ШВЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Получение, строение и свойства химических волокон и нитей

Основные этапы получения химических волокон и нитей. Прото­типом процесса получения химических нитей послужил процесс образования шелкопрядом нити при завивке кокона. Существовав­шая в 80-х гг. XIX в. не совсем верная гипотеза о том, что шелко­пряд выдавливает волокнообразующую жидкость через шелкоот - делительные железы и таким образом прядет нить, легла в основу технологических процессов формования химических нитей. Совре­менные способы формования нитей также заключаются в продав - ливании исходных растворов или расплавов полимеров через тон­чайшие отверстия фильер.

Несмотря на некоторые различия в получении химических во­локон и нитей разных видов, общая схема их производства состо­ит из пяти основных этапов.

Получение и предварительная обработка сырья. Сырье для ис­кусственных волокон и нитей, состоящее из природных полиме­ров, обычно получают на предприятиях химической или пищевой промышленности путем выделения из веществ, образующихся в природе: древесины, семян, молока и т. п. Предварительная обра­ботка сырья состоит в его очистке или химическом превращении в новые полимерные соединения.

2 Ьуши

Сырье для синтетических волокон и нитей получают путем син­теза полимеров из простых веществ на предприятиях химической промышленности. Предварительно это сырье не обрабатывают.

Приготовление прядильного раствора или расплава. При изго­товлении химических волокон и нитей необходимо из твердого исходного полимера получить длинные тонкие текстильные нити с продольной ориентацией макромолекул, т. е. нужно переориен­тировать макромолекулы полимера. Для этого следует перевести полимер в жидкое (раствор) или размягченное (расплав) состоя­ние, при котором нарушается межмолекулярное взаимодействие, увеличивается расстояние между макромолекулами и появляется возможность их свободного перемещения относительно друг друга. Растворы используются при получении искусственных и некото­рых видов синтетических нитей (полиакрилонитрильных, поливи - нилспиртовых, поливинилхлоридных). Из расплавов образуются гетероцепные (полиамидные, полиэфирные) и некоторые карбо - цепные (полиолефиновые) волокна и нити.

Прядильный раствор или расплав приготовляют в несколько стадий. Смешивание полимеров из различных партий выполняют для повышения однородности растворов или расплавов, чтобы получить нити, равномерные по свойствам на всем их протяже­нии; полимеры смешивают либо в виде раствора, либо в сухом виде до растворения или расплавления. Фильтрация необходима для удаления из раствора или расплава механических примесей, нерастворившихся частиц полимера, чтобы предотвратить засоре­ние фильер и улучшить свойства нитей; она проводится путем многократного прохождения раствора или расплава через фильт­ры (плотная ткань, слой кварца, керамики). Обезвоздушивание заключается в удалении из раствора пузырьков воздуха, которые, попадая в отверстия фильер, обрывают струйки раствора и пре­пятствуют образованию волокон; осуществляется оно путем вы­держивания раствора в течение нескольких часов в вакууме. Рас­плав обезвоздушиванию не подвергают, так как в расплавленной массе полимера воздуха практически нет.

Формование нитей. Оно состоит в дозированном продавлива - нии прядильного раствора или расплава через отверстия фильер, затвердевании вытекающих струек и наматывании полученных нитей на приемные устройства. Струйки формуются в элементар­ные нити из расплава или раствора.

При формовании из расплава (рис. 1.8) струйки нитей, вытека­ющие из фильеры, охлаждаются в обдувочной шахте струей возду­ха или инертного газа. При формовании из раствора сухим спосо­бом (рис. 1.9) струйки полимера обрабатываются струей горячего воздуха, в результате чего растворитель испаряется, а полимер за­твердевает. В случае формования из раствора мокрым способом (рис. 1.10) струйка нитей из фильеры поступают в раствор осади-

2ХJf^'

Раствор

F

Пары растворителя

— Горячий воздух

[

Ь

Рис. 1.8. Формование нитей из рас­плава:

| — бункер с измельченным полиме­Ром; 2 — плавильная камера; 3 — пря­дильная головка; 4— фильера; 5— обду - ррчная шахта; б — нити; 7 — прядиль - Ная шахта; 8 — прядильные диски; 9 — Приемная бобина

Рис. 1.9. Формование нитей из раст­вора сухим способом:

/ — фильтр; 2— фильера; 3— нити; 4— обдувочная шахта; 5— замасливающий ролик; б — приемная бобина

Тельной ванны, где происходят физико-химические процессы вы­деления полимера из раствора и иногда химические изменения Состава исходного полимера. В последнем случае используются одна jfrin две ванны для формования нити.

Процесс формования — один из важнейших этапов производ - ва текстильных нитей, так как на этом этапе образуются струк - рные элементы (пачки, фибриллы) макромолекул, создается Первичная структура нити. В растворе или расплаве макромоле­кулы имеют сильно изогнутую форму. Так как при формовании ртепень вытягивания нити невелика, то образовавшиеся структур­ные элементы расположены в нити с малой степенью распрям - Яенности и ориентации макромолекул вдоль ее оси. Поэтому воз­никает необходимость в последующей перестройке первичной ртруктуры нити.

Рис. 1.10. Формование нитей из раствора мок­рым способом:

1 — фильтр; 2— приемная бобина; 3 — осадитель - ная ванна; 4 — нити; 5 — фильера

При формовании получают либо комп­лексные нити, состоящие из нескольких длинных элементарных нитей, либо шта­пельные волокна — отрезки нитей опре­деленной длины. Для получения комплекс­ных нитей используют фильеры с неболь­шим числом отверстий: 12—100. Готовый пучок элементарных нитей сматывается в бобину. При получении химических волокон применяют фильеры с большим числом отверстий: 1200 — 5000, иногда 12 000—15 000. Последние используются только при мокром способе формования. Собранные вместе с нескольких фильер элементарные нити обра­зуют жгут. В последующем жгуты разрезаются на специальных ма­шинах на отдельные отрезки — волокна размером 50—150 мм в зависимости от назначения.

Отделка. Химические волокна и нити непосредственно после формования не могут быть использованы для производства. тек­стильных материалов. Они требуют дополнительной отделки, ко­торая включает в себя ряд операций.

Удаление примесей и загрязнений необходимо при получении вискозных, белковых и некоторых видов синтетических нитей, формуемых мокрым способом. Эта операция осуществляется путем промывки нитей в воде или различных растворах. Беление нитей или волокон, которые впоследствии окрашиваются в светлые и яркие цвета, проводится путем их обработки оптическими отбели­вателями.

Вытягивание и термообработка синтетических нитей необходи­мы для перестройки их первичной структуры. При вытягивании ослабляются межмолекулярные связи, происходят распрямление и переориентация макромолекул и их агрегатов в осевом направле­нии нити и образуется более упорядоченная структура. В результате нити становятся более прочными, но менее растяжимыми. Поэто­му после вытягивания проводят термообработку для релаксации внутренних напряжений и частичной усадки нитей из-за некоторого ослабления межмолекулярных связей и приобретения макромоле­кулами изогнутой формы при сохранении их ориентации.

Поверхностная обработка (авиаж, аппретирование, замаслива­ние) необходима для придания нитям способности к последую­щим текстильным переработкам. При такой обработке повышают­ся скольжение и мягкость, уменьшаются поверхностное склеива-
pie элементарных нитей и их обрывность, снижается электризуе - доость и т. п.

Сушка нитей после мокрого формования и обработки различ­Ными жидкостями выполняется в специальных сушилках.

Текстильная переработка. Этот процесс предусмотрен для со­единения нитей и повышения их прочности (скручивание и фик­сация крутки), увеличения объема паковок нитей (перематыва­ние), оценки качества полученных нитей (сортировка).

Модификация текстильных волокон. Одним из основных направ­лений расширения и улучшения ассортимента химических воло­кон является модификация существующих для придания им новых заранее заданных свойств. Это достигается за счет введения изме­нений в технологический процесс получения химических волокон на всех его стадиях. Все разнообразие методов модификации пред­ставляет собой два вида модификации — химическую и физиче­Скую (структурную).

Химическая модификация. Заключается в частичном направлен­ном изменении химического состава основного волокнообразую - щего полимера. Благодаря ей получают волокна с новыми свой­ствами. При химической модификации используются следующие методы.

Синтез волокнообразующих сополимеров проводится на стадии приготовления прядильного раствора и формования нити. В резуль­тате синтеза нарушается регулярность строения макромолекул по­лимера, в их структуру вводится блок-сополимер с новыми реак - ционноспособными группами.

^ Синтез привитых сополимеров состоит в прививке к реакцион - Носпособным группам основного полимера боковых звеньев сопо - яимера, обладающего иными свойствами. В результате таких моди­фикаций волокна приобретают свойства, характерные как для ос­новного полимера, так и для дополнительного полимера, напри­мер улучшение окрашивания, повышение эластичности, упругос - |И, гигроскопичности, износостойкости, огнестойкости, бакте­рицидное™ и т. д.

F «Сшивание» — образование между макромолекулами или элемен­тами надмолекулярной структуры поперечных химических связей в результате обработки волокон или нитей бифункциональными или Полифункциональными соединениями. Этот метод используется при Модификации готового волокна или даже готовых текстильных ма­териалов (специальные виды отделки). «Сшивание» позволяет по­высить термостойкость, упругость, устойчивость к многократным Деформациям, уменьшить набухание и растворимость волокон.

Химическое превращение полимера основано на обработке гото­вого волокна реагентами, способными изменить, заместить реак - Ционноспособные группы основного полимера, что приводит к Появлению новых свойств (гидрофобности, термостойкости и т. д.).

Физическая (структурная) модификация волокон. Заключается в направленном изменении надмолекулярного и морфологического строения волокон. Наибольшее распространение получили следу­ющие методы физической модификации.

Ориентация и вытягивание волокон на стадии формования и от­делки нитей для повышения прочности и устойчивости к много­кратным деформациям.

Введение добавок в виде небольшого количества низкомолеку­лярных реагентов, обладающих специфическими свойствами, в раствор или расплав полимера. Не вступая в химическое взаимо­действие с полимером, они располагаются между его макромоле­кулами. С помощью добавок можно повысить устойчивость к тер­мической, термоокислительной, фотохимической деструкции; уве­личить усталостную прочность (введение наполнителей); придать матовость (добавление двуоксида титана); повысить степень белиз­ны (добавление оптического отбеливателя), придать бактерицид­ные, огнестойкие и другие свойства. Введением в расплав пигмен­та на основе оксидов алюминия получают люминесцентные во­локна, способные не только отражать свет, но и накапливать его и затем светиться после удаления источника света. Получены волок­на, способные активно поглощать тепловую энергию за счет плав­ления введенных в них микрокапсулированных плавких веществ (например, парафина) и отдавать тепло при их затвердевании. Это позволяет регулировать теплообмен и получать материалы повы­шенной комфортности.

Метод формования нитей из смеси полимеров отличается от пре­дыдущего метода тем, что вводимые добавки являются волокно- образующими полимерами, растворимыми в тех же растворите­лях, что и основной полимер. В результате оба полимера формиру­ют надмолекулярную структуру элементарной нити, которая при­обретает ценные свойства каждого из компонентов.

Профилирование волокон достигается применением при их фор­мовании фильер, имеющих отверстия различной формы: треуголь­ника, многолучевой звездочки, трилистника, двойного ромба, щелевидные разной конфигурации и т. д. Этим способом модифи­кации поверхности волокон придается шероховатость, повышен­ная цепкость. Благодаря этому текстильные нити и материалы из таких волокон приобретают повышенную объемность и пористость.

Благодаря созданию полых синтетических волокон, имеющих один или несколько каналов или объемные полости, значительно повысили показатели гигроскопических и теплозащитных свойств. Образование полых каналов происходит на стадии формования за счет использования фильер специального профиля и конструк­ции.

В США и Японии разработаны методы получения многослойных Волокон (до 100 пленочных слоев). Такие волокна способны изме-

ПЯТЬ блеск и цветовые оттенки и насыщенность при смене освеще­ния или угла зрения и даже обладают голографическим эффектом.

Би- и многокомпонентные волокна получают пропусканием через фильеры специальной конструкции растворов или распла­Вов двух или более полимеров, которые соединяются между собой Ро поверхности раздела. В зависимости от расположения полиме­ров различают два типа структуры волокон: сегментную структуру («бок о бок»), при которой полимеры расположены в сечении во­локна рядом друг с другом в виде сегментов, и матрично-фибрил - дярную структуру, в которой полимеры расположены либо кон­центрически (ядро—оболочка), либо в виде более или менее длин­ных фибрилл одного полимера, размещенных внутри другого по­лимера (матрицы). Компоненты могут быть из одного вида или Разных видов полимеров, различающихся физико-механическими Свойствами (усадкой при термообработке, вязкостью, степенью Полимеризации, набуханием в различных жидкостях и т.д.). Такие Волокна обладают свойствами, присущими составляющим компо­нентам. Бикомпонентные волокна сегментного типа из разноуса - ■очных полимеров после термообработки приобретают устойчи­вую извитость, достигающую 100%. Комбинированные волокна |гожно получить путем осаждения на готовом волокне (подложке) различных полимеров из растворов или расплавов, образуя на его поверхности «рубашку» любой толщины. В частности, на поверх­Ности целлюлозных и химических волокон осаждают легкоплав­кие слои связующего полимера, используемого для получения не - псаных материалов.

|; В последнее десятилетие одним из основных направлений со­вершенствования и улучшения качества химических волокон было ■издание сверхтонких волокон. Для этого произвели существенные (вменения на всех этапах производства: уменьшили вязкость ра - ■гворов и расплавов, разработали и создали более качественные ■ильеры, изменили условия формования, охлаждения и отделки ■Вдокон. Традиционная технология позволяет получать волокна ли - ■вйной плотностью до 0,01 текс, а по современной технологии —

0,00001 текс. Другим способом получения сверхтонких волокон ■ляется формование бикомпонентной нити, состоящей из раство - Шмой матрицы с расположенными в ней по всей дайне тонкими Итями. После удаления матрицы получают сверхтонкие волокна. ■'Более тонкие образования, размеры которых того же порядка, По и фибриллы текстильных волокон, получают путем расщепле - ия высокоориентированной пленки, предварительно подвергну - Вй перфорации в виде проколов или продольных надрезов, или в Вядильный раствор которой вводятся частицы вещества, несов­местимые с основным полимером (например, мел). При последу - ■Цей вытяжке пленка расслаивается на фибриллы. При другом ИЬсобе формируют бикомпонентные нити матрично-фибрилляр - ной структуры из несовместимых полимеров. При последующем растяжении такие нити распадаются на фибриллы. При гидроди­намическом методе волокнистые частицы (фибриды) получают из раствора полимера мокрым способом в осадительной ванне, где создается вихревое движение жидкости, которое разбивает поли­мерную струю на тончайшие волоконца. Волокнистую массу в виде фибрилл и фибридов используют в производстве нетканых поло­тен, искусственной кожи и синтетической бумаги.

Гидратцеллюлозные волокна (hydrated cellulose tibres). Сырьем для производства гидратцеллюлозных искусственных волокон слу­жит природная целлюлоза с содержанием а-целлюлозы 90—98 %, получаемая из древесины ели, сосны, пихты, бука, хлопкового пуха. Формование нитей осуществляется из щелочного (вискозные во­локна) или медно-аммиачного (медно-аммиачные волокна) раст­вора природной целлюлозы одно - или двухванным способом в оса­дительной ванне, содержащей серную кислоту и ряд других ре­агентов. Во время формования волокон раствор целлюлозы разру­шается, зарождаются и растут макромолекулы гидратцеллюлозы. По химическому составу гидратцеллюлоза аналогична природной целлюлозе, однако существенно отличается от нее своей физичес­кой структурой: степень полимеризации макромолекул гидратцел­люлозы меньше, чем природной целлюлозы (составляет 300—800)» несколько иное расположение звеньев в ее макромолекуле, другая форма упаковки, расположения и ориентации макромолекул в над­молекулярной структуре. Степень кристалличности гидратцеллю­лозных волокон 40—50 %. Более рыхлой, менее ориентированной структурой гидратцеллюлозных волокон обусловливается отличие их свойств от свойств натуральных целлюлозных волокон (см. табл. 1.2). Выпускаемые гидратцеллюлозные волокна имеют разные стро­ение и свойства.

Вискозные волокна (Viscosa) получают однованным способом с одновременной вытяжкой, что способствует образованию неодно­родной структуры волокна. Процесс формования вискозного во­локна протекает во времени: на начальной стадии процесс восста­новления целлюлозы происходит преимущественно в наружном слое струйки раствора, где вырастают длинные макромолекулы; во внутреннем слое восстановление целлюлозы идет медленнее, макромолекулы получаются более короткими и менее ориентиро­ванными. По мере формования объем волокна уменьшается, что вызывает деформацию его поверхности, и поперечник приобрета­ет сильно изрезанную форму. Наружная оболочка имеет более плот­ное и ориентированное расположение макромолекул по сравне­нию с ядром, составляет 35 —50 % поверхности поперечного сече­ния и является наиболее прочной частью волокна. Вискозные во­локна обладают высокой гигроскопичностью, светостойкостью, мягкостью и стойкостью к истиранию. Однако им свойствен и ряд недостатков, связанных главным образом с неоднородной, рых­лой и мало упорядоченной структурой. При увлажнении волокна сильно набухают, что приводит к повышенной усадке текстиль­ных материалов, значительно теряют прочность при растяжении (до 50 %) и устойчивость к истиранию. Для снижения недостатков используют специальные отделки вискозных материалов. Взаимо­действие с химическими реагентами вискозных волокон такое же, как и природных целлюлозных волокон, но из-за рыхлой структу­ры и большей ее доступности вискозные волокна менее стойки. Действие температуры, светопогоды и микроорганизмов на эти волокна аналогично действию на хлопок и лен.

Высокомодульное вискозное волокно (Modal) получают по мо­дифицированному вискозному способу. Нить формируется при бо­лее низкой скорости, чем обычная, с последующей вытяжкой и термофиксацией, что позволяет получить высокоориентирован­ную, равномерную, плотную и равновесную структуру. В нашей стране выпускают высокомодульное вискозное волокно сиблон, ко - jropoe имеет прочность в нормальных условиях в 1,6 раза выше, «ем прочность обычного вискозного волокна, а в мокром состоя­нии — в 2 раза выше. Сиблон в меньшей степени, чем обычное волокно, набухает и усаживается и по своим свойствам приближа­ется к хлопковому волокну, хотя уступает последнему по прочно - кйги в мокром состоянии, устойчивости к изгибу и растворимости ||| щелочи. Сиблон применяется как заменитель средневолокнисто - fO хлопка, в смеси с хлопковыми и синтетическими волокнами и р чистом виде.

& Полинозное волокно относится к разряду высокомодульных вис­козных волокон. Его получают по двухванному способу с высокой Шгастификационной вытяжкой, благодаря чему обеспечиваются Повышенная степень полимеризации целлюлозы (500—800) и ори - ютации макромолекул и однородность структуры волокна в попе­речном сечении, форма которого почти круглая. Надмолекулярная шруктура и кристалличность полинозного волокна близки к струк­туре и кристалличности хлопка. По своим свойствам полинозное рйлокяо является близким аналогом тонковолокнистого хлопка. Оно Вбладает высокой прочностью при растяжении, малой ее потерей Hp влажном состоянии, эластичностью, упругостью и низкой усад - |рй. Однако полинозное волокно характеризуется хрупкостью и рйзкой прочностью при изгибе, что вызывает трудности в его тек - Рриьной переработке.

Р На основе синтеза привитых полимеров можно получить хими - ■Йски модифицированные вискозные волокна с разнообразными специфическими свойствами: огнестойкие, бактерицидные, кис - РОтостойкие, масло- и водоупорные и т. д. Для химической моди­фикации вискозных волокон применяют и другие методы: «сши­вание» структурных элементов, малоусадочную и малосминаемую отделку, замену реакционноспособных групп (поверхностное аце - тилирование).

Медноаммиачное волокно (сирго) формуется двухванным спо­собом: в первой ванне оно получает предварительную вытяжку с частичным восстановлением целлюлозы, во второй ванне вытяж­ка завершается. Медноаммиачное волокно имеет однородную струк­туру без ориентированной оболочки на поверхности, поэтому ок­рашивается равномерно. По своим физико-механическим свойствам оно аналогично обычному вискозному волокну, но обладает мень­шими прочностью и удлинением. Медноаммиачные волокна вы­пускаются в ограниченном объеме и применяются главным обра­зом в трикотажном производстве.

Производство вискозных и медноаммиачных волокон связано с экологическими проблемами, так как требует большого расхода воды, выделяет токсичные отходы, для очистки которых необхо­димы большие затраты.

Альтернативой вискозным волокнам являются целлюлозные волокна группы лиоцелл (Lyocell, Tencell). Особенность производ­ства этих волокон состоит в том, что для получения раствора цел­люлозы используется органический растворитель, который не всту­пает в химическую связь с целлюлозой и после фильтрации может использоваться вновь. Таким образом, создается замкнутый эко­логически чистый цикл производства. Волокна Lyocell полностью состоят из целлюлозы, имеют равномерную структуру из фибрилл равной толщины. По прочности они сопоставимы с полиэфирны­ми волокнами, по гигроскопическим свойствам — с хлопком; спо­собны к набуханию во влажном состоянии, обладают небольшой усадкой, мягким грифом и блеском. Нити Tencell отличаются по­вышенной объемностью и подвижностью в структуре ткани. Одна из особенностей — способность к фибриллированию во время влаж­ной абразивной обработки. При правильной обработке это спо­собствует формированию мягкой поверхности ткани. Волокно Tencell А 100 не обладает этим свойством, так как подвергается «сшиванию» в сухом состоянии.

Ацетилцеллюлозные волокна (acetate cellulose tibres). Основным сырьем для получения ацетилцеллюлозных волокон служит хлоп­ковая целлюлоза с содержанием а-целлюлозы не менее 98 %. В про­цессе предварительной подготовки сырья проводят ацетилирова - ние природной целлюлозы, в результате которого в элементарных звеньях целлюлозы частично или полностью гидроксильные груп­пы заменяются на ацетильные:

-[С6Н702(0Н)з.,(00ССНз),]„-,

Где 2,22 < х < 2,76 — ацетатное волокно (acetate); 2,76 < х < 3 — триацетатное волокно (triacetate).

Триацетатные и ацетатные волокна формуют из растворов ис­ходных полимеров сухим способом. Сокращение количества гид - роксильных групп в составе целлюлозы обусловливает существен­ное различие основных свойств ацетилцеллюлозных и гидратцел - люлозных волокон.

Ацетилцеллюлозные волокна прежде всего обладают сравни­тельно низкими гигроскопическими свойствами, хотя наличие некоторого количества гидроксильных групп в ацетатных нитях обусловливает их большую гигроскопичность, чем триацетатных (см. табл. 1.2). В связи с этим влияние влаги на их свойства неболь­шое. Триацетатные волокна имеют высокую упругость, устойчиво сохраняют форму в изделии, не усаживаются при влажной и теп­ловой обработке. Однако прочность при растяжении этих нитей небольшая.

Ацетатные и триацетатные волокна термопластичны. При тем­пературе 140 —150 °С (ацетатные) и 180— 190 °С (триацетатные) во­локна начинают размягчаться, а соответственно при температурах 230 и 290 °С они плавятся с разложением. Ацетилцеллюлозные во­локна характеризуются высокой устойчивостью к действию ми­кроорганизмов, светостойкостью и хорошими диэлектрическими свойствами.

Белковые химические волокна (artificial protein tibres). Исходны­ми полимерами для производства искусственных белковых воло­кон служат казеин (белок молока) и зеин (белок растительного происхождения). Природная форма макромолекул казеина и зеина представляет собой сферически свернутую глобулу. Поэтому при Получении из таких полимеров волокон стремятся развернуть гло­булярные макромолекулы в нитевидные, линейные и создать усло­вия устойчивого закрепления этой формы. После формования, про­водимого из раствора однованным способом, полученную нить под­вергают операции дубления, сущность которой заключается в созда­нии между макромолекулами белка химических поперечных свя­зей. По показателям растяжимости и гигроскопичности казеиновые И зеиновые волокна близки к натуральной шерсти (см. табл. 1.2). На ощупь они мягкие, теплые; хорошие теплоизоляторы. Однако их Прочность невелика и значительно снижается в мокром состоянии. Термостойкость волокон небольшая, они боятся горячей воды, особенно содержащей щелочь.

По технологии Nature Works (США) сахаристые вещества рас­тений перерабатываются в полипептид, который пригоден для высокоскоростного формования из расплава и для получения сверх­тонких белковых нитей.

Новым направлением в производстве химических белковых во­локон является получение биосинтезируемых полимеров (Япония). На основе растительного углеводородного сырья (крахмала) ме­тодом биотехнологии получают исходный мономер (молочную

Кислоту), который полимеризуется с образованием полилактида со степенью кристалличности 70%. Волокна лактрон (Lactron) формуются из расплава и отличаются легкостью, прочностью (45 — 54 сН/текс), растяжимостью (ер = 30 — 40%) и интенсивностью окраски. Лактрон относится к биологически разлагающимся во­локнам. По комплексу физико-механических свойств волокна лак­трон напоминают полиэфирные и используются в смеси с хлоп­ком, шерстью и полиэфирными волокнами для производства со­рочечных и костюмных тканей.

Полиамидные волокна (Polyamide Tibres). Полиамиды — син­тетические гетероцепные волокнообразующие полимеры. Их получа­ют на химических заводах из продуктов переработки нефти и угля. Макромолекулы полиамидов представляют собой участки повторя­ющихся метиленовых групп [—СН2—]„, соединенных амидными группами —CONH—. Для получения волокон используют более 10 видов полиамидов, которые различаются числом метиленовых групп и характером их расположения между амидными группами. В ми­ровой практике используют название полиамид или нейлон с ука­занием одной или двух цифр, которые означают число атомов уг­лерода в исходном компоненте. С увеличением числа метиленовых групп в элементарном звене полиамида изменяются его свойства: снижается температура плавления, уменьшается гигроскопичность* повышается устойчивость к изгибу, светопогоде, истиранию.

Волокнообразующие полиамиды обладают сравнительно неболь­шой степенью полимеризации (80—200). Макромолекулы имеют форму плоского зигзага (см. рис. 1.1) и взаимодействуют друг с дру­гом благодаря водородным связям. Степень кристалличности зави­сит от симметрии звеньев и регулярности их расположения в мак­ромолекулах, для различных полиамидов она может быть 40—60 %.

В нашей стране выпускают полиамидные волокна и нити раз­личных видов: капроновые (поликапролактам, или нейлон-6), анид (полигексаметиленадипамид, или нейлон-6,6) и энант (полиэнан - тамид, или нейлон-7). Эти волокна и нити получают из расплава полимера с последующим вытягиванием и термофиксацией.

Полиамидные волокна и нити характеризуются очень высокой прочностью, которая уменьшается во влажном состоянии незначи­тельно, примерно на 10— 13 %. Удлинение полиамидных волокон и нитей достаточно высокое, и, что особенно важно, значительную часть деформации составляют обратимые компоненты. Высокая упругость волокон обеспечивает их значительную устойчивость к многократным деформациям. Например, устойчивость к многократ­ному изгибу полиамидных нитей в 100 раз превышает устойчи­вость вискозных и в 10 раз — хлопковых. Особенность полиамидных волокон — их высокая устойчивость к истиранию, по показателям которой они превосходят все существующие волокна (хлопковые — в 10 раз, шерстяные — в 20 раз, вискозные — в 50 раз).

К недостаткам полиамидных волокон (нитей) следует отнести их низкую гигроскопичность (3,5 — 5 %), что значительно снижает гигиенические свойства материалов, изготовленных из этих воло­кон. Они обладают невысокой теплостойкостью: уже при нагрева­нии до температуры 160 °С прочность уменьшается на 40—50%, что объясняется интенсивным процессом термоокислительной де­струкции полимера. Этим же можно объяснить и низкую свето­стойкость полиамидных волокон, их быстрое старение, в резуль­тате которого они желтеют, становятся ломкими, жесткими и те­ряют прочность.

Недостатком можно считать чрезмерную гладкость поверхности полиамидных волокон, их малую сцепляемость, в результате чего они плохо смешиваются с другими волокнами, при эксплуатации изделий «вылезают» на поверхность ткани. Кроме того, из-за глад­кости волокон происходит спуск петель в трикотаже. Для сниже­ния гладкости полиамидных волокон и нитей и придания им спе­цифических свойств при их формовании изменяют профиль попе­речного сечения. Тонкие сложнопрофильные шелкоподобные по­лиамидные нити шелон-1 и трилобал придают текстильным ма­териалам мерцающий или глянцевый эффект, мягкость, шелко­вистость, увеличенную пористость, что повышает воздухопрони­цаемость и влагопроводность материалов.

В настоящее время разработаны химически модифицирован­ные полиамидные волокна каприлон и мегалон, которые полу­чают путем боковой прививки сополимера, содержащего гидро - ксильные группы. Такие волокна по гигроскопичности (5 — 7%) не уступают хлопку, а по прочности, устойчивости к истиранию превосходят его. Восприимчивость волокон к красителям повы­шенная.

Полиэфирные волокна (Polyester Tibres). Полиэфиры представ­ляют собой высокомолекулярные соединения, отдельные звенья макромолекул которых соединены сложноэфирными группами — СО—О—. Из всех известных полиэфиров для получения синтети­ческих волокон и нитей используют полиэтилентерефталат

П

Макромолекулы полиэтилентерефталата линейны, имеют ре­гулярное расположение функциональных групп, обладают высо­кой жесткостью, сильно вытянуты. Число элементарных звеньев в макромолекуле 85 — 120. Из расплава полимера в нашей стране по­лучают полиэфирное волокно лавсан.

Подобно полиамидным волокнам и нитям лавсан обладает боль­шой прочностью, которую при необходимости можно увеличить.

Лавсановые волокна и нити высокоэластичны. При растяжении на 5 — 1% их деформация полностью обратима, поэтому материалы из лавсановых нитей малосминаемы и хорошо сохраняют форму.

По устойчивости к истиранию полиэфирные нити уступают только полиамидным, но они несравненно более устойчивы к дей­ствию светопогоды, обладают высокой стойкостью к кислотам, окислителям, разрушаются в горячих щелочных растворах. Поли­эфирные нити имеют высокую термостойкость, превосходя по этому показателю все природные волокна и большинство хими­ческих. Они способны выдерживать длительную эксплуатацию при повышенных температурах.

Полиэфирные волокна и нити имеют очень низкую гигро­скопичность, поэтому во влажном состоянии их механические свойства (прочность, растяжимость, сминаемость, устойчивость к многократным деформациям) практически не меняются. С этим же связана высокая формоустойчивость материалов из лавсана во влажном состоянии. Лавсановые волокна обладают шерстопо - добным внешним видом, на ощупь они мягкие, теплые, объем­ные; используются как в чистом виде, так и в смеси с другими волокнами.

В настоящее время разработана структурно модифицированная полиэфирная нить шелон-2 — сложнопрофильная, тонковолок­нистая, шелкоподобная. Эта нить может использоваться при изго­товлении шелковых тканей для придания им малоусадочности, ма - лосминаемости и хороших гигиенических свойств.

Основным направлением улучшения свойств полиэфирных во­локон, особенно штапельных, является химическая модификация полимера. В промышленном масштабе выпускаются волокна на основе политриметилентерефталата и полибутилентерефталата. По сравнению с полиэфирными волокнами они имеют ряд преиму­ществ по прочности, эластичности, стойкости к истиранию, объем­ности и мягкости.

Полиуретановые нити (Elastane Tibres). Полиуретаны — гетеро­цепные полимеры, макромолекулы которых содержат уретановую группу —Н—СОО—. Наличием дополнительного атома кислорода в уретановой группе обусловливаются повышенная гибкость цепи и более низкая температура плавления полиуретана по сравнению с полиамидом. Полиуретаны, используемые для изготовления во­локон, представляют собой блок-сополимер (см. рис. 1.1), макро­молекулы которого содержат гибкие и жесткие блоки. В качестве гибких эластических блоков служат низкомолекулярные простые или сложные алифатические полиэфиры, а в качестве жестких крис­таллизующихся блоков — полимочевинные и ароматические груп­пы. Подобное строение макромолекул придает полиуретану значи­тельную эластичность. Изменяя характер исходных мономеров, со­отношение отдельных компонентов, можно значительно изменять
свойства полимеров и получаемых из них волокон. На основе по­лиуретанов разработаны синтетические нити, получившие назва­ние спандекс, лайкра, дорластан. В процессе получения полиуре - тановых нитей их формование проводят как из расплавов, так и растворов сухим и мокрым способами.

В нашей стране на основе полиуретанов выпускают полиурета - новые нити, формование которых проводят мокрым способом. Отличительная особенность полиуретановых нитей — их высокая эластичность (разрывное удлинение может достигать 800 %). При удлинении на 300 % доля эластического восстановления составля­ет 92 — 98 %. Полиуретановые нити придают текстильным матери­алам высокую эластичность, упругость, формоустойчивость, не- сминаемость. Они обладают большой устойчивостью к истиранию (в 20 раз больше, чем резиновая нить).

Полиуретановые нити достаточно устойчивы к светопогоде и химическим реагентам, однако прочность их сравнительно неве­лика. При нагревании до температуры 150 °С начинается термичес­кая деструкция, нити желтеют, повышается их жесткость.

Полиуретановые нити используются для изготовления эластич­ных тканей и трикотажных спортивных и медицинских изделий. Они играют роль каркасных стержней, вокруг которых навиваются нити из других волокон.

Полиакрилонитрильные волокна (Polyacrylonitrile Tibres). Ис­ходными полимерами для производства полиакрилонитрильных волокон (нитрона) в нашей стране служат полиакрилонитрил

И его сополимеры.

CN

Степень полимеризации полиакрилонитрила 750—1000. Его ис­пользование затруднено из-за неплавкости и нерастворимости в обычных растворителях. Нитрон получают в основном в виде во­локна.

Нитроновые волокна обладают достаточно высокой прочнос­тью и сравнительно большой растяжимостью (22 — 35 %). Благода­ря низкой гигроскопичности эти свойства во влажном состоянии не изменяются. Нитроновые волокна имеют максимальную свето­стойкость. В условиях комбинированного воздействия солнечного света, дыма, копоти, воды, кислот и т. п., в которых гидратцел - люлозные волокна полностью разрушаются, полиакрилонитриль­ные волокна теряют прочность всего на 15 %. Эти волокна характе­ризуются высокой термостойкостью: в процессе длительного на­гревания при температуре 120 — 130 °С они практически не изме­няют своих свойств.

К недостаткам полиакрилонитрильных волокон следует отнес­ти их низкую гигроскопичность, сравнительно большую жесткость и малую устойчивость к истиранию.

Нитроновые волокна имеют шерстоподобный вид, низкую теп­лопроводность, показатели которой близки к теплопроводности шерсти. Они обладают инертностью к загрязнителям, поэтому из­делия из них легко очищаются. Нитроновые волокна используются главным образом как заменители шерсти при производстве ков­ров, искусственного меха, а также как теплоизоляционный мате­риал и добавка к шерстяным волокнам при изготовлении текстиль­ных материалов.

Для изменения свойств волокон применяют различные методы модификации, в частности синтез сополимеров, синтез привитых сополимеров, формование из смеси полимеров. В результате моди­фикации улучшается окрашиваемость, повышается гидрофиль - ность, эластичность волокон, устойчивость их к истиранию и мно­гократным деформациям.

Поливинилспиртовые волокна (polyvinylalcohol tibres). Поливи-

В отличие от других карбоцеп-

Ных волокнообразующих полимеров получают не путем синтеза из мономера, а омылением сложного эфира винилового спирта (поливинилацетата). Поливиниловый спирт — водорастворимый полимер, поэтому при формовании из него нитей создают усло­вия для снижения его гигроскопичности, в частности произво­дят ацетилирование с образованием поперечных химических свя­зей между макромолекулами. Повышение водостойкости полиме­ра может быть достигнуто путем образования макромолекул с высокой степенью стереорегулярности, с уменьшенным количе­ством боковых ответвлений. Степень полимеризации волокнооб- разующего поливинилового спирта обычно составляет 1200— 1600, однако он обладает значительной полидисперсностью, что отра­жается на некоторых физико-механических свойствах получае­мых волокон и нитей. Наличие в полимере небольшого количе­ства (10 —15 %) низкомолекулярных фракций со степенью поли­меризации 270 приводит к снижению прочности волокна при растяжении и многократном изгибе. Формование нитей из ра­створа проводят мокрым способом. Причем в зависимости от усло­вий формования и последующего ацетилирования получают нити с разной степенью прочности и водостойкости — от водораство­римых до гидрофобных.

Нерастворимые поливинилспиртовые волокна, производимые в нашей стране, носят название винол. Они обладают многими положительными свойствами: прочностью, высокой устойчивос­тью к истиранию, светопогоде, химическим реагентам, многократ­ным деформациям. Винол достаточно эластичен, характеризуется высокой теплостойкостью. Температура размягчения и начала раз­ложения волокон 220 °С (см. табл. 1.2).

Отличительная особенность поливинилспиртовых волокон, выделяющая их из всех синтетических волокон, — высокая гидро - фильность, обусловленная наличием в макромолекулах полимера большого количества гидроксильных групп. По показателям ги­гроскопичности поливинил спиртовые волокна приближаются к хлопковым. Эти волокна хорошо окрашиваются красителями для целлюлозных волокон. Они применяются в смеси с хлопком, шер­стью для производства тканей, трикотажа, ковров и т. д.

Водорастворимая разновидность поливинилспиртовых волокон используется в текстильной промышленности в качестве вспомо­гательного (удаляемого) волокна при производстве ажурных изде­лий, тонких тканей, материалов пористых волокнистых структур, а также при изготовлении гипюра (взамен натурального шелка). Поливинилспиртовые нити применяются в медицине для времен­ного скрепления хирургических швов.

Наличие гидроксильных групп позволяет проводить химичес­кую модификацию указанных волокон, особенно методом синтеза привитых сополимеров, благодаря чему можно создавать волокна и нити со специфическими свойствами: огнестойкие, бактерицид­ные, ионообменные и др.

Полиолефиновые волокна (Polyolefin Tibres). Из группы поли - олефинов для производства волокон используют полипропилен [—СН2—СНСН3—]„ и полиэтилен [—СН2—СН2—]„ среднего и низ­кого давления. Волокнообразующий полипропилен обладает сте - реорегулярной (изотактической) структурой со степенью полиме­ризации макромолекул 1900—5900. Полиэтилен, полученный при низком и среднем давлении, обладает линейной зигзагообразной структурой макромолекул, практически не имеющих боковых от­ветвлений. Полипропилен и полиэтилен такой структуры имеют повышенную плотность, низкую растворимость, высокие физи­ко-механические свойства (в частности, большую прочность и высокую температуру плавления или размягчения). Полиолефино­вые волокна можно формовать из расплавов или растворов поли­мера с последующим вытягиванием и термофиксацией.

Полипропиленовые и полиэтиленовые нити обладают доста­точно высокими значениями прочности и удлинения при растя­жении (см. табл. 1.2). Обратимая часть удлинения при растяжении этих волокон на 5 и 10 % составляет соответственно 98 и 95 % об­щей деформации. Полиолефиновые волокна и нити характеризу­ются высокой устойчивостью к действию кислот, щелочей, не ус­тупают по показателям хемостойкости хлорину. Их устойчивость к истиранию ниже, чем полиамидных нитей, особенно полипропи­леновых.

Теплостойкость полиолефиновых нитей небольшая. При темпе­ратуре 80 °С полиэтиленовая нить теряет около 80 % первоначаль­ной прочности. Гигроскопичность нитей почти равна нулю, по­этому окрашивание их возможно только введением пигмента в полимер перед формованием. С низкой гигроскопичностью связа­на и значительная электризуемость этих нитей. Плотность поли­этиленовых и полипропиленовых нитей очень низкая, поэтому изделия из них не тонут в воде.

Среди полиолефиновых волокон наибольшую долю (85 %) со­ставляют полипропиленовые волокна. Они выпускаются в виде штапельных волокон, мульти - и микрофиламентов, текстуриро - ванных нитей, расщепленных пленок и лент. Полипропиленовые волокна используют главным образом для технических целей, а также в производстве нетканых материалов и в смеси с гидро­фильными волокнами (хлопковыми, шерстяными, вискозными и др.) в производстве материалов для верхней и спортивной одеж­ды, обуви, декоративных материалов.