Министерство
науки и образования Республики
Казахстан
Карагандинский
государственный университет имени
Е.А Букетова
Химический
факультет
Кафедра органической химии и полимеров
Реферат
Тема: Синтетические волокна
Подготовил: студент
группы ХТОВ-32
Рапиков А.Р
Проверила: к.х.н,
доцент,
Кажмуратова
А.Т
Караганда 2013
Содержание
Введение…………………………………………………………………..3
Последние разработки в области химии синтетических
волокон……4
Историческая
справка……………………………………………………6
Свойства…………………………………………………………………..6
Производство……………………………………………………………..7
Искусственные
волокна………………………………………………….9
Синтетические
волокна.……………………………………………..…..10
Шёлк и штапельное волокно…………………………………………....11
Список литературы…………………………………………………...….12
Введение.
Химические волокна,
волокна, получаемые из органических
природных и синтетических полимеров. В зависимости от вида исходного сырья
химические волокна подразделяются на
синтетические (из синтетических полимеров)
и искусственные (из природных полимеров).
Иногда к химическим волокнам относят
так же волокна, получаемые из неорганических
соединений (стеклянные, металлические,
базальтовые, кварцевые). Химические волокна
выпускаются 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, соединенных
посредством крутки). Филаментные нити
в зависимости от назначения разделяются
на текстильные и технические, или кордные
нити (более толстые нити повышенной прочности
и крутки).
Последние разработки в
области химии синтетических
волокон.
Последние достижения химической
технологии позволяют надеяться
на получение полых химических
волокон в самом ближайшем
будущем. Такая технология уже
осваивается для использования
новых материалов в мембранных технологиях.
Голландская химическая
компания «DCM» в начале 80-х годов наладила выпуск
нового полимерного сверхпрочного материала
- полиэтиленового волокна. При испытаниях
его прочность на разрыв оказалась раз
в 10 выше, чем у стальной проволоки такой
же толщины.
В 1985 году, согласно
сообщению авторитетного журнала
«Design News», была разработана технология
выпуска сверхпрочного волокна, получившего
название «Спектр - 900». Оно формируется
из желеобразного высокомолекулярного
полиэтилена с помощью центрифуг. Кроме
высокой степени прочности, это волокно
обладает высокой абразивной стойкостью,
влагонепроницаемостью, лёгкостью. Поэтому
из него можно сделать и ракетные корпусы,
и сосуды высокого давления, и искусственные
суставы, и паруса…
Метод получения
сверхпрочных синтетических волокон
значительной длины из карбида
кремния разработал японский
химик Сейси Ядзима. Эти волокна
прочнее лучших сортов стали
в 1,5 раза. Причём прочность материала
не теряется даже при длительном нагревании до +1200˚С.
В 1983 году в
мировой прессе появились сообщения
о создании синтетической ткани,
которая оставалась термостойкой
при нагревании до + 1400˚С.
Ранее был известен
синтетический органический материал,
выдерживающий температуру до 10 тыс. градусов. Он был получен
ещё в начале 60-х годов и вошёл в историю
под названием плутон. Молекула его состояла
из атомов углерода, водорода, кислорода
и азота. В то же время плутон обладал малой
прочностью, уступала капрону в 9-10 раз.
Самое термостойкое волокно вырабатывается
сегодня в промышленности под торговым
названием кевлар.
Полиэфирные волокна типа
лавсан имеют высокие показатели
по светло -, плесене - и атмосферостойкости.
К тому же этот синтетический
материал обладает отличным показателем
стойкости и не реагирует на органические
растворители. Лавсану принадлежит ещё
один рекорд. Его удельное электрическое
сопротивление от 10 до 10
Ом·м, выше которого нет у всех других
веществ. Именно эти показатели и «виновны»
в том, что мировое производство волокон
превысило 6 млн. тонн в год.
Повышенной атмосферостойкостью
и наибольшей устойчивостью к
действию сильных кислот обладают
полиакрилонитрильные волокна. Они
широко применяются в производстве
ковров, мехов, брезентов, обивочных и фильтровальных материалов.
По плесенестойкости
нет равных поликапроамидному
волокну. А поливинилспиртовое
и поливинилхлоридное волокна,
нашедшие достаточное распространение
в практике, отличаются от других
синтетических материалов тем,
что абсолютно не поддаются никаким разрушительным
действиям микроорганизмов.
Совместными
усилиями специалистов из Московского
НИИ автотракторных материалов,
Ивановского завода «Искож» и
Ивановского НИИ плёночных материалов
в середине 80-х годов был создан новый материал «Теза-М». Это – синтетическая
ткань, помещённая между слоями поливинилхлоридной
плёнки. Самое главное, что этот материал
не боится ни огня, ни воды, ни сильных
морозов. Из него не шьют, а сваривают различные
изделия, в первую очередь тенты для грузовых
машин «КамАЗ».
Наибольшим
сопротивлением ударным нагрузкам
и предельно низкой гигроскопичностью
обладают полиамидные волокна.
Ценность их повышается ввиду
одновременно высокой прочности,
эластичности и износостойкости.
А полиундеканамидное волокно из этого класса полимеров
имеет один из лучших показателей по
электроизоляционности.
Французскими
исследователями во главе с
Ж.-М. Леном в середине 80-х годов
были созданы электропроводящие
материалы сверхтонкой структуры.
Толщина этих тончайших проводников электрического
тока в диаметре намного тоньше человеческого
волоса. Длины молекулярной цепочки достаточно,
чтобы ею пронизать весь двойной липидный
слой мембраны. Подобные электронити на
уровне молекулярного масштаба могут
быть использованы в качестве элементов
связи в микроэлектронике.
Наибольшую
растяжимость из всех распространённых
синтетических материалов демонстрирует
полиуретановое волокно. Относительное
удлинение его составляет 500-700%, то
есть это волокно способно
растягиваться подобно резиновым нитям, да
к тому же имеет ещё более высокие показатели
прочности, износостойкости, упругого
восстановления и меньшую толщину. Поэтому
оно незаменимо в производстве спортивной
одежды, купальных, корсетных и других
изделий.
Японские специалисты в 1982 году создали
новое синтетическое волокно с необычными
свойствами: сшитая из него одежда способна
защищать человека от нейтронного излучения.
Это достижение стало ответом прогрессивной
научной мысли на создание в СССР и США
нейтронной бомбы.
А спецодежда
и технические ткани, изготовленные
из другого синтетического волокна,
предельно устойчивы к действию
гамма-излучения. Это поликарбонатное
волокно.
К ионизирующему
излучению более всего устойчив
поли–м-фениленизофталамид, который выпускают в промышленности
под названием фенилон. Кроме того, этот
материал – один из самых термически стойких.
Поэтому он находит применение в производстве
особых высокопрочных пластмасс и термостойких
волокон.
Историческая
справка.
Возможность получения химических волокон
из различных веществ (клей, смолы) предсказывалась
ещё в 17-18 веках, но только в 1853 году англичанин
Аудемарс впервые предложил формовать
бесконечные тонкие нити из раствора нитроцеллюлозы
в смеси спирта с эфиром, а в 1891 году французский
инженер И. де Шардонне впервые организовал
выпуск подобных нитей в производственном
масштабе. С этого времени началось быстрое
развитие производства химических волокон.
В 1893 году освоено производство медноаммиачного
волокна из растворов целлюлозы в смеси
водного аммиака и гидроокиси меди.
В 1893 году англичанами Кроссом, Бивеном
и Бидлом предложен способ получения вискозных
волокон из водно-щелочных растворов ксантогената
целлюлозы, осуществлённый в промышленном
масштабе в 1905году. В 1918-20 годах разработан
способ производства ацетатного волокна
из раствора частично омыленной ацетилцеллюлозы
в ацетоне, а в 1935 году организовано
производство белковых волокон из молочного
казеина. Производство синтетических
волокон началось с выпуска в 1932 году поливинилхлоридного
волокна (Германия). В 1940 году в промышленном
масштабе выпущено наиболее известное
синтетическое волокно – полиамидное
(США). Производство в промышленном масштабе
полиэфирных, полиакрилонитрильных и
полиолефиновых синтетических волокон
осуществлено в 1954-60 годах.
Свойства.
Химические волокна
часто обладают высокой разрывной
прочностью (до1200 Мн/кв. м(120 кгс/кв.мм)),
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 химических волокон можно изменять
в процессах формования, вытягивания,
отделки и тепловой обработки, а так же
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 (смотри таблицу №1). Химические
волокна можно использовать в смесях с
природными волокнами при изготовлении
новых ассортиментов текстильных изделий,
значительно улучшая качество и внешний
вид последних.
Производство.
Для производства химических волокон 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). Этот процесс
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 формируемого волокна
количество отверстий в фильере и их диаметр могут быть
различными. При формовании химических
волокон из расплава полимера (например,
полиамидных волокон) средой, вызывающей
затвердевание полимера, служит холодный
воздух. Его формование проводят из раствора
полимера в летучем растворителе (например,
для ацетатных волокон), такой средой является
горячий воздух, в котором от толщины и
назначения волокон, а также от метода
формования. При формовании из расплава
растворитель испаряется (так называемый
«сухой» способ формования). При формовании
волокна из раствора полимера в нелетучем
растворе (например, вискозного волокна)
нити затвердевают, попадая после фильеры
в специальный раствор, содержащий различные
реагенты, так называемую осадительную
ванну («мокрый» способ формования). Скорость
формования зависит 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, (астификационная
вытяжка), что приводит к увеличению прочности
химических волокон и улучшению их текстильных
свойств.
Отделка химических
волокон 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 других, 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 химические волокна 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.