Волокна длиной 2 – 3 мм (фибриды) находят применение для изготовления синтетической бумаги.

Жгут, состоящий из большого числа продольно сложенных элементарных нитей, используется для изготовления пряжи на текстильных машинах.

Для изделий определенного ассортимента (верхний трикотаж, чулочно-насочные изделия и т.п.) вырабатываются текстурированные нити, которым путем дополнительной обработки придаются повышенная объемность, извитость или растяжимость.

Все вырабатываемые в настоящее время химические волокна по объему производства могут быть разделены на две группы – многотоннажные и малотоннажные. Многотоннажные волокна и нити предназначены для массовой выработки изделий народного потребления и технический изделий. Такие волокна вырабатываются в большом объеме на основе небольшого числа исходных полимеров (ГЦ, ЛЦ, ПА, ПЭТ, ПАН, ПО).

Малотоннажные волокна или, как их еще называют, волокна специального назначения, из-за специфических свойств вырабатываются в небольшом количестве. Они применяются в технике, медицине и ряде отраслей народного хозяйства. К ним относятся термо- и жаростойкие, бактерицидные, огнестойкие, хемосорбционные и другие волокна. В зависимости от природы исходного волокнообразующего полимера химические волокна подразделяются на искусственные и синтетические.

В зависимости от природы исходного волокнообразующего полимера химические волокна подразделяются на искусственные и синтетические.

Классификация химических волокон

Искусственные волокна вырабатываются на основе природных полимеров и подразделяются на гидратцеллюлозные, ацетатные и белковые. Самыми многотоннажными являются гидратцеллюлозные волокна, получаемые вискозным или медноаммиачным методом.

Ацетатные волокна получают на основе уксуснокислых эфиров (ацетатов) целлюлозы с различным содержанием ацетатных групп (ВАЦ и ТАЦ волокна).

Волокна на основе белков растительного и животного происхождения вырабатываются в весьма ограниченном количестве вследствие их низкого качества и использования для их производства пищевого сырья.

Синтетические волокна вырабатываются из полимеров, синтезируемых в промышленности из простых веществ (капролактама, акрилонитрила, пропилена и др.). В зависимости от химического строения макромолекул исходного волокнообразующего полимера они подразделяются на две группы: карбоцепные и гетероцепные.

К карбоцепным относятся волокна, полученные на основе полимера, основная макромолекулярная цепь которого построена только из атомов углерода, соединенных друг с другом. Наибольшее применение из этой группы волокон получили полиакрилонитрильные и полиолефиновые волокна. В меньшей степени, но все же в сравнительно больших количествах вырабатываются волокна на основе поливинилхлорида и поливинилового спирта. В ограниченном количестве вырабатываются фторосодержащие волокна.

К гетероцепным волокнам относятся волокна, полученные из полимеров, основные макромолекулярные цепи которых кроме азота углерода содержат атомы кислорода, азота или других элементов. Волокна этой группы – полиэтилентерефталатные и полиамидные – являются самыми многотоннажными из всех химических волокон. Полиуретановые волокна выпускаются в сравнительно небольшом объеме.

Особо следует отметить группу высокопрочных высокомодульных волокон технического назначения – углеродные, поучаемые из графитизированных или обугленных полимеров, стеклянные, металлические или волокна, получаемые из нитридов или карбидов металлов. Эти волокна применяются главным образом для изготовления армированных пластиков и других конструкционных материалов.

Управление качеством химических волокон

Химические волокна часто обладают высокой разрывной прочностью [до 1200 Мн/м2 (120кгс/мм2)], значит разрывным удлинением, хорошей формоустойчивостью, несминаемостью, высокой устойчивостью к многократным и знакопеременным нагружениям, стойкостью к действиям света, влаги плесени, бактерий, хемо- и термостойкостью. Физико-механические и физико-химические свойства химических волокон 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 химические волокна, обладающие разнообразными текстильными и другими свойствами. Химические волокна можно использовать в смесях с природными волокнами при изготовлении новых ассортиментов текстильных изделий, значительно улучшая качество и внешний вид последних.

Технологический процесс получения химических волокон

Технологический процесс производства химических волокон, как правило включает три стадии. Исключение составляет только производство полиамидных, полиэтилентерефталатных и некоторых других волокон, где технологический процесс начинается с синтеза волокнообразующего полимера.

Первой стадией процесса является получение прядильного раствора или расплава. На этой стадии исходный полимер переводится в вязкотекучее состояние растворением или плавлением. В отдельных случаях (получение ПВС волокон) перевод полимера в вязкотекучее состояние происходит также в результате пластификации. Полученный прядильный раствор или расплав подвергается смешению и очистке (фильтрация, обезвоздушивание). На этой стадии для придания волокнам определенных свойств в прядильный раствор или расплав иногда вводят различные добавки (термостабилизаторы, красители, матирующие вещества и т. п.).

Тема: 1.Технология производства химических волокон

2.Свойства химических волокон

Цель:

изучить классификацию текстильных волокон; ознакомить учащихся с процессом получения химических волокон и их свойствами; научить учащихся использовать свойства волокон при изготовлении изделий из них и ухода за ними;
воспитывать эстетический вкус, внимательность;
развивать логическое мышление.

Изучение нового материала.

Словесно – иллюстративный рассказ.

Долгие столетия люди использовали при производстве те волокна, которые им давала природа – волокна диких растений, шерсть животных, волокна льна и конопли. С развитием земледелия люди начали выращивать хлопчатник, дающий очень хорошее и прочное волокно.

Но природное сырьё имеет свои недостатки. Натуральные волокна, например, слишком коротки, недостаточно прочны, требуют сложной технологической обработки. И люди стали искать сырьё, из которого можно было бы дешёвым способом получать ткань тёплую, как шерсть, лёгкую и красивую, как шёлк, дешёвую и практичную, как хлопок.

Успехи современной химии позволили создать такое химическое волокно из природных материалов, главным образом целлюлозы, получаемой из дерева, соломы. Такое волокно называется искусственным, а волокно, а волокно из синтетических полимеров – синтетическим.

Химические волокна – это волокна, созданные искусственным путём с помощью физических и химических процессов.

Ни одному специалисту сейчас не под силу перечислить всё необъятное множество химических волокон, которые используются для производства тканей. А в лабораториях синтезируются всё новые и новые их виды.

Практические предпосылки для создания искусственного шёлка были созданы изобретениями 19 века.

Хлопковые и лубяные волокна содержат целлюлозу. Было разработано несколько способов получения раствора целлюлозы, продавливания его сквозь узкое отверстие (фильеру) и удаления растворителя, после чего получались нити, похожие на шёлковые. В качестве растворителей использовали уксусную кислоту, щелочной раствор гидроксида меди, едкий натр и сероуглерод. Полученные нити соответственно называются ацетатными, медноаммиачными и вискозными.

Большую группу нитей, выходящих их фильер, вытягивают, скручивают вместе и наматывают в виде комплексной нити на патрон.

Для получения штапельного волокна комплексную нить после отделочных операций разрезают на волокна заданной длины.

Синтетические волокна вырабатывают из полимерных материалов. Волокнообразующие полимеры синтезируют из таких широко распространённых продуктов переработки нефти, как бензол, фенол, аммиак и т. д. Изменяя состав исходного сырья и способы его переработки, синтетическим волокнам можно придавать уникальные свойства, которых нет у натуральных волокон. Синтетические волокна получают в основном из расплава, например, волокна из полиэфира, полиамида, продавливаемого через фильеры.

В зависимости от вида химического сырья и условий его формирования можно вырабатывать волокна с самыми различными, заранее намеченными свойствами. Например, чем сильнее тянуть струйку в момент выхода её из фильеры, тем прочнее получается волокно. Иногда химические волокна даже превосходят по прочности стальную проволоку такой же толщины.

Синтетические волокна также выпускаются в виде мононитей, комплексных и текстурированных нитей, штапельного волокна.

Волокна одного и того же типа в разных странах имеют разные торговые названия. Так, полиамидное волокно в России называют капроном, в США – найлоном, в ФРГ – перлоном.

Рассмотрим свойства некоторых искусственных и синтетических волокон. (Во время объяснения учащиеся рассматривают образцы волокон из наглядного пособия «Текстильные волокна» и образцы ткани.

Вискозное волокно .

Сырьём для получения вискозного волокна служат древесная целлюлоза (еловая щепа, опилки) и химические вещества. Вискозное волокно очень похоже на волокно натурального шёлка. Длина и толщина (тонина) волокон могут быть любыми, цвет зависит от добавленных в раствор красителей.

Вискозные волокна мягкие, гладкие, прямые, с сильным блеском, менее прочные, чем волокна натурального шёлка, имеют малую упругость, поэтому ткани из этих волокон сильно мнутся. Вискозное волокно хорошо впитывает влагу и быстро сохнет. Горит вискозное волокно, как хлопок, жёлтым быстро бегущим пламенем. После сгорания остаётся пепел серого цвета и запах жжёной бумаги.

Ацетатное волокно.

Ацетатное волокно получают путём соединения отходов от хлопка с химическими веществами. Ацетатные волокна также имеют произвольную длину. Они прямые, тонкие, мягкие, прочные, стойкие к износу, упругие, поэтому ткани из них почти не мнутся, имеют резкий блеск или совсем не имеют блеска. Ацетатные волокна плохо впитывают влагу. Цвет волокон зависит от добавленных в раствор красителей.

Горит ацетатное волокно медленно, жёлтым пламенем, на конце образуется оплавленный шарик, и чувствуется особый кислый запах.

Свойства тканей из искусственного шёлка зависят от свойств волокна. Эти ткани – гладкие, с резким блеском или матовые, более тяжёлые, толстые, жёсткие, чем ткани из натурального шёлка, имеют малую усадку и теплозащитность. Эти ткани прочные, но в мокром состоянии их прочность их снижается, хорошо драпируются, плохо пропускают воздух и впитывают влагу. Хорошо стираются в мыльных растворах. Дают небольшую усадку, имеют большую прорубаемость при пошиве изделий, раздвижку нитей в швах при носке. Утюжить ткани из искусственного шёлка надо очень осторожно, особенно из ацетатного шёлка, - от сильного нагрева ткань желтеет.

Полиэфирные волокна (лавсан, кримплен и др.)

Эти волокна имеют гладкую, матовую поверхность. Они прочные, стойкие к износу, не мнутся. В пламени сначала плавятся, затем медленно горят желтоватым пламенем, выделяя чёрную копоть. После остывания образуется твёрдый чёрный шарик.

Существенный недостаток полиэфирных волокон – низкие гигиенические свойства.

Полиамидные волокна (капрон, найлон, дедерон).

Эти волокна имеют гладкую блестящую поверхность, хорошо смачиваются водой, но быстро сохнут. Полиамидные волокна чувствительны к действию тепла, уже при температуре 65 градусов он теряет прочность, поэтому утюжить изделие из этих волокон надо осторожно.

Полиамидные волокна прочные, стойкие к износу.

Гигиенические свойства – низкие.

Волокно горит слабым голубовато – жёлтым пламенем с выделением белого дымка. При остывании на конце образуется твёрдый тёмный шарик.

Полиакрилонитрильные волокна (нитрон, акрил, перлан и др.).

Эти волокна пушистые, матовые, по виду напоминают шерсть, поэтому их часто называют «искусственной шерстью». Прочность и стойкость к износу у полиакрилонитрильных волокон ниже, чем у полиамидных и полиэфирных.

Гигиенические свойства волокна также невысокие.

Горит волокно вспышками, выделяя большое количества копоти. После остывания образуется наплыв, который можно раздавить пальцами.

Эластановое волокно.

К эластановому волокну относятся лайкра, дорластан. Эти волокна чаще всего используют в смеси с другими волокнами. Эластановые волокна очень эластичны, способны увеличивать свою длину при растяжении в 7 раз, а затем сокращаться до первоначального состояния.

Ткани из синтетических волокон отличаются гладкостью, блеском, высокой прочностью. После стирки часто не требуют утюжки.

Недостатки тканей: низкие гигиенические свойства, скольжение, осыпаемость, раздвигаемость нитей.

Где бы мы ни находились: дома, в школе или на улице, - наша одежда впитывает загрязнения как от окружающей среды, так и непосредственно от тела. Человек через поры кожи выделяет значительное количество пота и других веществ, следы которых мы можем увидеть, к примеру, на воротнике и манжетах своей одежды.

Каким образом следует ухаживать за нашими платьями, костюмами и куртками, в первую очередь, зависит от материала, из которого они сшиты. А точнее – от сырьевого состава ткани.

Изделия из вискозы можно стирать вручную или в стиральной машине при щадящем режиме и невысокой температуре (30-40 градусов). Для стирки используют моющие средства для тонких тканей. Вещи из вискозы нельзя отжимать, выкручивать и сушить в центрифуге. После стирки изделие, не отжимая, развешивают или раскладывают на чистой простыне или полотенце, скатывают трубочкой вместе с подложенной тканью и осторожно отжимают. Гладят вискозу тёплым утюгом (положение терморегулятора – «шёлк») во влажном состоянии или через влажный проутюжильник. При этом изделие нельзя пересушивать. Вещи из вискозы можно подвергать химической чистке.

Изделия из ацетата стирают вручную или в стиральной машине при температуре 30 градусов и щадящем режиме. Для просушивания развешивают. Ацетат быстро сохнет и не требует глаженья. При необходимости изделия гладят с изнаночной стороны через сухой проутюжильник при слабом нагреве утюга. Пользоваться сушильными устройствами не рекомендуется.

Триацетат можно стирать в стиральной машине при температуре 70 градусов и гладить горячим утюгом (положение терморегулятора – «шёлк – шерсть»).

Изделия из полиэфирных волокон стирают в стиральной машине при температуре 40-60 градусов. Для стирки изделий из белых тканей применяют универсальные моющие средства, для цветных – моющие средства для тонких или цветных тканей.

Полиэстер можно отжимать в стиральной машине при щадящем режиме и досушивать на воздухе. Пользоваться программой для сушки нельзя, так как пересушенный полиэстер плохо гладится. Утюжат изделия из этой ткани умеренно нагретым утюгом (положение терморегулятора – «шёлк») и через влажный проутюжильник. Вещи из полиэстера хорошо переносят химическую чистку.

Изделия из полиамида стирают и сушат также, как и изделия из полиэстера, но нужно иметь в виду, что температура воды при стирке не должна превышать 40 градусов. Гладят изделия из полиамидных волокон при минимальной температуре без увлажнения.

Изделия из акрила стирают при температуре воды, не превышающей 30 градусов. Не допускается использование автоматической сушки.

Изделия из тканей, содержащих эластан, стирают

Доклад ученицы «Это интересно!» (Приложение №1)

2. Зарисовывание схемы «Химические волокна" (Приложение №2).

3. Работа с учебником

Учащиеся выписывают в рабочую тетрадь основные этапы процесса производства химических волокон (параграф 12,с.47-48.) (Приложение3)

Приложение №1

Доклад «Это интересно!»

Важным этапом научно – технической революции 20 века стало открытие американской фирмой «Дюпон» нового класса синтетических волокон на основе ароматических полиамидов, сокращённо называемых арамидами. Серийное производство нового высокопрочного волокна кевлар было начато фирмой в 1972 году. Позднее арамидные волокна двух разновидностей начали выпускать и в других странах.

Сложность процесса получения арамидных волокон и вследствие этого высокая стоимость ограничивают пока рост их производства, но, безусловно, это волокна с большим будущим. Чтобы убедиться в этом, достаточно взглянуть на их уникальные свойства. Арамидные волокна одной группы (номэкс, конэкс, фенилон) используют там, где необходима стойкость к пламени и термическим воздействиям, вторая группа (кевлар, терлон) имеет высокую механическую прочность в сочетании с малой массой. Волокна типа номэкс тлеют при открытом пламени с температурой более 400 градусов по Цельсию и быстро затухают вне пламени. Их низкая теплопроводность обеспечивает надёжную защиту от воздействия мощных тепловых потоков. Защитная одежда из арамидных волокон выполняет свои функции даже в среде, обогащённой кислородом.

Прочность другой группы арамидных волокон (кевлара) в 5 раз выше, чем прочность стали, к тому же у них отсутствует коррозия.На арамиды практически не влияют длительные температурные воздействия от -40 градусов до +130 градусов по Цельсию, они сохраняют прочность при кратковременном воздействии температур от -196 до +500 градусов по Цельсию. Композиционные материалы на основе арамидов на 22 процента легче и на 46 процентов прочнее, чем материалы на основе стеклопластиков. Арамиды применяют и для изготовления тканей, предохраняющих от механических воздействий. Защитные свойства пуленепробиваемой ткани из кевлара в 2 раза выше, чем ткани аналогичного назначения из найлона, а жилеты из такой ткани весят почти в 2 раза меньше найлоновых пуленепробиваемых жилетов.

Среди новых, уже появившихся волокон можно отметить и так называемые волокна – хамелеоны, т. е. волокна, некоторые свойства которых меняются в соответствии с изменениями окружающей среды. Например, разработаны полые волокна, в которые заливается жидкость, содержащая цветные магнетики. С помощью магнитной указки можно изменять рисунок ткани из таких волокон.

Термореактивные волокна при изменении температуры меняют свой объем, что вызывает изменение теплопередачи ткани. Созданы новые искусственные хлопкоподобные волокна, которые по потребительским свойствами практически не отличаются от хлопковых волокон.

К неорганическим химическим волокнам относятся силикатные и металлические волокна, причем в первую группу входят стеклянные, кварцевые, базальтовые, керамические и некоторые другие виды волокон.

Секрет изготовления стеклянных волокон был открыт древними египтянами около 2000 года до нашей эры, позднее он был утерян и вновь открыт венецианцами в XVI веке. Впервые технология получения стеклянных волокон была описана Реомюром в 1734 году.

Около 1850 года французу де Брюнфо удалось создать фильерный аппарат, пригодный для производства стеклянных нитей диаметром 6-10 микрометров.

Стеклянное волокно не горит, устойчиво к коррозии и биологическим воздействиям, обладает высокой прочностью при растяжении, прекрасными оптическими, электро-, тепло- и звукоизоляционными свойствами. Например, изделия из стеклянного штапельного волокна по теплоизоляционной способности превосходят асбест в 3,5 раза. Слой стекловолокнистого мата толщиной 5 сантиметров по термическому сопротивлению соответствует кирпичной стене толщиной 1 метр.

Очень интересные свойства имеют кремнийорганические волокна, изделия из которых можно использовать при температуре 1000 градусов С.

Высокую механическую прочность и хорошую устойчивость к химическим реагентам имеют керамические волокна, основной вид которых состоит из смеси оксида кремния и оксида алюминия. Керамические волокна можно использовать при температуре около 1250 градусов С. Они отличаются также чрезвычайно высокой химической стойкостью. Устойчивость к радиации позволяет применять их в космонавтике.

Термической обработкой (900 – 3000 градусов по Цельсию) органических волокон, например полиакрилонитрильных, получают углеродные волокна, имеющие очень высокую прочность. Верхний температурный предел для этих волокон выше аналогичной величины для керамических волокон. Углеродные волокна получают непрерывным способом, однако из – за высокой стоимости пока их применение ограничено лишь некоторыми специальными областями.

Приложение №2

Классификация химических волокон

Приложение №3

Процесс производства химических волокон

1.Получение прядильного раствора. Все химические волокна, кроме минеральных, производят из вязких растворов или расплавов, которые называют прядильными. Например, искусственные волокна получают из растворенной в щёлочи целлюлозной массы, а синтетические волокна – путём сложения химических реакций различных веществ.

2.Формование волокна. Вязкий прядильный раствор пропускают через фильеры – колпачки с мельчайшими отверстиями. Количество отверстий в фильере колеблется от 24 до 36 тысяч. Струйки раствора, вытекая из фильер, затвердевают, образуя твёрдые тонкие нити. Далее нити из одной фильеры на прядильных машинах соединяются в одну общую нить, вытягиваются и наматываются на бобину.

3.Отделка волокна. Полученные нити проходят промывку, сушку, крутку, термическую обработку (для закрепления крутки). Некоторые волокна отбеливают, красят и для придания мягкости обрабатывают раствором мыла.

Волокнами называют тела, длина которых во много раз превышает их очень малые размеры поперечного сечения, обычно измеряемого микронами. Волокнистые материалы, т.е. вещества, состоящие из волокон, имеют широкое распространение. Это разнообразные текстильные изделия, мех, кожа, бумага и т.д. Почти до начала 20 века для изготовления волокна и тканей на его основе использовались только природные волокнистые материалы: хлопок, лен, натуральный шелк и пр.

Впервые получение искусственного волокна было осуществлено продавливанием через узкие отверстия азотнокислого эфира целлюлозы в спирто-ацетоновой смеси. В н.в. уже известно свыше 500 различных видов химических волокон, из которых освоено и выпускается промышленностью более 40. По своему происхождению все волокна могут быть подразделены на природные и химические. Химические в свою очередь делятся на искусственные, изготовляемые из ВМС, находящихся в природе в готовом виде (целлюлоза, казеин) и синтетические волокна, получаемые из высокополимеров, предварительно синтезируемых из мономеров.

Если свойства природных волокон изменяются в узких пределах, то химические волокна могут обладать комплексом заранее заданных свойства в зависимости от их будущего назначения. Из химических волокон вырабатываются товары широкого потребления: ткани, трикотаж, одежда, обувь и т.д. В производстве различных типов химических волокон, как из природных полимеров, так и из смол, имеется много общего, хотя каждый метод обладает своими характерными особенностями.

Принципиальные схемы производства химических волокон независимо от исходного сырья делится на четыре стадии.

1. Получение исходного материала (полупродукта). В том случае, если сырьем являются природные ВМС, то их предварительно необходимо очистить от примесей. Для синтетических волокон – это синтез полимеров – получение смолы. При всем многообразии исходных полимерных материалов к ним предъявляются следующие общие требования, обеспечивающие возможность формования волокна и достаточную прочность его:

– линейное строение молекул, позволяющее растворять или плавить исходный материал для формования волокна и ориентировать молекулы в волокне;

– ограниченный молекулярный вес, так как при малой величине молекулы не достигается прочность волокна, а при слишком большой возникают трудности при формовании волокна из-за малой подвижности молекул;

– полимер должен быть чистым, так как примеси снижают прочность волокна.

2. Приготовление прядильной массы. Не все природные и синтетические материалы могут служить основой для производства волокна. Получение вязких концентрированных растворов - высокополимеров в доступных растворителях или перевод смолы в расплавленное состояние – обязательное условие для осуществления процесс прядения. Только в растворе или в расплавленном состоянии могут быть созданы условия, позволяющие снизить энергию взаимодействия макромолекул и после преодоления межмолекулярных связей ориентировать молекулы вдоль оси будущего волокна.

3.Формование волокна является самой ответственной операцией и заключается в том, что прядильная масса подается в фильеру (нитеобразователь), имеющую большое число мельчайших отверстий в донышке в зависимости от метода формования. Пучки тонких волокон, образовавшихся из струек, через ряд направляющих приспособлений непрерывно отводятся в приемное устройство и затем вытягиваются наматывающими приспособлениями: бобиной, роликом, центрифугой. В ходе формования линейные макромолекулы ориентируются вдоль оси волокна. Изменяя условия формования и вытяжки можно получить разные свойства волокна.

4.Отделка заключается в придании волокну различных свойств, необходимых для дальнейшей переработки. Для этого волокна очищают тщательной промывкой от всяких примесей. Кроме того, волокно отбеливается, в некоторых случаях окрашивается и ему сообщается обработкой мыльным или жиросодержащим раствором большая скользкость, что улучшает его способность перерабатываться на текстильных предприятиях.

Вискозный метод производства искусственного волокна из целлюлозы является наиболее широко применяемым способом. Выпуск вискозных волокон в виде шелка, корда и штапеля составляет примерно 76% всех химических волокон.

Для подготовки прядильного раствора целлюлоза с влажностью 5-6% в виде листов размером 600 *800 мм обрабатывается 18-20% раствором едкого натра (процесс мерсеризации). При этом целлюлоза, впитывая раствор едкого натра, сильно набухает. Из нее вымывается большая часть гемицеллюлозы, частично разрушаются межмолекулярные связи и в результате образуется новое химическое соединение – щелочная целлюлоза.

[С 6 Н 7 О 2 (ОН) 3 ]n + nNаОН↔[С 6 Н 7 О 2 (ОН) 2 ОН*NаОН]n

Реакция между целлюлозой и концентрированным раствором едкого натра является обратимой. В зависимости от применяемой аппаратуры и формы целлюлозы процесс осуществляется при 20-50 0 С в течение 10-60 мин. Затем щелочная целлюлоза отжимается от избытка едкого натра, который направляется на регенерацию, где фильтруется, укрепляется, отстаивается, после чего вновь возвращается на мерсеризацию. Далее щелочная целлюлоза измельчается и выдерживается в определенных условиях (20-22 0 С). В этом процессе, называемом предварительным созреванием, в результате окисления в щелочной среде кислородом воздуха снижается степень полимеризации целлюлозы, что позволяет в широких пределах регулировать вязкость получаемого затем прядильного раствора. После этого деструктированная щелочная целлюлоза обрабатывается сероуглеродом (ксанотогенирование целлюлозы). В результате реакции получается оранжево-желтый ксантогенат целлюлозы, который в отличие от исходной целлюлозы, хорошо растворяется в 4-7% растворе едкого натра. Образующийся вязкий раствор называется вискозой. Состав и свойства получаемого ксантогената целлюлозы в большой степени зависят от продолжительности и температуры процесса, а также количества введенного сероуглерода. Все перечисленные операции проводятся последовательно в 4-5 отдельных аппаратах или осуществляются до окончательного растворения в одном аппарате.

Широкому распространению производства вискозного волокна способствует доступность и дешевизна сырья. Вискозное волокно устойчиво к действию органических растворителей, выдерживает длительное воздействие температуры. Из недостатков следует отметить слабую стойкость волокна по отношению к щелочам и значительную потерю прочности в мокром состоянии.

Из вискозы, кроме шелка и штапеля, получают целлофан, корд, каракуль, искусственный волос и укупорку для бутылок.

При взаимодействии целлюлозы с уксусным ангидридом в присутствии уксусной кислоты и в качестве катализатора серной или хлорной кислоты образуется уксуснокислый эфир целлюлозы, а из него ацетатное волокно. Полиамидное волокно - капрон получается из смолы капрон, исходным сырьем для которой является капролактам. Последний вырабатывается в виде белого порошка из фенола, бензола или циклогексана.

– развитое направление промышленности. Его продукция пользуется большим спросом, так как активно применяется в различных сферах. В зависимости от материала, используемого при производстве, они приобретают различные свойства и характеристики.

Классификация и свойства химических волокон

Изделия данной отрасли подразделяются на три основные группы:

Искусственные – в качестве исходного сырья выступают органические высокомолекулярные соединения, получаемые путем оказания воздействия на природные вещества и извлечения из них полимеров.

Синтетические – используют для изготовления низкомолекулярные соединения, из которых путем синтеза извлекаются органические полимеры.

Минеральные – группа, значительно отличающаяся от предыдущих, так как изготавливается из неорганических соединений и обладает особыми характеристиками и свойствами.

Производство химических волокон имеет ряд преимуществ по сравнению с натуральными. Оно не зависит от сезона, погоды и является менее трудоемким. Кроме того, такие нити изготавливают с заранее определенными физико-механическими характеристиками.

Химические волокна обладают отличными показателями устойчивости к разрывам, действиям бактерий и плесени, формоустойчивостью, несминаемостью, стойкостью к неблагоприятным воздействиям (свету, влаге и т.п.), нагреванию, многократным нагрузкам. Их физико-механические и химические свойства могут быть изменены путем модификации используемого полимера или уже готового изделия. Это позволяет производить из одного исходного сырья волокна с различными характеристиками. Кроме того, химические волокна различной структуры могут смешиваться для создания новых моделей и расширения ассортимента товаров.

Специфика изготовления

Процесс производства химических волокон достаточно сложный и состоит из нескольких этапов: получение исходного материала, преобразование его в специальный прядильный раствор, формирование волокон через фильеры, их отделка. Формование нитей – этап, который имеет центральное значение для определения характеристик изделия. Оно может проводиться несколькими методами:

с помощью мокрого или сухого раствора;

с использованием сухо-мокрого раствора;

резкой металлической фольги;

из расплава;

волочением;

плющением;

из дисперсии;

гель-формованием.

При производстве химических волокон используют фильтры, которые очищают прядильный расплав или раствор от механических примесей. Они изготавливаются из палладия, платины, золота или их сплавов.

Освещение химических волокон и оборудования для их изготовления на выставке «Химия»

Для специалистов и компаний, заинтересованных в изучении специфики производства химических волокон , расширении ассортимента товаропроизводителей и представлении изделий своих предприятий, лучшим местом станет выставка «Химия». Это событие, организуемое отраслью с целью освещения её достижений в различных областях, налаживания контактов между компаниями, специалистами, регионами и странами. Оно охватывает все отрасли промышленности и предоставляет предприятиям возможность организовать свою выставочную деятельность и поместить стенд на площадке столичного комплекса «Экспоцентр».

Этот центр широко известен за пределами России, и многие компании принимают участие в международных мероприятиях, проводимых в его павильонах. За счет этого обеспечивается налаживание контактов с зарубежными партнерами и привлечение новых спонсоров в отрасль. Инвестиции имеют большое значение для химической промышленности, так как она нуждается в серьезных вливаниях, в том числе зарубежных. Сфера производства химических волокон, как и многие другие отрасли, заинтересована в привлечении инвестиций, которые способствовали бы её развитию и модернизации. Для экспонентов в свою очередь это отличная возможность представить свои предприятия в наиболее выгодном свете и повысить их привлекательность.

Выставка «Химия» заинтересована в создании наиболее комфортных условий для участников, а также привлечении максимального количества посетителей. Поэтому её организаторы выбрали местом проведения мероприятия комплекс «Экспоцентр».