Волокна химические

Определение "Волокна химические" в Большой Советской Энциклопедии

Волокна химические, волокна, получаемые из органических природных и синтетических полимеров. В зависимости от вида исходного сырья Волокна химические подразделяются на синтетические (из синтетических полимеров) и искусственные (из природных полимеров). Иногда к Волокна химические относят также волокна, получаемые из неорганических соединений (стеклянные, металлические, базальтовые, кварцевые). Волокна химические выпускают в промышленности 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 Волокна химические 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 французский инженер И. де Шардонне впервые организовал выпуск подобных нитей в производственном масштабе. С этого времени началось быстрое развитие производства химического 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 промышленном масштабе в 1905. В 1918-20 разработан способ производства ацетатного волокна из раствора частично омыленной ацетилцеллюлозы в ацетоне, а в 1935 организовано производство белковых волокон из молочного казеина. Производство синтетических волокон началось с выпуска в 1932 поливинилхлоридного волокна (Германия). В 1940 в промышленном масштабе выпущено наиболее известное синтетическое волокно - полиамидное (США). Производство в промышленном масштабе полиэфирных, полиакрилонитрильных и полиолефиновых синтетических волокон осуществлено в 1954-60.

Свойства. Волокна химические часто обладают высокой разрывной прочностью [до 1200 Мн/м² (120 кгс/мм²)], значительным 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 Волокна химические 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 Волокна химические, обладающие разнообразными текстильными и другими свойствами (табл.). Волокна химические можно использовать в смесях с природными волокнами при изготовлении новых ассортиментов текстильных изделий, значительно улучшая качество и внешний вид последних.

Производство. Для производства Волокна химические из большого числа существующих полимеров применяют лишь те, которые 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 называть волокнообразующими. Процесс складывается из следующих 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 механических примесей и пузырьков воздуха и вводят в него различные добавки для термо- или светостабилизации волокон, их матировки и т.п. Подготовленный таким образом 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 Волокна химические из расплава полимера (например, полиамидных волокон) средой, вызывающей затвердевание полимера, служит холодный воздух. Если формование проводят из раствора полимера в летучем растворителе (например, для ацетатных волокон), такой средой является горячий воздух, в котором растворитель испаряется (так называемый «сухой» способ формования). При формовании волокна из раствора полимера в нелетучем растворителе (например, вискозного волокна) нити затвердевают, попадая после фильеры в специальный раствор, содержащий различные реагенты, так называемую 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 некоторых случаях волокно дополнительно вытягивается непосредственно после выхода с прядильной машины (пластификационная вытяжка), что приводит к увеличению прочности Волокна химические и улучшению их текстильных свойств.

Отделка Волокна химические заключается в обработке свежесформованных волокон различными реагентами. Характер отделочных операций зависит от условий формования и вида волокна. При этом из волокон удаляются низкомолекулярные соединения (например, из полиамидных волокон), растворители (например, из полиакрилонитрильных волокон), отмываются кислоты, соли и другие вещества, увлекаемые волокнами из осадительной ванны (например, вискозными волокнами). Для придания волокнам таких свойств, как мягкость, повышенное скольжение, поверхностная склеиваемость одиночных волокон и 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 некоторые Волокна химические подвергают дополнительной тепловой обработке - термофиксации (обычно в натянутом состоянии при 100-180°С), в результате которой 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 производство Волокна химические развивается быстрыми темпами. Это объясняется, в первую очередь, экономическими причинами (меньшие затраты труда и капитальных вложений) и высоким качеством Волокна химические по сравнению с природными волокнами. В 1968 мировое производство Волокна химические достигало 36% (7,287 млн. т) от объёма производства всех видов волокон.

Волокна химические в различных отраслях в значительной степени вытесняют натуральный шёлк, лён и даже шерсть. Предполагается, что к 1980 производство Волокна химические достигнет 9 млн. т, а в 2000 - 20 млн. т в год и сравняется с объёмом производства природных волокон. В СССР в 1966 было выпущено около 467 тыс. т, а в 1970 623 тыс. т.

Основные свойства волокон химических

Вид волокна<	Плотность, г/см3	Прочность			Удлинение, %		Набухание в воде, %	Влагопогло-< щение при 20°С и 65% относит. влажности, %
		сухого во- локна, 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):
текстильная 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:
текстильная 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	100	100	500-1000	500-1000	-	1,0

  Лит.: Характеристика химических волокон. Справочник, М., 1966; Роговин З. 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.