Автор работы: Пользователь скрыл имя, 10 Марта 2013 в 17:45, реферат
За последние 100 лет население Земли удвоилось. Но еще больше возросли потребности людей. Выработка природных волокон – шерсти, хлопка, натурального шелка, льна, конопли – стала заметно отставать от спроса. Так, за последние 40 лет, она увеличилась лишь на 25 %, а спрос – на 100 %.
ХИМИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА
ВВЕДЕНИЕ За последние 100 лет население Земли удвоилось. Но еще больше возросли потребности людей. Выработка природных волокон – шерсти, хлопка, натурального шелка, льна, конопли – стала заметно отставать от спроса. Так, за последние 40 лет, она увеличилась лишь на 25 %, а спрос – на 100 %. Устранить это несоответствие помогла химия. Ежегодно на заводах производится миллионы километров искусственного шелка и других химических волокон из природной целлюлозы или из угля, известняка, поваренной соли и воды. Сегодня доля химических волокон в общей их выработке составляет уже более 28 %. За последние 15 лет объем мирового производства волокон увеличился в 3 раза. Огромное значение химических волокон очевидно. В самом деле, если затраты труда на изготовление синтетического полиамидного шелка принять за 100 %, то для искусственного вискозного шелка они составят 60 %, для шерсти 450 %, а для натурального шелка еще больше – 25000 %! Шерсть на овце за 3 месяца отрастает в среднем на 30 мм. А на заводе химического волокна прядильная машина за 1 минуту вытягивает до 5000 м нити! На международной ярмарке в Лейпциге внимание посетителей привлекла к себе вывеска над павильоном одной английской фирмы, торгующей текстильными изделиями. По распоряжению управляющего этой фирмой, из огромных букв были собраны слова: "Шерсть нельзя заменить ничем!" Ну что же, ему нельзя отказать в умении рекламировать свой товар. Однако этот бизнесмен не учел, что на той же самой выставке в других павильонах были представлены великолепные ткани, изготовленные полностью или преимущественно из синтетических волокон; пряжа и нитки, обладающие такими достоинствами, которых нет у натуральных волокон. Даже закоренелые скептики, которых раньше было, не так уж мало, в последние годы могли воочию убедиться в том, что цельносинтетические волокна по прочности, стойкости к воде, погоде, свету, бактериям и насекомым, эластичности и способности защищать от холода часто превосходят волокна природного происхождения – шерсть, хлопок и шелк. Химики во многих странах непрерывно трудятся над созданием новых волокон и улучшением качества уже известных. Не отстают от них и технологи. Изменяя состав сырья и технологию его переработки, они улучшают качество тканей и придают им ряд особых свойств, например, делают их водоотталкивающими или не теряющими форму. В результате на международном рынке непрерывно появляются новые марки тканей. Всего химики уже предложили почти 1000 различных типов синтетических волокон, однако из них лишь несколько производятся промышленностью в крупных масштабах. В настоящее время наибольшее значение имеют четыре типа волокон: поливинилхлоридные, полиамидные, полиакрилонитрильные и полиэфирные. Выбор именно этих волокон обусловлен не только химическими, физическими и технологическими факторами, но и, прежде всего, экономическими причинами. При массовом производстве сырье обязательно должно быть дешевым и легкодоступным. Кроме того, необходимо, чтобы свойства конечных продуктов можно было варьировать в широких пределах. Упомянутые типы волокон удовлетворяют всем этим требованиям. Первое цельносинтетическое
волокно было выпущено промышленностью
в 1934 году. ОБЩАЯ ЧАСТЬ 1 История использования химических волокон Впервые мысль о том, что человеком может быть создан процесс, подобный процессу получения натурального шелка, при котором в организме гусеницы шелкопряда вырабатывается вязкая жидкость, затвердевающая на воздухе с образованием тонкой прочной нити, была высказана французским ученым Р. Реомюром еще в 1734 году. Производство первого в мире химического (искусственного) волокна было организовано во Франции в г. Безансоне в 1890 году и основано на переработке раствора эфира целлюлозы (нитрата целлюлозы), применяемого в промышленности при получении бездымного пороха и некоторых видов пластмасс. 2.1 Основные этапы в развитии химических волокон На первом этапе — с
конца XIX века до 1940-50-х годов —
разрабатывались и На втором этапе — 1940-70-е
годы — развивались процессы синтеза
волокнообразующих мономеров, полимеров
и технологии получения волокон
из расплавов синтетических На третьем этапе — 1970-90-е годы — выпуск химических волокон существенно возрос. Широко развились методы их модифицирования для улучшения потребительских свойств. Химические волокна приобрели самостоятельное значение для самых различных видов изделий и областей применения. Кроме того, они широко используются в смесях с природными волокнами. В этот же период в промышленно развитых странах созданы "волокна третьего поколения" с принципиально новыми специфическими свойствами: сверхпрочные и сверхвысокомодульные, термостойкие и трудногорючие, хемостойкие, эластомерные и другие. На четвертом этапе — с 1990-х годов по настоящее время — идет современный этап развития производства химических волокон, появление новых способов модифицирования, создание новых видов многотоннажных волокон: "волокон будущего" или "волокон четвертого поколения". В их числе новые волокна на основе воспроизводимого растительного сырья (лиоцелл, полилактидные), новые мономеры и полимеры, получаемые путем биохимического синтеза и волокна на их основе. Проводятся исследования по применению новых принципов получения полимеров и волокон, основанных на методах генной инженерии и биомиметики. 2 Классификация химических волокон В России принята следующая классификация химических волокон в зависимости от вида исходного сырья: - искусственное волокно (из природных полимеров): гидратцеллюлозные, ацетилцеллюлозные, белковые; - синтетическое волокно (из синтетических полимеров): карбоцепные, гетероцепные. Иногда к химическим волокнам относят минеральные волокна, получаемые из неорганических соединений (стеклянные, металлические, базальтовые, кварцевые). 2.1. Искусственные волокна Гидратцеллюлозные: - вискозные, лиоцелл; - медно-аммиачные. Ацетилцеллюлозные: - ацетатные; - триацетатные. Белковые: - казеиновые; - зеиновые. 2.2. Синтетические волокна | ||||
Карбоцепные (содержат в цепи макромолекулы только атомы углерода): - полиакрилонитрильные (нитрон, орлон, акрилан, кашмилон, куртель, дралон, вольпрюла); - поливинилхлоридные (хлорин, саран, виньон, ровиль, тевирон); - поливинилспиртовые (винол, мтилан, винилон, куралон, виналон); - полиэтиленовые (спектра, дайнема, текмилон); - полипропиленовые (геркулон, ульстрен, найден, мераклон). Гетероцепные (содержат в цепи макромолекулы кроме атомов углерода атомы других элементов): - олиэфирные (лавсан, терилен, дакрон, тетерон, элана, тергаль, тесил); - полиамидные (капрон, найлон-6, перлон, дедерон, амилан, анид, найлон-6,6, родиа-найлон, ниплон, номекс); - полиуретановые (спандекс, лайкра, вайрин, эспа, неолан, спанцель, ворин). 3 Технология изготовления волокон В промышленности химические волокна вырабатывают в виде: - штапельных (резаных) волокон длиной 35…120 мм; - жгутов и жгутиков (линейная плотность соответственно 30…80 и 2…10 г/м); - омплексных нитей (состоят из многих тонких элементарных нитей); - мононитей (диаметром 0,03…1,5 мм). Первая стадия процесса производства
любого химического волокна Полученный вязкий формовочный
раствор тщательно очищают Вторая стадия заключается в формовании волокна. Для формования раствор или расплав полимера с помощью специального дозирующего устройства подается в так называемую фильеру. Фильера представляет собой небольшой сосуд из прочного теплостойкого и химически стойкого материала с плоским дном, имеющим большое число маленьких отверстий, диаметр которых может колебаться от 0,04…1,0 мм. При формовании волокна из
расплава полимера тонкие струйки расплава
из отверстий фильеры попадают в
специальную шахту, где они охлаждаются
потоком воздуха и Во всех случаях формирование
волокна ведется под После формования волокна собираются в пучки или жгуты, состоящие из многих тонких волокон. Полученные нити при необходимости промывают, подвергают специальной обработке — замасливанию, нанесению специальных препаратов (для облегчения текстильной переработки), высушивают. Готовые нити наматывают на катушки или шпули. При производстве штапельного волокна нити режут на отрезки (штапельки). Штапельное волокно собирают в кипы. 4 Природные волокна Природные волокна – это
натуральные текстильные 4.1 Волокна растительного происхождения 4.1.1 Хлопок Химическая формула: ( C6H10O5)n Физические свойства. Гигроскопичность хлопка достаточно высокая. При нормальных условиях зрелые волокна содержат 8…9 % влаги. Хлопок быстро впитывает влагу и быстро ее отдает. Во влажном воздухе хлопковое волокно может принять в себя до 27 % влаги, не делаясь влажным на ощупь. При погружении в воду волокна набухают, их прочность при растяжении увеличивается на 15…17 %. Хлопок является плохим проводником тепла и электричества. Основные характеристики волокна. Хлопок — натуральное волокно, приятное на ощупь и хорошо пропускающее воздух. Неэластичен без добавления других материалов. Свойства хлопка: - высокая влаговпитывающая способность; - приятен на ощупь; - позволяет коже «дышать»; - не электризуется; - прочен, но уступает искусственным волокнам по прочности и износостойкости; - можно красить и отбеливать. Способы получения. При созревании плода коробочка хлопчатника раскрывается. Волокно вместе с семенами — хлопок-сырец — собирается на хлопкоприёмных пунктах, откуда его отправляют на хлопкоочистительный завод, где происходит отделение волокон от семян. Затем следует разделение волокон по длине: наиболее длинные волокна от 20…25 мм и есть хлопок-волокно, а более короткие волоски — линт — идут на изготовление ваты, а также для производства взрывчатых веществ. Применение.Основную массу хлопка перерабатывают в пряжу, небольшую часть хлопкового волока и пуха используют для изготовления медицинской ваты, прокладок, фильтров. Пух и подпушек применяют также в химической промышленности как сырьё, из которого вырабатывают искусственные волокна и нити, взрывчатые вещества и т.д. Наиболее распространенные изделия из хлопка это махровые полотнеца, которыми мы пользуемся изо дня в день. Далее по степени известности следуют махровые халаты. Они легки, удобны и долговечны. Махровые халаты, согревая тело, позволяют ему свободно дышать. Махровые халаты чаще всего используются после купания, так как ткань, из которой они изготовлены, прекрасно впитывает влагу. 4.1.2 Лён Химический состав: около 80 % целлюлозы, до 8 % пентозанов, более 5 % лигнина. Физические свойства. Лён обладает бактерицидными свойствами, не вызывает аллергии, не выделяет формальдегиды и хлорсодержащие флюоритные углероды (CFC). Основные характеристики волокна. Целостность льняных волокон, получаемых из стеблей растения с одноименным названием, обеспечивается наличием в них пектина. Помимо пектина, волокна льна состоят из линина, воды (30 % вместе с пектином) и целлюлозы (70 %). Волокна относительно гладкие, прямые и светлые; они более хрупкие и менее гибкие, нежели у хлопка. Обладая достаточно высокой выносливостью, льняные волокна не отличаются эластичностью. Благодаря своей структуре гидрофильность льна значительно выше, чем у хлопка. По причине высокой теплопроводности льняные волокна активно используют для производства летней одежды, поскольку материал быстро распространяет тепло человеческого тела по всей своей поверхности. Высокая гидрофильность обусловливает быстрое впитывание влаги и быстрое высыхание материала, что также делает лен более предпочтительным, чем хлопок. К тому же лен легко стирается в воде, легче подвергается пятновыводке, причем его мягкость повышается с количеством перенесенных стирок. При глажении изделия из льна следует прежде хорошо увлажнить, либо необходимо их гладить паровым утюгом. Однако некоторые виды льняных тканей должны подвергаться только «сухой» химической чистке, что определяется особенностями отделки материала на стадии производства. Вместе с тем лен очень сложно отбеливать, поскольку этот процесс (особенно с применением гипохлорита натрия) приводит к существенному ослаблению межмолекулярных связей волокон. Если уж решили отбеливать лен, лучше использовать карбонат натрия – он имеет ту же отбеливающую способность, что и гипохлорит, но менее агрессивен. Лен не подвергается сильной усадке, однако совершенно не переносит теплового воздействия, в результате которого желтеет. К светопогоде льняные ткани более устойчивы, чем к теплу, но и здесь все зависит от времени экспозиции, с превышением которого начинаются необратимые процессы. Лен совершенно не подвержен влиянию моли и щелочей, а вот кислотные препараты для него опасны: он "боится" как холодных концентрированных кислот, так и горячих разбавленных. При этом лен достаточно устойчив к воздействию холодных разбавленных кислот. С трудом подвергается крашению и может обесцвечиваться при воздействии пота. Способы получения. Процесс выращивания льна и получения льноволокна достаточно трудоемок. После созревания, лен «теребят» и расстилают на поле в виде ленты для того, чтобы под воздействием естественной влаги (роса, дожди) на льне начали развиваться грибки, которые разрушают пектиновые вещества, соединяющие волокно с древесиной стебля. В результате из льняной соломки получается "треста", у которой отделение волокна от стебля облегчено. Затем полученное таким образом льняное сырье ("треста") поступает для дальнейшей переработки на льнозаводы. На льнозаводе происходит первичная переработка льна. На мяльно-трепальных агрегатах в процессе мятья и трепания волокна приобретают вид длинных прядей, длина которых приблизительно равна длине стебля. Часть волокон при этом обрывается или откалывается и попадает в отходы трепания. В отходы трепания попадает также разрушенная древесина стебля (костра). Между тем все элементарные волокна, содержащиеся в стебле, по своим морфологическим, физическим и химическим свойствам примено одинаковы. Разделение волокна и различная переработка являются следствием принятой технологии. По современной технологии из льняного стебля получают различное по качеству длинное трепаное волокно и обработанные отходы трепания - короткое волокно. Для дальнейшей переработки льноволокно обычно поступает на льнокомбинаты, где длинное трепаное волокно подвергают чесанию, после которого оно разделяется на чесаное и очес. После этого все виды волокна перерабатываются по различным технологиям мокрым и сухим способами прядения и используют для изготовления различных тканей. Из чесаного длинного льноволокна получают тонкую качественную пряжу, которая идет на изготовление различных тканей для одежды, постельного белья и так далее. Очесы используются для изготовления нетканых материалов (основа под линолеум). Из короткого льноволокна сухим прядением получают более грубую пряжу – для шпагатов, веревок, мешковины и так далее. Применение. Применяют льняное семя в качестве обволакивающего и смягчающего средства в виде слизи при заболеваниях кишечника. Масло льняное-наружное средство при ожогах, для приготовления мазей и втираний. Смесь этиловых эфиров жирных кислот льняного масла — препарат Линетол — применяют в качестве антисклеротического и ранозаживляющего средства при лучевых поражениях кожи, ожогах. | ||||
Растение лен отличается полезными качествами. В стеблях до 20 % волокна, используемого для изготовления льняных тканей. Масло плодов растения лен идет для производства олифы, красок, лаков, искусственных кож, зеленого мыла. Употребляют жирное масло семян в пищу. Семена растения лен используют на корм птиц и скоту. Жмых, в котором до 30 % протеина, — прекрасный корм для телят. В Эфиопии семена идут для выпечки хлеба. Из льняной пакли изготавливают шпагат и веревки. Растение лен это одна из древнейших культур на нашей планете: выращивали на волокно еще 4…5 тыс. лет до нашей эры в Ассирии, Египте, Колхиде, Месопотамии. Именно в Древней Колхиде производили ценрыившееся в Элладе и на Востоке знаменитое сардинское полотно. 4.2 Волокна животного происхождения 4.2.1 Шерсть Химический состав: Шерстное волокно почти полностью состоит из группы кератинов — белковых веществ той же природы, что рога и копыта животных. В состав шерсти входит 50 % углерода, 21…24 кислорода, 15…21 азота, 6…7 водорода и 2…5 % серы. Зольных веществ содержится около 1…3 %. Шерсть от растительных волокон отличается наличием азота. Среди же всех органических волокон только она содержит серу. Атомы серы в молекулах кератинов шерсти придают волокну ряд физических свойств, которых нет у других типов волокон. Физические свойства. Термостойкость шерсти невысокая: предельная температура сушки 60…70 °С; при температуре 100…105 °С шерсть теряет влагу, волокно становится жестким и ломким, а при 120 °С шерсть желтеет и начинает разлагаться. Шерсть обладает низкой теплопроводностью, поэтому шерстяные ткани отличаются высокими теплозащитными свойствами. От извитости шерсти зависят
упругость и пористость готовой
ткани; овечья шерсть обладает большим
упругим удлинением, поэтому она
мало мнется и очень эластична; под
действием горячей воды растяжимость
шерсти сильно повышается — на 25…50
% по сравнению с первоначальной
длиной. Гигроскопичность шерсти в
нормальных условиях составляет 15…17 %,
а в условиях повышенной влажности
шерсть поглощает до 40 % влаги, оставаясь
сухой на ощупь. Набухшая в воде шерсть
после высыхания принимает Щелочь, особенно едкий натр, разрушает волокно шерсти, и изделие становится рыхлым (расползается), поэтому изделия из шерсти рекомендуется стирать нейтральным мылом или специальными синтетическими моющими средствами. Для отбеливания шерсти не следует применять соединения, содержащие хлор, так как от хлора шерсть темнеет, становится жесткой, сильно снижается крепость волокон; шерсть рекомендуется отбеливать перекисью натрия, перборатом натрия, гидросульфитом натрия или ронгалитом в слабокислой среде. Для выведения пятен с шерсти можно применять любые растворители, так как они на волокна шерсти не оказывают отрицательного действия. Основные характеристики волокна. Шерсть - волосяной покров животных (овец, коз, верблюдов и других). Из шерсти вырабатывают пряжу, ткани, трикотаж, валяльно-войлочные изделия и другие. Шерстяное волокно характеризуется невысокой прочностью, большой эластичностью и гигроскопичностью, малой теплопроводностью. Перерабатывают его (в чистом виде или в смеси с химическими волокнами) в пряжу, из которой изготовляют ткани, трикотаж, а также фильтры, прокладки и так далее. Способы получения. Шерсть от животных получают, как правило, при помощи стрижки, реже — вычёсыванием. Ангора - из шерсти кроликов, кашемир и мохер — из шерсти коз, альпака — из шерсти ламы. Применение. Из шерсти вырабатывают пряжу, ткани, трикотаж, валяльно-войлочные изделия и др. Шерстяные ткани, вырабатываемые
в основном из овечьей шерсти, в
продажу поступают под 4.2.2 Шелк Химический состав: Натуральный шелк состоит из белка, не содержащего серы. Нити шелка - сырца покрыты шелковым клеем - серицином, который удаляется при обработке кипящей водой или горячим мыльным раствором. Физические свойства. Секрет паутинных желез представляет собой вязкую, отчасти резиноподобную массу, быстро застывающую при соприкосновении с воздухом. По химическому составу паутина близка к шелку гусениц шелкопрядов, отличаясь меньшим содержанием серицина - склеивающего вещества, растворимого в воде. Основу паутинного и гусеничного шелка составляет не растворяющийся в воде фиброин, состоящий из сложного комплекса альбуминов, альфа-аланина и глютаминовой кислоты. По физическим свойствам паутиновые нити отличаются от гусеничного и искусственного шелка большей прочностью. Так, разрывное усилие, выраженное в кг на 1 мм2, у пауков колеблется от 40 до 261, а у гусеничного и искусственного шелка соответственно не превышает 43 и 20 . Паутина обладает антибиотическими свойствами, в особенности та, которая идет на изготовление кокона, предохраняя яйца от губительного действия бактерий и плесневых грибков. При необходимости паук может выделять липкую или сухую нить определенной толщины и цвета. Сухая (не клейкая) нить используется для изготовления кокона, для постройки вертикальных колесовидных тенет у пауков кругопрядов. Последние из таких нитей натягивают каркас сети и ее внутренние радиусы. Основу клейкой нити составляют двойные шелковые волокна, покрытые слоем липкого слизистого секрета. Вскоре после формирования этих нитей липкий слой фрагментируется вследствие поверхностного натяжения, образуя мельчайшие капельки (будто бусинки на ниточке). Это липкое покрытие недолговечно, и высыхая, теряет свои свойства. Поэтому большинство пауков, плетущих сети из такого шелка, должны периодически обновлять липкую нить. Совершенно особый случай представляет собой "пряжа" или "кружево" крибеллятных пауков (пауки, имеющие перед паутинными бородавками небольшой склерит - крибеллятную пластинку с тончайшими отверстиями, из которых выделяется специальный шелк). Две или четыре нити окружаются широкой слизистой муфтой. В нее погружена еще одна закрученная в многочисленные петли нить. Благодаря такому строению к паутине не только прилипают, но и запутываются в ней своими щетинками и волосками насекомые, а ее клейкая слизь долго не высыхает. Основные характеристики волокна. Шелк является натуральным протеиновым волокном. Качество нити зависит от рода шелковичного червя и его питания. Шелк отличается от других волокон отсутствием клеточного строения. Она треугольная в сечении и за счет этого ткань обладает блеском. Шелк обладает высокой устойчивостью к изгибам, высокой упругостью и гигроскопичностью. Одновременно, у него низкая термо и светостойкость, теплопроводность. Шелковая ткань обладает уникальными свойствами. Она легка и прочна одновременно. В древности одеяния из шелка выручали воинов — стрелы с трудом пробивали ткань, которая значительно снижала убойную силу. Кроме всего прочего, шелковая ткань очень гигиенична. Способы получения. Шелковая ткань прядется из нитей, получаемых из коконов шелковичных червей. Длина нити от одного кокона составляет от 350…1000 метров. Так как нить одного кокона слишком тонка, берут нити 4…18 коконов и, после предварительной обработки, пропускают их через агатовое кольцо и прикрепляют к медленно вращающемуся мотовилу. Нити, проходя через кольцо, склеиваются в одну. Применение. Одежда из шелка имеет удивительное свойство - она дарит ощущение прикосновения чего-то живого. На родине шелка, в Китае и Японии, издавна известно, что шелк делает кожу исключительно гладкой и препятствует появлению морщин. Поэтому женщины в этих странах после умывания и купания всегда вытирали лицо и тело шелковыми тканями, а спали на подушках с наволочкой из шелка - и до самых преклонных лет не могли пожаловаться на морщины. Также шелк используется в интерьере. Одна из самых модных тем для натурального шелка - экологически чистый интерьер. Шелк можно использовать для отделки стен и потолков и, конечно же, декорирование окон и спален. Незаменим шелк и в местах шумных тусовок. Он, как никакой другой материал, соответствует требованиям противопожарной безопасности. Если в шелковую ткань ткнуть зажженной сигаретой, она не загорится, и не будет тлеть, как вискоза, и не будет плавиться, вспыхивать и капать, как полиэстер. Образуется круглая дырочка и все. 4.3 Волокна минерального происхожденияг 4.3.1 Асбест Химическая формула: Ca2Mg5Si8O22(OH)2 Физические свойства. Aсбест высокотермостойкий материал, обладающий жаростойкостью и огнестойкостью. Его основные термические характеристики следующие: - удаление свободно- - удаление структурно-связанной (кристаллизационной воды) при 350…450 °C; - разрушение структуры кристалла 600…750 °C; - температура плавления хризотил-асбеста 1500…1550 °C, крокидолита 1150…1200 °C; - прочность на разрыв – более 3000 МПа; - плотность - 2,4…2,6 г/см3; - температура плавления – 1450…1500 °C; - коэффициент трения - 0,8; - щелочестойкость - 9,1…10,3 pH; - удельная поверхность – 20 м2/г; - прочность на разрыв более 3000 Мпа; - плотность от 2.4…2.6 г/см3; - температура плавления от 1450…1500 °С; - коэффициент трения 0.8 единиц; - щелочестойкость от 9.1…10.3 рН; - удельная поверхность 20 м2г. Асбест является жаростойким материалом и может эксплуатироваться при температуре 500…550 °C, кратковременно – до 700 °C. Сорта асбеста с минимальным количеством примесей неэлектропроводны и обладают хорошими электроизолирующими свойствами. Основные характеристики волокна. Основная характеристика асбеста - модуль упругости. Средние значения модуля упругости хризотил-асбеста колеблются от 16104 до 21104Мпа. Способы получения. Крупнейшие месторождения минерала находятся в Канаде, ЮАР и России — на Урале (Баженовское и Киембаевское месторождения), в Восточном и Западном Саянах, а также на Северном Кавказе и в Туве (Ак-Довуракское), на севере Казахстана (Джетыгаринское), в Китае, США, Италии, Франции, Финляндии, в Японии, Австралии, на Кипре. Применение.Асбест входит в состав множества видов изделий в самых различных областях техники. Из волокнистого асбеста изготовляют ткани, картон, фильтры, брезенты, защитные костюмы (для пожарных), бумагу, асбестоцементные строительные материалы (например, шифер). 5 Искусственные волокна 5.1 Гидратцеллюлозные волокна 5.1.1 Вискозные волокна Химический состав. Вискозные волокна представляют собой гидратцеллюлозу, отличающуюся от природной целлюлозы меньшей длиной молекулярной цепи и меньшей ориентацией макромолекул в волокне. Физические свойства. Вискозные волокна обладают хорошими показателями гигроскопичности, светостойкости, удлинения, вполне удовлетворительными показателями теплостойкости, стойкости к истиранию, прочности на разрыв. Прочность на разрыв вискозного волокна может быть повышена изменением технологии производства волокон и в первую очередь увеличением вытяжки волокна. Недостатками вискозного
волокна являются малая доля упругого
удлинения, вследствие чего изделия
из этого волокна плохо Способы получения. Процесс получения вискозного волокна состоит из следующих стадий: - Получение из целлюлозы
прядильного раствора — - Формование мокрым методом
нити продавливанием вискозы
через фильеры в кислотную
ванну с регенерацией - Отделка и сушка. Основные характеристики волокна. Вискозное волокно легко окрашивается красителями для натуральных волокон (хлопка, льна), гигроскопично, что обуславливает высокие гигиенические качества ткани из него, и, благодаря доступности исходного сырья и реактивов, используемых в производстве, относительно недорого. К недостаткам вискозного волокна относятся лёгкая сминаемость, значительная потеря прочности в мокром состоянии и недостаточная устойчивость к истиранию. Эти недостатки в той или иной степени могут быть устранены последующими модификациями и обработкой. | ||||
Применение. В виде комплексных нитей или мононити вискозное волокно используется в производстве верхнего и бельевого трикотажа, чулочно-носочных изделий, тканей и др. 5.1.2 Медно-аммиачные волокна Химический состав. Медно-аммиачные волокна состоят из гидратцеллюлозы (регенерированной целлюлозы), ацетатное и триацетатное — из эфира целлюлозы и уксусной кислоты. Физические свойства. Волокно ровное, гладкое, с мягким приятным блеском, хорошо окрашивается, в сухом состоянии прочнее вискозного, более упруго и эластично. Способы получения. Медно-аммиачное волокно получают из хлопкового пуха и облагороженной древесной целлюлозы. Целлюлозу растворяют в медно-аммиачном растворе и продавливают через фильеры. Формуют волокно мокрым способом, в растворах. Применение. Применяется медно-аммиачное волокно в производстве трикотажа, а в смеси с шерстью - для изготовления тканей и ковров. Производится это волокно в небольших количествах, так как его производство значительно дороже, чем производство других искусственных волокон. 5.2 Ацетилцеллюлозные волокна 5.2.1 Ацетатные волокна Химичиский состав. Ацетатные волокна представляют собой сложные эфиры целлюлозы и уксусной кислоты. По строению ацетатные волокна напоминают вискозные, однако имеют более округлые контуры. Способы получения. Сырьем для получения этих волокон является облагороженная древесина или хлопковый пух. Целлюлозу растворяют в смеси уксусного ангидрида, уксусной и серной кислоты. Полученный триацетат частично омыляют, растворяют в смеси ацетона и спирта и продавливают через фильтры. Формуют волокно сухим способом (в потоке горячего воздуха). Физические свойства. Прочность волокон в сухом состоянии ниже, чем у вискозы ( 13…15 кгс/мм2), однако потеря прочности в мокром состоянии ниже – 30…40 %. Волокно упруго, мало сминается, имеет красивый внешний вид, мягко, устойчиво к действию света, микроорганизмов, не повреждается молью. Гигроскопичность ацетатных волокон 6…7 %. Недостатками этого волокна являются невысокая устойчивость к истиранию, низкая термостойкость (80…90°С), плохая окрашиваемость, а также электризуемость. Применение. Поскольку ацетатные волокна имеют низкую теплопроводность, их применяют в производстве теплого белья. 5.2.2 Триацетатные волокна Химичиский состав. Ацетатные волокна представляют собой сложные эфиры целлюлозы и уксусной кислоты. Способы получения. Для прядильного раствора триацетат целлюлозы растворяют в смеси метиленхлорида и спирта. Формуют волокна сухим или мокрым способом. Физические свойства. Прочность триацетатных волокон в сухом состоянии 13…16 кгс/мм2, в мокром — уменьшается на 30…40 %. Это волокно отличается высокой упругостью, благодаря чему изделия из него не требуют глажения, а также сохраняют плиссе и гофре даже после стирки. Волокна термостойки, выдерживают нагревание до 150…160°. Триацетатные волокна окрашиваются лучше, чем ацетатные, устойчивы к действию света, не разрушаются микроорганизмами. Недостатками этого волокна являются малая гигроскопичность (3,5…4,5 %), высокая электризуемость, низкая устойчивость к действию щелочей, ацетона и других органических растворителей. 5.3 Белковые волокна 5.3.1 Казеиновые волокна Химический состав. Сложный белок, который образуется в результате расщепления пептидных связей в процессе свертывания молока. Основные характеристики волокна. Белковые волокна обладают мягкостью, низкой теплопроводностью. По показателям гигроскопичности и растяжимости приближаются к шерстяным. Однако их прочность невелика, особенно во влажном состоянии. Кроме того, они обладают низкой термостойкостью. Потому боятся горячей воды. В целом производство белковых волокон широко не распространено в силу их низких механический свойств, а также потому, что сырьем служат ценные пищевые продукты. 5.3.2 Зеиновые волокна Состав.Белок растительного происхождения. Содержится в зернах кукурузы. Основные характеристики волокна. Белковые волокна обладают мягкостью, низкой теплопроводностью. По показателям гигроскопичности и растяжимости приближаются к шерстяным. Однако их прочность невелика, особенно во влажном состоянии. Кроме того, они обладают низкой термостойкостью. Потому боятся горячей воды. В целом производство белковых волокон широко не распространено в силу их низких механический свойств, а также потому, что сырьем служат ценные пищевые продукты. 6 Синтетические волокна Синтетические волокна - это химические волокна, получаемые из синтетических полимеров. Синтетические волокна формуют либо из расплава полимера (полиамида, полиэфира, полиолефина), либо из раствора полимера (полиакрилонитрила, поливинилхлорида, поливинилового спирта) по сухому или мокрому методу. 6.1 Полиамидные волокна Химический состав. Полиамидные волокна – это синтетические волокна, формуемые из полиамидов. Окодо 98 % от общего производства полиамидные волокна составляют волокна из алифатичных полиамидов, причем основная масса из них производится из поли-ε-капроамида (выпускается под торговыми названиями капрон, найлон-6, амилан, дедерон, стилон, лилион, релон, перлон, видлон, хемлон, энкалон и др.) и полигексаметиленадипинамида (найлон-6,6, анид. леона, глацем и другие). Производство других видов алифатических полиамидные волокна очень незначительно, что объясняется в основном экономическими проблемами, связанными с получением мономеров, техническими трудностями синтеза полимеров. Физические свойства. Обладает высокой термо- и химимической стойкостью и в ряде случаев очень хорошими механическими свойствами. Способы получения. Технологический процесс получения полиамидные волокна включает следующие основные стадии: синтез полимера, формование и вытяжка, текстильная обработка волокна. Разделение это несколько условно, т.к. современная технология, как правило, предполагает совмещение отдельных стадий вплоть до полностью непрерывного процесса. Применение.Применяют для производства
товаров народного потребления, в основном
чулочно-носочных изделий, трикотажа,
тканей для верхней одежды. В технике полиамидные
волокна используют для изготовления
шинного корда, РТИ, рыболовных сетей,
тралов, канатов, веревок, фильтровальных
материалов для пищевой промышленности,
щетины (например, для моечных и хлопкоуборочных
машин), а также др. изделий. Окрашенные
в массе текстурированной нити (линейная
плотность 60…330 текс) используют для изготовления
ковровых изделий. 6.2 Полиакрилонитрильные волокна(ПВ) Химический состав. Полиакрилонитрильные волокна состоят из полиакрилонитрила, получаемого в результате полимеризации акрилонитрила CH2 = CH – CN . Физические свойства. Обладают хорошим комплексом потребительских свойств. По своим механическим свойствам ПВ очень близки к шерсти, и в этом отношении они превосходят все остальные химические волокна. Их нередко называют "искусственной шерстью". Обладают максимальной светостойкостью, достаточно высокой прочностью и сравнительно большой растяжимостью (22…35 %). Благодаря низкой гигроскопичности, эти свойства во влажном состоянии не изменяются. Изделия из них после стирки сохраняют форму. Характеризуются высокой термостойкостью и стойкостью к ядерным излучениям. Обладают инертностью к загрязнителям, поэтому изделия из них легко очищаются. Не повреждаются молью и микроорганизмами. Способы получения. Производство ПВ складывается из следующих основных технологических операций: получение волокнообразующего полимера, формование волокна по мокрому или сухому методу и регенерация растворителя (чаще всего диметил-формамида и диметилацетамида). Применение.Большую часть используют в чистом виде или смесях с шерстью для изготовления трикотажа. При этом существенно, что деформационные (кривая нагрузка - удлинение) и теплозащитные свойства в большей степени, чем у других химических волокон, близки к шерсти. Кроме того, ПВ применяют при производствеве искусственного меха и ковров, а в смесях с шерстью - одежных и драпировочных тканей. В технике ткани из ПВ используют для фильтрации горячих (до 150°C) газов. В значительном и быстро увеличивающемся объеме ПВ применяют в качестве армирующих добавок при получении специальных бетонов, взамен асбеста при изготовлении волокнистоцементных кровельных плит, труб и тому подобных материалов. Быстро развивается производство ПВ, предназначенных для переработки углеродных волокон . 6.3 Полиэфирные волокна(ПЭВ) Химический состав. Синтетические волокна, формуемые из расплава полиэтилентерефталата. Физические свойства. Незначительная сминаемость, отличная свето- и атмосферостойкость, высокая прочность, хорошая стойкость к истиранию и к органическим растворителям, трудность крашения, сильная электризуемость, жесткость — устраняется химическим модифицированием. Основные характеристики волокна. ПЭВ волокна и нити в настоящее время занимают лидирующее положение среди химических волокон. Их выпуск в 2000 году составил 18,9 млн. тонн в год, это примерно 60 % от выпуска всех синтетических волокон. Производство ПЭВ волокон и нитей стало быстро развиваться с 1982 года. Столь бурный рост производства и потребления ПЭВ волокон объясняется их универсальностью и высокими показателями физико-механических свойств. Почти полная неизменность физико-механических свойств в мокром состоянии, наиболее высокая термостойкость, биостойкость, хемостойкость и другие эксплуатационные характеристики обеспечили приоритетность ПЭВ волокон по сравнению с другими. Этому способствовал реальный
выпуск химически и физически
модифицированных ПЭВ волокон с
высокими эксплуатационными Способы получения. Полиэфирные волокна формуют из расплава, используя ПЭТ с молекулярной массой (20-25)•103 (жгут и текстильные нити) или с молекулярной массой (30-40)•103 (технические нити). В ПЭТ должно содержаться: влаги не более 0,01; диэтиленгликоля не более 1,0; сухого остатка не более 0,06; ТiO2 от 0,05 до 2; красителя от 0,4 до 2,0; концевых групп СООН не более 40 г-экв/т; вязкость расплава должна составлять 200-700 Па•с (280 °С). ПЭТ перерабатывают по периодической схеме (из гранулята) и по непрерывной (прямое формование из расплава ПЭТ после его синтеза). Обычно гранулят ПЭТ плавят при 280-320 °С в экструдерах, производительность которых достигает 1…15 кг/мин. Применение.В производстве различных тканей, искусственного меха, канатов, для армирования шин, в качестве утеплительного материала. Основные торговые названия: лавсан, терилен, дакрон, тетерон, элана, тергаль, тесил. 6.4 Поливинилхлоридные волокна Химический состав. Синтетические волокна, формуемые из растворов поливинилхлорида, перхлорвиниловой смолы или сополимеров винилхлорида Формование осуществляют по сухому или мокрому методу Основные характеристики волокна. Обладают высокой химической стойкостью, низкой электропроводностью очень низкой термостойкостью (начинают деформироваться при температуре 90…100°С). Изделия из него могут эксплуатироваться при температуре не выше 70°С. При трении волокно приобретает высокий электростатический заряд, это свойство используется для изготовления из них лечебного белья при таких заболеваниях, как радикулит, артрит. Негорючие. Устойчивы к действию микроорганизмов. Для волокон, не подвергнутых термофиксации, характерна высокая усадка (в кипящей воде до 55 %). Именно это свойство, в смесях с другими волокнами используется для получения эффектной рельефной поверхности ткани. Способы получения. Современные способы формования нитей также заключаются в продавливании 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 следующих основных этапов: - Получение сырья и его предварительная обработка - Приготовление прядильного раствора (расплава) - Формование волокна - Вытягивание и термообработка волокна - Отдека сформованного волокна Следует отметить, что благодаря
техническому прогрессу в области
производства химических волокон, наряду
с "классическими" видами волокон,
созданы их модифицированные виды с
оптимизированными Применение.Для производства фильтровальных и негорючих драпировочных тканей, нетканых материалов, теплоизоляционных материалов, используемых при низких температурах. Для изготовлении лечебного белья. В смесях с другими волокнами могут использоваться для получения эффекта усадочности (в производстве тканей повышенной плотности, рельефных тканей, ковров, искусственной кожи, пушистых трикотажных изделий и др.).Применение волокон ограничено из-за низкой термостойкости. Торговые названия: хлорин, саран, виньон, ровиль, тевирон и др. 6.5 Полиолефиновые волокна(ППВ) К полиолефиновым волокнам относятся полиэтиленовые и полипропиленовые волокна (ППВ). Химический состав. Синтетическое волокно, формуемое из расплава полипропилена. Физические свойства. Исключительной особенностью этих волокон является их очень низкая плотность 0,91…0,92 г/см3.Это самые легкие из всех известных волокон. Гигроскопичность нитей практически равна нулю. Поэтому изделия из них не тонут в воде. ППВ волокно по эластичности, устойчивости к двойным изгибам, как правило, превосходит полиамидные волокна, но уступает им по стойкости к истиранию. ППВ волокно имеет высокое сопротивление к бактериям, насекомым и плесени. Низкая термостойкость (110…115°С),
поэтому изделия с Способы получения. Разработан способ получения высокомодульных (до 200 МПа) и высокопрочных (до 5 ГПа) полиолефиновых волокон из 2…3 % растворов полиэтилена высокой плотности. Сформованные нити подвергают высокоориентац. вытяжке до 40000 %; используют их главным образом для получения композиции материалов. Применение.Комплексные нити и мононити используют для изготовления нетонущих канатов, сетей, фильтровальных и обивочных материалов. ППВ нетканые полотна, получаемые
методом аэродинамического Пленочные и фибриллированные волокна используются в качестве упаковочного шпагата и мягкой тары. Текстурированный ППВ жгутик используется в ковровом производстве. ППВ текстильные нити, в том числе и текстурированные, оказались прекрасным материалом для изделий контактирующих с кожей человека. Штапельное ППВ волокно используется для получения текстильных материалов в смесях с другими волокнами. Оптимальным является создание двухслойных материалов из ППВ и целлюлозных волокон: например - нижний слой из ППВ волокон, верхний - из гигроскопичных целлюлозных волокон. Нижнее белье, спортивные изделия, благодаря низкой гигроскопичности нижнего слоя и плохой его смачиваемости влагой оказываются все время сухими и в то же время эти качества способствуют каппилярному транспорту влаги в наружный слой. В смесях с целлюлозными волокнами ППВ волокна используются для изготовления чулочно-носочных изделий с повышенными гигиеническими характеристиками. Благодаря ППВ волокнам такие трикотажные изделия быстро сохнут и имеют очень высокую износоустойчивость. 6.6 Полиуретановые (ПУ) волокна Химический состав. Синтетические волокна, формуемые из растворов или расплавов полиуретанов или методом химического формования (полиуретан образуется из диизоцианата и диамина непосредственно в процессе волокнообразования). Свойства. Отличительные свойства ПУ волокна. По механическим показателям ПУ волокна резко выделяются среди других видов химических и натуральных волокон и во многом сходны с резиновыми нитями. ПУ нити - эластомерные нити, они способные к очень большим обратимым, так называемым высокоэластическим деформациям. Для них характерны высокое удлинение (разрывное удлинение - 800 %), низкий модуль упругости, способность к упругому восстановлению в исходное состояние за очень короткое время (доля упругой деформации 90…92 %). Именно эта особенность определяет область применения ПУ нитей, они придают текстильным материалам высокую эластичность, упругость, формоустойчивость и несминаемость. ПУ нити обладают большой устойчивостью к истиранию (в 20 раз больше, чем резиновая нить), устойчивостью к химическим реагентам. ПУ волокна довольно устойчивы к действию гидролитических агентов во время отделки, стирки, крашения; стойки в маслах, хлорсодержащих органических растворителях, кислотах, щелочах. Недостатки ПУ волокна. Под воздействием высокой температуры свойства волокна значительно ухудшаются. При 120 °С, особенно в растянутом состоянии, происходит значительная потеря прочности. Под действием света ПУ волокна желтеют (этого в значительной степени можно избежать применением светостабилизаторов), а их механические свойства изменяются незначительно. Применение.Эластомерные нити на основе полиуретанов в последнее время приобрели очень важное значение. ПУ нити редко применяются в чистом виде, они чаще являются каркасными нитями, вокруг которых навиваются другие нити. Изделие из таких нитей характеризуется повышенной комфортностью за счет высокой эластичности и при этом сохраняет все лучшие свойства и полное ощущение того вида волокна, которое использовалось для внешней обмотки. Из них изготавливают эластичные ткани и трикотаж разнообразных видов. Эластичные нити и эластичные полотна – незаменимый материал для облегающих тело текстильных изделий широкого ассортимента, в том числе трикотажных спортивных, галантерейных и медицинских. Получение.Современные способы формования нитей также заключаются в продавливании 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 следующих основных этапов: - Получение сырья и его предварительная обработка - Приготовление прядильного раствора (расплава) - Формование волокна - Вытягивание и термообработка волокна - Отделка сформованного волокна Следует отметить, что благодаря
техническому прогрессу в области
производства химических волокон, наряду
с «классическими» видами волокон,
созданы их модифицированные виды с
оптимизированными 6.7 Поливинилспиртовые (ПВС) волокна Химический состав. Синтетические волокна, формуемые из растворов поливинилового спирта. Свойства. Отличительные свойства ПВС волокон. В зависимости от технологии производства могут быть получены нити с различной степенью прочности и гидрофобности: от водорастворимых до гидрофобных. Наличие гидроксильных групп позволяет проводить химическую модификацию для получения волокон со специфическими свойствами: огнестойкие, бактерицидные, ионообменные и так далее. Нерастворимое ПВС волокно, производимое в нашей стране, получило название винол. Винол обладает многими положительными свойствами: прочностью, высокой устойчивостью к истиранию, высокой теплостойкостью, отличается от всех синтетических волокон повышенной гигроскопичностью (5…8 %). Обладает отличной устойчивостью к действию света, микроорганизмов, пота. Устойчив к действию кислот, щелочей, окислителей умеренных концентраций, малополярных растворителей, нефтепродуктов. Водорастворимое волокно мтилан обладает антимикробными свойствами и используется в медицине в качестве нитей для временного соединения хирургических швов. Получение.Современные способы формования нитей также заключаются в продавливании 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 следующих основных этапов: - Получение сырья и его предварительная обработка - Приготовление прядильного раствора (расплава) - Формование волокна - Вытягивание и термообработка волокна - Отделка сформованного волокна Следует отметить, что благодаря
техническому прогрессу в области
производства химических волокон, наряду
с «классическими» видами волокон,
созданы их модифицированные виды с
оптимизированными Применение.Винол используется при выработке тканей для белья и верхней одежды. Водорастворимые штапельные волокна служат вспомогательным (удаляемым) компонентом в смесях с другими волокнами при получении ажурных изделий, тонких тканей, гипюра. Сверхпрочные
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Химичичкие волокна подразделяются на два вида, это синтетические и исскуственные волокна. Синтетические волокна, химические волокна, получаемые из синтетических полимеров. Синтетические волокна формуют или из расплава полимера(полиамида, полиэфира, полиолефина), или из раствора полимера(полиакрилонитрила, поливинилхлорида, поливинилового спирта) по сухому либо мокрому способу. Синтетические волокна выпускают
в виде текстильных и кордных
нитей, моноволокна, а также штапельного
волокна. Обилие параметров исходных синтетических
полимеров дозволяет получать синтетические
волокна с различными качествами,
тогда как способности | ||||
В 1968 году мировое создание
синтетических волокон В первый раз выпуск синтетических волокон в промышленном масштабе организован в середине 30-х годов 20 века в США и Германии. Искусственные волокна Искусственные волокна это химические волокна получаемые из природных органических полимеров. К искусственным волокнам относятся вискозные волокна, медноаммиачные волокна, ацетатные волокна, белковые искусственные волокна. Вискозные и медноаммиачные волокна, состоящие из гидратцеллюлозы, называются также гидратцеллюлозными. Сырьём для производства вискозных, медноаммиачных и ацетатных волокон служит целлюлоза, выделяемая из древесины; медноаммиачные и ацетатные волокна часто получают из хлопковой целлюлозы (хлопкового пуха и подпушника). Для получения белковых волокон используют белки растительного и животного происхождения (например, зеин, казеин). Искусственные волокна формируют из растворов полимеров по сухому или мокрому способу и выпускают в виде текстильной или кордной нити, а также штапельного волокна. К недостаткам вискозных, медноаммиачных и белковых волокон относятся значительная потеря прочности в мокром состоянии и лёгкая сминаемость. Однако благодаря хорошим гигиеническим свойствам, дешевизне и доступности исходного сырья производство вискозного волокна продолжает развиваться. Растёт также выпуск ацетатных волокон, обладающих рядом ценных качеств (насминаемость, хороший внешний вид). Белковые волокна вырабатываются в небольших количествах и выпуск их постепенно уменьшается. Впервые выпуск искусственных
волокон в промышленном масштабе
организован в 1891 году во Франции. К
искусственным волокнам, вырабатываемым
нашей промышленностью, относят
вискозное, полинозное, медно-аммиачное,
ацетатное и триацетатное. СПИСОК ИСПОЛЬЗАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
| ||||