Модификация химических волокон

Основным направлением технического прогресса в произ­водстве химических волокон в настоящее время является не столько разработка новых видов волокнообразующих полиме­ров, сколько модификация уже известных химических воло­кон, вырабатываемых в промышленных масштабах. Модифи­кация придает волокнам новые заранее заданные свойства и тем самым улучшает их качество и расширяет область при­менения. В настоящее время для модификации волокон ис­пользуется большое количество методов, которые могут быть разделены на две группы: физическая и химическая модифи­кация волокон.

Физическая (структурная) модификация заключается в направленном изменении строения и надмолекулярной струк­туры нитей:

ориентация и вытягивание нитей;

введение низкомолекулярных добавок в прядильный рас­твор или расплав. Таким образом можно изменить блеск, по­высить степень белизны, придать бактерицидные свойства ни­тям, повысить устойчивость к фотохимической и термической деструкции и т.д.;

формование волокон и нитей из смеси полимеров. В этом случае необходимым условием является наличие общего рас­творителя. Примером может служить волокно ацетохлорин;

получение бикомпонентных волокон и нитей. Метод за- ключается в использовании фильер особой конструкции. В каждое отверстие фильеры поступают отдельно оба полиме­ра (раствора или расплава), соединяясь в нити на поверхности раздела. После различных обработок из-за разницы в усадке полимеров нити могут получить устойчивую извитость.

Химическая модификация волокон и нитей заключается в частичном направленном изменении химического состава по­лимера:

синтез волокнообразующих сополимеров, когда каждая макромолекула может включать в себя звенья того и другого мономера. Полученные волокна и нити, как правило, отлича­ются повышенной растворимостью, улучшенной накрашивае- мостью, большей гигроскопичностью и эластичностью (санив, виньон, дайнел);

синтез привитых сополимеров. Процесс заключается в прививке к боковым реакционноспособным группам основно­го полимера звеньев сополимера и используется для модифи­кации не только химических, но и натуральных волокон (мти- лон, мтилон В);

сшивание, т. е. образование между макромолекулами по­перечных химических связей. Это ведет к повышению термо­стойкости, уменьшению набухаемости и растворимости воло­кон и нитей.

Химические (вискозное, ацетатное и триацетатное, полиамидные, полиэфирные полиакрилонитрильные, поливинилхлоридные, полиуретановые) волокна. Получение, строение, свойства и применение.

Вискозные волокна и нити. Исходным сырьем для по­лучения вискозных волокон и нитей является древесная цел­люлоза. На заводах искусственного волокна целлюлоза в виде картонных листов обрабатывается 18 %-ным раствором едко­го натра. Щелочная целлюлоза проходит процесс предсозре- вания, т.е. выдерживания в течение 10 — 30 ч при темпе­ратуре 25 — 30°С (для понижения степени полимеризации). Затем ее обрабатывают сероуглеродом и получают ксантоге- нат целлюлозы, который растворяют в 4 — 5 %-ном растворе NaOH и получают прядильный раствор. После процесса со­зревания (выдерживания в течение 18 — 30 ч) осуществляет­ся формование вискозных нитей и волокон по мокрому спосо­бу. В состав осадительной ванны входят: вода, серная кисло­та, сульфаты натрия и ццнка. В результате взаимодействия ксантогената целлюлозы и серной кислоты образуется гид­рат целлюлозы. Так как одновременно идут и другие реакции, приводящие к выделению сероуглерода, сероводорода, серы и других соединений, полученные нити подвергаются отделке, включающей в себя промьшку, десульфацию (удаление серы), отделку, кисловку, авиваж.

Отвердевание (коагуляция) струйки происходит неравно­мерно, что приводит к образованию так называемых оболочки и ядра волокна. Наиболее прочной (в 3,5 раза) является обо­лочка (рис. 1.15). Плотность волокна 1,52 м/мм.

Под микроскопом вискозное волокно представляет собой цилиндр с большим количеством продольных полос (выступы и впадины по-разному отражают свет).

Длина волокна в зависимости от назначения может быть 34 — 120 мм.

Линейная плотность волокон — 0,2 — 0,7 текс. Линейная плотность комплексных нитей зависит от количества элемен­тарных нитей.

Разрывное удлиннение – 18 – 24 %. В состоянии полного удлиннения большую долю (до 0,7) имеет остаточное удлиннение, поэтому изделия из вискозных волоко и нитей имеет большую сминаемость.

Волокна и нити выпускаются блестящими (резкий холодный блеск) и матированными. В последнем случае в раствор добавляется раствор диоксида титана. Песчинки, находящиеся на поверхности, рассеивают свет и создают впечатление матовой поверхности.

Волокно имеет хорошие гигроскопические свойства. При нормальных условиях оно поглощает приблизительно 13% влаги от всей массы. Имеет большую усадку при набухании – 12 – 165. Волокно обладает хорошей светостойкостью и средней стойкостью к истиранию.

Волокно термопластично. Изделия могут в течении длительного времени эксплуатироваться при температуре 100 – 120 ˚С без потери прочности. Характер горения волокна анологичен горению хлопка. Воллокно имеет невысокую стойкость к действию кислот и щелочей.

Медно-амиачное волокно. Сырьём является хлопковый пух, а растворителем – медно-амиачный комплекс. Свойства волокна аналогичны свойствам вискозного, но вырабатывается оно в небольшом объёме, так как для производства требуется более дефицитное сырьё медный купорос.

Ацетатное волокно. Сырьем для получения ацетатного волокна является целлюлоза хлопкового пуха. После очистки, щелочной варки и промывки ее подвергают ацетилированию. В результате имеем первичный ацетат (или триацетат), кото­рый используется для получения триацетатного волокна. Аце­татное волокно производят из вторичного ацетата, полученно­го путем частичного омыления первичного ацетата. Формова­ние осуществляется из раствора сухим способом. Растворите­лем может служить смесь ацетона и этилового спирта (85:15) или ацетона и воды (95:5).

Под микроскопом волокно представляет собой цилиндр с небольшим количеством полос, так как может иметь несколь­ко крупных впадин (рис. 1.16). Плотность ацетатного волок­на 1,32 мг/мм³. Оно имеет меньшую, чем вискозное волок­но, прочность, относительную разрывную нагрузку 11 — 13 сН/текс, меньшую потерю прочности в мокром состоянии (до 30%), разрывное удлинение — 20 — 30%. Упругость аце­татного волокна значительно больше, чем вискозного, и по­этому ткани из этого волокна меньше сминаются. Волокна значительно меньше набухают в воде, обладают хорошими теплоизоляционными свойствами, высокой светостойкостью, пропускают ультрафиолетовые лучи, равномерно и глубоко окрашиваются.

При нормальных условиях волокно поглощает 6 — 6,5% влаги, температура плавления 250 — 260° С. Волокна имеют малую стойкость к истиранию, повышенную электризуемость, недостаточную теплостойкость, приводящую к появлению на изделиях дефектов при температуре свыше 140 — 150 °С, сми­наемы при стирке, малоустойчивы к действию разбавленных кислот и щелочей.

Триацетатное волокно. Получается из первичного аце­тата, который растворяется в смеси метиленхлорида и этило­вого спирта (95:5). Формуют волокно из раствора сухим спо­собом. Плотность волокна 1,28 мг/мм³.

Триацетатное волокно по всем свойствам (кроме гигроско­пических) превосходит ацетатное и является более перспек­тивным. Оно имеет большую прочность, более высокую теп­лостойкость (150 — 160 °С), температуру плавления — 300 °С.

Волокно имеет меньшую потерю прочности в мокром состоянии, малую сминаемость при стирке. При нормальных условиях поглощает 4,5 — 5 % влаги. Устойчиво к действию разбавленных кислот и щелочей. Существенным недостатком волокна является малая стой­кость к истиранию, меньшая гигроскопичность, значительная жесткость и электризуемость.

Синтетические волокна

Капрон. Волокно известно под такими названиями, как силон, стилон, перлон, грилон, найлон 6, найлон, лилион и др.; относится к полиамидным волокнам. Кроме капрона к полиамидным волокнам относятся анид, рильсан, энанд.

Мономером для получения капрона является капролактам, который синтезируется из фенола и бензола. В результате ре­акции ступенчатой полимеризации из капролактама при тем­пературе 250 — 260° С (при соблюдении определенных усло­вий) получают полимер — поликапролактам (в виде ленты). Ленту рубят в крошку, удаляют низкомолекулярные примеси, промывая ее в горячей воде, и высушивают.

Формование капроновых волокон и нитей осуществляется из расплава. Температура плавления 260 — 270°С. Получен­ные нити подвергаются вытягиванию, кручению, термофикса­ции, сушке и перемотке. Плотность капрона 1,14 мг/мм³; име­ет цилиндрическую форму с гладкой поверхностью, в сече­нии — круг. Волокно высокопрочно, относительная разрывная нагрузка 40 — 50 сН/текс, но может быть и 70 — 75 сН/текс, разрывное удлинение 20 — 25 %.

Капрон обладает самой высокой стойкостью к истиранию; если его устойчивость принять за 100 %, то у хлопка она будет составлять 10 %, у шерсти — 5 %, а у вискозного волокна — 2 %. Капрон имеет очень высокую стойкость к многократным деформациям растяжения и изгиба, устойчив к действию ми­кроорганизмов. Прочность в мокром состоянии снижается не более чем на 10 %.

К недостаткам необходимо отнести следующие свойства: низкую гигроскопичность (при нормальных условиях погло­щает 3,5 — 4,5 % влаги), низкую светостойкость и термостой­кость (уже при температуре 65° С начинает необратимо те­рять прочность). Температура плавления 215 — 255 °С. Во локно имеет плохой гриф, т. е. недостаточно упруго на ощупь, повышенную гладкость, нестойко к действию щелочей и кон­центрированных минеральных кислот.

Лавсан. Волокно известно под такими названиями, как терилен, тезил, дакрон, эстер и др.; относится к полиэфирным волокнам и получается путем поликонденсации терефталевой кислоты и этиленгликоля, сырьем для которых служат ксилол и толуол.

Процесс поликонденсации осуществляется в глубоком ва­кууме при температуре 270 — 275 °С. Полученный полимер, так же как и при получении капрона, выдавливается в виде ленты. Лента измельчается в крошку. Волокна и нити форму­ют из расплава при температуре 270 — 275 "С.

Плотность волокна 1,38 мг/мм³. Лавсан является проч­ным волокном, относительная: разрывная нагрузка 40 — 50 сН/текс, а высокопрочного — 60 — 80 сН/текс; разрывное удлинение 20 — 25 %. Лавсан обладает высокими устойчиво­стью к смятию (приблизительно в 2 раза большей, чем шерсть), упругими свойствами (при удлинении на 5 — 6 % де­формация является полностью обратимой); хорошей формо- устойчивостью (хорошо сохраняет приданную форму: плиссе, гофре). Волокно имеет высокую стойкость к истиранию, хотя она и меньше, чем у капрона, в 4 — 4,5 раза. Лавсан облада­ет высокой светостойкостью (по этому показателю уступает только полиакрилонитрильным волокнам), имеет шерстопо- добный внешний вид, теплостоек и превосходит по этому по­казателю все химические и натуральные волокна, кроме спе­циальных термостойких. Небольшое снижение прочности на­блюдается лишь при температуре 160 — 170 "С.

Основным недостатком является низкая гигроскопич­ность. При нормальных условиях поглощает 0,4 — 0,5 % влаги, электризуется, плохо окрашивается.

Волокно стойко к действию кислот (кроме азотной и сер­ной) и нестойко к действию щелочей.

Нитрон. Волокно известно под такими названиями, как панакрил, акрилан, орлон, пан, дралон, куртель, крилион и др.; относится к полиакрилонитрильным соединениям. Моно­мер акрилонитрил чаще получается путем синтеза из пропи­лена и аммиака. Полимеризация акрилонитрила проводится в растворителе, в котором растворяется мономер и образую­щийся полимер. Нитроновое волокно формуется, как правило, из раствора мокрым способом. Сухой способ используется для формования комплексных нитей. Однако в промышленности в основном выпускается нитроновое волокно (и 99,5%), ком­плексная же нить составляет всего «0,5 % от общего выпуска нитрона. Плотность нитрона 1,16 — 1,18 мг/мм³.

Волокно имеет достаточно высокую прочность, но мень­шую, чем у капрона и лавсана, разрывное удлинение 18 — 25%. По упругим свойствам волокно находится между ка­проном и лавсаном; обладает самой высокой светостойкостью (кроме фторлона), по теплостойкости не уступает лавсану (не­продолжительное время может эксплуатироваться при темпе­ратуре 180 — 200°С). Оно шерстоподобно, имеет хороший и теплый гриф, по теплопроводности приближается к шерсти, легко подвергается чистке, не изменяет свои свойства в мо­кром состоянии.

К недостаткам следует отнести легкую электризуемость, низкую гигроскопичность (при нормальных условиях погло­щает 0,8 — 1 % влаги), трудность окрашивания, малую стой­кость к истиранию. Волокна легко поддаются модификации, что дает возможность устранять их отрицательные свойства.

Хлорин. Может иметь названия ровиль, термовиль, ПЦ, толон и др.; относится к поливинилхлоридным волокнам. Ис­ходным сырьем для получения поливинилхлорида является ацетилен и соляная кислота. Полученный полимер подверга­ется дополнительному хлорированию.

Относительная раз'рывная нагрузка 22 — 27 сН/текс, раз­рывное удлинение 25 — 35 %. Хлориновое волокно гидрофоб- но й при нормальных условиях поглощает 0,1 — 0,15% вла­ги. Оно является хорошим диэлектриком и обладает высо­кой стойкостью к большинству реагентов. По хемостойкости превосходит все химические волокна (кроме фторполимеров). При трении волокно приобретает высокий отрицательный за­ряд, поэтому изделия из хлорина используются в качестве ле­чебного белья при таких заболеваниях, как радикулит, ревма­тизм, артрит и др. Недостаточно свето-, термостойко и начи­нает деформироваться при температуре 90 — 100°С, поэтому изделия из него могут эксплуатироваться при температуре не выше 70 °С.

Винол. Может иметь названия винал, винилон, винилан, мевлон и др.; относится к поливинилспиртовым волокнам. Поливиниловый спирт получают путем омыления поливинил- ацетата: Волокно можно формовать из раствора сухим и мо­крым способом. Относительная разрывная нагрузка 30 — 40 сН/текс, относительное разрывное удлинение 20 — 30%. Этот вид волокна является единственным гидрофильным син­тетическим волокном, вырабатываемым в производственных масштабах. По гигроскопичности приближается к хлопку, имеет высокую стойкость к истиранию, хотя несколько и усту­пает капрону, светостойкость значительно выше, чем целлю­лозных волокон, сравнительно стойко к действию кислот и щелочей.

Полиэтилен и полипропилен. Относятся к группе по- лиолефинов. Для их производства используются этилен и про­пилен. Эти волокна можно формовать из расплавов и из рас­творов. Они имеют достаточно высокую прочность, хорошее удлинение. Плотность полипропиленового волокна является наиболее низкой (0,91 мг/мм³) среди всех природных и хими­ческих волокон. Эти волокна не тонут в воде; по хемостой- кости приближаются к хлорину. Так же как и другие синте­тические волокна, они устойчивы к действию микроорганиз­мов. Устойчивость к истиранию полипропиленового волокна ниже, чем полиэтиленового. По данному показателю эти во­локна значительно уступают капрону.

Термо- и теплостойкость полипропилена недостаточно вы­сока, что является одним из основных его недостатков. По­липропиленовое волокно размягчается при 140° С и плавится при 160 — 165 Полиэтилен более термостоек; так, например, при 100 °С прочность его заметёо не изменяется, в то время как полипропиленовое волокно после нагрева до 80° С теряет- 12 — 20 % прочности.

Спандекс. Название "спандекс" часто используется как родовое для всех нитей подобного вида, таких как спандекс, лайкра, вирен и др. Эти нити относятся к синтетическим по- лиуретановым, в химический состав которых входят уретано- вые группы и гибкие сильнорастяжимые блоки. Формование осуществляют из расплавов или из растворов. Нити обладают большой обратимой растяжимостью (в 2 — 3 раза и более) при сравнительно высокой прочности и малой плотности. Их ши­роко используют для производства трикотажных и тканых из­делий бытового, спортивного, медицинского и других назна­чений. Эти нити часто вырабатываются с предохраняющей их обмоткой из пряжи различных видов или комплексных нитей.

Высокоэластичные полиуретановые нити имеют ряд суще­ственных преимуществ перед резиновыми нитями: они явля­ются более прочными (в 2 — 3 раза), обладают большей эла­стичностью (в 2 — 3 раза), имеют пониженную плотность (7 = 1,2 мг/мм³), более высокую устойчивость к истиранию и значительно более высокую устойчивость к многократным деформациям (в 10 — 20 раз). Существенным недостатком является их сравнительно невысокая термостойкость: при на­гревании до 150° С они желтеют, так как начинается терми­ческая деструкция.

В настоящее время в текстильной и легкой промышлен­ности нашло широкое применение волокно лайкра. Лайкра обычно используется в комбинации с другими видами воло­кон, как натуральными, так и химическими. Полученные из­делия приобретают повышенную мягкость, делаются более изящными, повышается их формоустойчивость, увеличивает­ся срок эксплуатации. При носке одежды появляется ощуще­ние большей комфортности. Изделие при этом сохраняет все лучшие свойства и полное ощущение того вида волокна, ко­торое преобладает в данном изделии.

Нить лайкра может быть оплетена оболочкой из другого волокна или пряжи. Именно за счет этого, например, джин­совая ткань (деним, хлопчатобумажная ткань саржевого пе­реплетения), содержащая лайкру в виде комплексной нити с обкруткой из волокон хлопка, в растянутом состоянии визу­ально и органолептически совершенно аналогична обычной ткани деним, и только в процессе носки проявляются особые свойства — повышенная комфортность и эластичность.

В чистом виде лайкра используется для выработки трико­тажного полотна, предназначенного для нижнего белья, от­дельных элементов чулочно-носочных изделий, купальников, манжет и других трикотажных изделий. -

Стеклянные и металлические волокна и нити. Стек­лянные нити и волокна обладают негорючестью, стойкостью к коррозии и биологическим воздействиям, хемостойкостью, высокой прочностью, хорошими оптическими, электро-, теп­ло- и звукоизоляционными свойствами.

Из комплексных нитей получают ленты, ткани, сетки и нетканые материалы, а из волокон — холсты, маты и вату. Из нитей изготавливают также огнестойкие декоративные ткани, театральные занавеси^ абажуры, ковры и др.

Металлические нити получают путем многократного по­следовательного протягивания (волочения) более толстой проволоки через калиброванные отверстия в волочильных досках. Нити изготавливают из меди, латуни, никеля. Первые два вида нитей выпускают также с гальваническим покрыти­ем из золота и серебра. Нити бывают круглые (волокна), плос­кие (шнощенка), гладкие, рисунчатые, блестящие и матовые. Круглая или плоская нить, свитая в спираль, носит название канитель.

Разрезные нити получают разрезанием алюминиевой фольги, дублированной с двух сторон полиэтилентерефтала- товой пленкой (нити алюнит) или разрезанием предваритель­но металлизированной полимерной пленки, дублированной такой же неметаллизированной пленкой (люрекс, ламе, мет­лой).

Металлические нити применяются при изготовлении погон и знаков отличия, золотошвейных изделий, блестящей вечер­ней ткани — парчи, а также декоративной отделки нарядных тканей.