Волокна химические

Волокна химические (анг. chemical fibers) — формуют из органических полимеров. Различают искусственные волокна, которые получают из природных полимеров, главным образом целлюлозы и ее эфиров (например, вискозные волокна, ацетатные волокна), и синтетические волокна, получаемые из синтетических полимеров (например, полиамидные волокна, полиакрилонитрильные волокна).

К химическим иногда относят также волокна из неорганических веществ, например стеклянное волокно, борное волокно. В промышленности химические волокна вырабатывают в виде: 1) штапельных (резаных) волокон длинной 35-120 мм; 2) жгутов и жгутиков (линейная плотность соотвенно 30-80 и 2-10 г/м); 3) комплексных нитей (состоят из многих тонких элементарных нитей; в зависимости от линейной плотности и механических свойств подразделяются на текстильные и технические); 4) мононитей (диаметром 0,03-1,5 мм).

Важные преимущества химического волокна перед волокнами природными - широкая сырьевая база, высокая рентабельность производства и его независимость от климатических условий. Многие химические волокна обладают также лучшими мех. свойствами (прочностью, эластичностью, износостойкостью) и меньшей сминаемостью. Недостаток некоторых химических волокон, например полиакрилонитрильных, полиэфирных, - низкая гигроскопичность.

В 60-70-е гг. созданы химические волокна из полимеров со специфическими свойствами, напр.: термостойкие волокна (из ароматических полиамидов, полиимидов и др.), выдерживающие длительную эксплуатацию при 200-300°С; углеродные, волокна, получаемые карбонизацией химического волокна и обладающие высокой жаростойкостью (в бескислородных условиях до 2000 °С, в кислородсодержащих средах до 350-400 °С); фторволокна (из фторсодержащих карбоцепных полимеров), устойчивые в агрессивных средах, физиологически безвредные, обладающие хорошими антифрикционными и электроизоляционными свойствами. Некоторые из этих волокон характеризуются также более высокими, чем обычные химические волокна, прочностью, модулем, большей растяжимостью и др.

Формование волокон и их структура. К волокнообразующим полимерам предъявляют следующие основные требования: молекулярная масса в пределах 15000-150000 (верхний предел лимитируется вязкостью растворов или расплавов, из которых может быть получено волокно, нижний - необходимыми механическими свойствами волокна); сравнительно узкое ммр; способность плавиться без разложения или растворяться в доступных, легко регенерируемых растворителях.

Химические волокна формуют из расплавов, отфильтрованных от примесей и дегазированных. Расплав или раствор продавливают через отверстия фильеры (диаметр отверстий 50-500 мкм) в среду, в которой струйки полимера затвердевают, превращаясь в волокна.

При формовании из расплава затвердевание струек происходит вследствие их охлаждения воздухом ниже температуры плавления полимера. Этот способ используют в тех случаях, когда полимер плавится без заметного разложения, напр. в производстве волокон из полиолефинов, полиэфиров, алифатических полиамидов.

Формование из раствора применяют при получении химического волокна из полимеров, температура плавления которых лежит выше температуры их разложения или близка к ней. Волокно образуется в результате испарения летучего растворителя ("сухой" способ формования) или осаждения полимера в осадительной ванне ("мокрый" способ), иногда после прохождения струек раствора через воздушную прослойку ("сухо-мокрый" способ). Сухим способом формуют, например, ацетатные и полиакрилонитрильные волокна, мокрым - вискозные, полиакрилонитрильные, поливинилхлоридные и др., сухо-мокрым - волокна из термостойких полимеров. наиб. производителен (скорость 500-1500 м/мин, иногда до 7000 м/мин), прост и экологически безопасен способ формования из расплава, наименее производителен (скорость 5-100 м/мин) и наиболее сложен мокрый способ формования из раствора, требующий регенерации реагентов и очистки выбросов. Скорость формования по сухому способу 300-800 м/мин.

Сформованные химические волокна подвергают ориентационному вытягиванию в 3-10 раз и термообработке (релаксации) с целью повышения их прочности, а также уменьшения деформируемости и усадки в условиях эксплуатации. Оптимальная температура этих операций лежит вблизи температуры максимальной скорости кристаллизации полимера, их продолжительность определяется скоростями релаксационных процессов и кристаллизации.

Заключит. операции получения химического волокна или нитей включают их промывку, сушку, обработку замасливателями, антистатиками и др. текстильно-вспомогательными веществами. В число заключит. операций входит иногда и химическое модифицирование химического волокна, например: ацеталирование поливинилспиртовых волокон формальдегидом для придания им водостойкости; прививка на волокна (особенно из полимеров, макромолекулы которых содержат реакционноспособные боковые группы) различных мономеров с целью гидрофилизации химического волокна или, наоборот, их гидрофобизации и повышения устойчивости в агрессивных средах.

При получении химического волокна из нерастворимых полимеров (например, из ароматических полиимидов) для формования используют их растворимые аналоги, которые на завершающих стадиях процесса подвергают полимераналогичным превращениям (циклизации). К новым методам получения химического волокна относятся, например, фибриллирование (расщепление) одноосно ориентированных пленок, главным образом полиолефиновых, а также формование из дисперсий полимеров.

Большинство химических волокон имеет фибриллярную аморфно-кристаллической структуру со степенью кристалличности 50-95% и углом среднемолекулярной разориентации 25-10°. В формировании механических, термических, сорбционных и других свойств волокон важную роль играет строение аморфных областей полимера (число "проходных" макромолекул, их ориентация, разнодлинность). Существенное значение имеет также микроструктура волокон (наличие пор, трещин, характер поверхности), от к-рой зависят их переработка и эксплуатационные свойства текстильных изделий.

Применение. Перспективы производства. Штапельные волокна и жгуты, перерабатываемые как в чистом виде, так и в смеси с другими химическими или природными волокнами, предназначены главным образом для выработки тканей, трикотажа, нетканых материалов. Жгутики, как правило окрашенные и текстурированные, применяются в производстве ковровых изделий и искусственного меха. Из текстильных комплексных нитей вырабатывают преимущественно ткани, трикотаж, чулочно-носочные изделия. Технические комплексные нити используют в производстве изделий, эксплуатируемых при больших нагрузках (шины, РТИ, канаты и др.); мононити - в производстве рыболовных снастей, сеток, сит; фибриллированные нити - как основу ковров, тарных тканей и др. Волокна со специфическими свойствами служат армирующими наполнителями композитов, материалами для изготовления спецодежды, тепло- и электроизоляции, фильтров, изделий медицинского назначения и др.

Историческая справка. Первое искусств. волокно было получено из нитрата целлюлозы (его промышленного производство было организовано во Франции в 1891). В 1896 в Германии было создано производство гидратцеллюлозных медноаммиачных волокон, в 1905 в Великобритании - вискозных. К 1918-20 относится разработка способа производства ацетатных волокон. Первое синтетическое волокно - поливинилхлоридное - было выпущено в 1932 в Германии, в 1940 там же было организовано произ-во поликапроамидного волокна. В 50-60-е гг. в разных странах было освоено промышленное производство полиакрилонитрильных, полиолефиновых, полиэфирных и др. синтетических волокон. Начало многотоннажного производства В. х. в СССР относится к 1930, когда в Ленинграде была пущена фабрика вискозных волокон. Промышленные производство первого отечеств, синтетических волокна (капрон) было организовано в кон. 40-х гг.

Исп. литература: Роговин 3. А., Основы химии и технологии химических волокон, 4 изд., т. 1-2, М., 1974; Перрпелкин К. Е., Физико-химические основы процессов формования химических волокон, М., 1978; Технология производства химических волокон, 3 изд., М., 1980; Химические волокна, под ред. 3. А. Роговина, К.Е. Перепелкина и др., т. 1-10, М., 1972-84; Перепелкин К. Е., Структура и свойства волокон, М., 1985. К.Е. Перепелкин.