Волокна – протяженные гибкие и прочные вещества ограниченной длины и малых поперечных размеров, пригодные для изготовления пряжи и текстильных изделий. О том, что такое натуральное и синтетическое волокно, говорим в статье.

Классификация волокон

Классификация волокон:

• природные – волокна растительного происхождения (хлопок, лен – полисахариды (углеводы), имеющие состав (C 6 H 10 O 5)x) и животного происхождения (шерсть, шелк – белковые вещества, состоящие из длинных полипептидных цепей).
• химические , которые делятся на искусственные волокна и на синтетические волокна. Искусственные волокна получают из продуктов химической переработки природных полимеров (целлюлозы), например, вискозное, медноаммиачное, ацетатное волокно. Синтетические волокна получают при химической обработке синтетических полимеров. Например, нейлон и капрон (полиамидные волокна), лавсан (полиэфирные волокна).

Синтетическое волокно

К синтетическим волокнам относят полиамидные , полиэфирные, полиакрилонитрильные, поливинилспиртовые, поливинилхлоридные, полипропиленовые, а также многие другие. К первым относят такие вещества, как капрон, анид, энант. Основные характеристики этих волокон – устойчивость к растяжению, стойкость к истиранию. Однако недостатки также имеют место быть: низкая гигроскопичность, небольшая термостойкость и высокая электризуемость. Это волокно используют при производстве трикотажных изделий, ниток, кружев, канатов и рыболовных сетей.

Рис. 1. Полиамидные волокна.

Полиамидное волокно не переносит высоких температур. Если его нагреть до 160 градусов, то прочность резко снижается вплоть до 50%.

К полиэфирным волокнам относятся лавсан, дакрон, терилен. Волокно имеет как преимущества, так и недостатки. К недостаткам можно отнести повышенную жесткость и сильную электризуемость. Лавсан часто используется для изготовления ткани для бытового назначения.

Рис. 2. Полиэфирные волокна.

К полиакрилонитрильным волокнам относятся, например, нитрон, орлон. Нитрон по внешним признакам напоминает шерсть. Нитрон очень прочный и упругий, и его эти свойства сохраняются в независимость от того, мокрый он или сухой. Однако по стойкости к истиранию нитрон уступает полиамидным и полиэфирным волокнам.

К поливинилхлоридным волокнам относится хлорин. По сравнению с другими синтетическими волокнами оно менее прочное, не такое упругое и менее стойкое к истиранию.

Рис. 3. Поливинилхлоридные волокна.

Хлорин имеет способность накапливать в себе электростатические заряды, поэтому его используют для производства лечебного белья

К поливинилспиртовым волокнам относится, например, винол. Отличительная особеность этого материала высокая гигроскопичность, эти волокна хорошо окрашиваются красителями и используются для производства трикотажа, ткани и ковров.

Что мы узнали?

Все существующие волокна можно разделить на 2 класса: химические и природные. синтетические волокна относятся к химическим волокнам. Они подразделяются на полиэфирные, полиамидные, поливинилхлоридные и многие другие. Также в статье представлены примеры синтетических волокон.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.3 . Всего получено оценок: 93.

К синтетическим волокнам относятся полиамидные, полиэфирные, полиакрилонитрильные, поливинилхлоридные, поливинилспиртовые, полипропиленовые и др.

Полиамидные волокна (капрон, анид,энант). Волокна имеют цилиндрическую форму, поперечное сечение их зависит от формы отверстия фильеры, через которое продавливаются полимеры (рис. 9, а ).

Полиамидные волокна отличаются высокой прочностью при растяжении (40-70сН/текс), стойки к истиранию, многократному изгибу, обладают высокой химической стойкостью, морозоустойчивостью, устойчивостью к действию микроорганизмов. Основными их недостатками являются низкая гигроскопичность (3,5-5 %)и светостойкость, высокая электризуемость и малая термостойкость; при нагревании до 160°С их прочность снижается почти на 50 %.В результате быстрого "старения" они на свету желтеют, становятся ломкими и жесткими. Горят волокна голубоватым пламенем, образуя на конце бурый твердый шарик.

Полиамидные волокна и нити широко используются при выработке чулочно-носочных и трикотажных изделий, швейных ниток, галантерейных изделий (тесьмы, ленты), кружев, канатов, рыболовных сетей, конвейерных лент, корда, тканей технического назначения, а также при выработке тканей бытового назначения в смеси с другими волокнами и нитями. Добавление 10–20 % полиамидных штапельных волокон к натуральным резко увеличивает износостойкость изделий.

Полиэфирные волокна (лавсан, терилен, дакрон). В поперечном сечении лавсан имеет форму круга (рис. 9, б ).Прочность на разрыв у лавсана несколько ниже, чем у полиамидных волокон (40-50сН/текс), разрывное удлинение –в пределах20-25 %,в мокром состоянии прочность не теряется. В отличие от капрона лавсан разрушается при действии на него кислот и щелочей, гигроскопичность его ниже, чем капрона (0,4 %). При внесении в пламя лавсан плавится, медленно горит желтым коптящим пламенем. Волокно является термостойким, обладает низкой теплопроводностью и большой упругостью, что позволяет получать из него изделия, хорошо сохраняющие форму; имеют малую усадку. Недостатками волокна являются его повышенная жесткость, способность к образованию пиллинга на поверхности изделий и сильная электризуемость.

Лавсан широко применяется при выработке тканей бытового назначения в смеси с шерстью, хлопком, льном и вискозным волокном, что придает изделиям повышенную стойкость к истиранию, упругость

Рис. 9. Продольный вид и поперечный срез синтетических волокон:

а) капронового; б) лавсанового; в) нитронового; г) хлоринового

и несминаемость. Он также с успехом применяется при производстве нетканых полотен, швейных ниток, гардинно-тюлевых изделий, технических тканей и корда. Комплексные лавсановые нити подвергают текстурированию, в результате чего они лучше поглощают влагу и сохраняют тепло.

Полиакрилонитрильные волокна (нитрон, орлон). По внешнему виду нитрон напоминает шерсть. Поверхность его гладкая (рис. 9,в ) с неправильной формой поперечного сечения с изрезанными краями (гантелеобразная и близкая к ней).

Нитрон отличается высокой прочностью (32-39сН/текс), которая в мокром состоянии не меняется, и упругостью. Изделия из него после стирки довольно хорошо сохраняют форму. Нитрон не повреждается молью и микроорганизмами, обладает высокой стойкостью к ядерным излучениям. По стойкости к истиранию нитрон уступает полиамидным и полиэфирным волокнам. Кроме того, он характеризуется низкой гигроскопичностью (1,5 %),что ограничивает его использование при выработке бельевых тканей, сильной электризуемостыо. Волокно нитрон обладает также наилучшей светостойкостью, низкой теплопроводностью, то есть хорошими теплозащитными свойствами и поэтому часто используются в смесках с шерстью и в чистом виде для костюмно-пальтовых материалов.

Нитрон горит вспышками, выделяя дымок черной копоти. После окончания горения образуется темный, легко раздавливаемый комочек. Используется нитрон при производстве верхнего трикотажа, плательных тканей, а также меха на трикотажной и тканевой основе, ковровых изделий, одеял и тканей технического назначения.

Поливинилхлоридные волокна (хлорин) (рис. 9,г ).По сравнению с дру­гими синтетическими волокнами и хлопком оно менее прочное (12-14 сН/текс), менее упругое, менее стойкое к истиранию, отличается низкой гигроскопичностью (0,1 %),невысокой стойкостью к действию светопогоды, низкой термостойкостью (70°С). Для него характерна высокая хемостойкость, негорючесть, невоспламеняемость.

Хлорин при поднесении к пламени обугливается, но не горит, выделяя при этом запах хлора.

Хлорин имеет способность накапливать электростатические заряды, поэтому его используют для изготовления лечебного белья. Хлорин применяют также при изготовлении тканей для спецодежды, так как он устойчив к действию воды и микроорганизмов.

Волокно ПВХ, также как и хлорин, относится к поливинилхло-ридным волокнам, однако в отличие от хлорина оно наиболее прочное (26-36сН/текс), более упругое и светостойкое. Его используют при выработке трикотажных и гардинно-тюлевых изделий, одеял, декоративных тканей, ватина, ковров, пледов, паласов и других изделий.

Поливинилспиртовые волокна и нити. Формование нитей производят из раствора мокрым способом. Причем в зависимости от условий формования и последующего ацетилирования получают нити с разной степенью прочности и водостойкости: от водорастворимых до гидрофобных.

Нерастворимые поливинилспиртовые волокна, производимые в нашей стране, носят название винол. Они обладают многими положительными свойствами: прочностью, высокой устойчивостью к истиранию, светопогоде, химическим реагентам, многократным деформациям. Винол достаточно эластичен, характеризуется высокой теплостойкостью. Температура размягчения и начала разложения волокон 220°С. Винол горит желтоватым пламенем; после того как горение прекратится, образуется твердый комочек светло-бурого цвета.

Отличительная особенность поливинилспиртовых волокон, выделяющая их из всех синтетических волокон, –высокая гигроскопичность, обусловленная наличием в макромолекулах полимера большого количества гидроксильных групп. По показателям гигроскопичности поливинилспиртовые волокна приближаются к хлопковым, что дает возможность использовать его при выработке материалов для белья и изделий костюмно-платьевого ассортимента. Эти волокна хорошо окрашиваются красителями для целлюлозных волокон. Применяются они в смеси с хлопком, шерстью для производства тканей, трикотажа, ковров и т.д.

Водорастворимая разновидность поливинилспиртовых волокон используется в текстильной промышленности в качестве вспомогательного (удаляемого) волокна при производстве ажурных изделий, тонких тканей, материалов пористых волокнистых структур, а также при изготовлении гипюра (взамен натурального шелка). Поливинилспиртовые нити применяются в медицине для временного скрепления хирургических швов.

Наличие гидроксильных групп позволяет проводить химическую модификацию указанных волокон, особенно методом синтеза привитых сополимеров, благодаря чему можно создавать волокна и нити со специфическими свойствами: огнестойкие, бактерицидные, ионообменные и др.

Полиолефиновые волокна и нити. Из группы полиолефинов для производства волокон используют полипропилен [–СН 2 –СНСН 3 –] n и полиэтилен [–СН 2 –СН 2 –] n среднего и низкого давления.

Полиолефиновые волокна можно формовать из расплавов или растворов полимера с последующим вытягиванием и термофиксацией.

Полипропиленовые и полиэтиленовые нити обладают достаточно высокими значениями прочности и удлинения при растяжении. Полиолефиновые волокна и нити характеризуются высокой устойчивостью к действию кислот, щелочей, не уступают по показателям хемостойкости хлорину. Устойчивость их к истиранию ниже, чем полиамидных нитей, особенно полипропиленовых.

Теплостойкость полиолефиновых нитей небольшая. При температуре 80°С полиэтиленовая нить теряет около 80 %первоначальной прочности. Гигроскопичность нитей почти равна нулю, поэтому окрашивание их возможно только с введением пигмента в полимер перед формованием. С низкой гигроскопичностью связана и значительная электризуемость этих нитей. Плотность полиэтиленовых и полипропиленовых нитей очень низкая, поэтому изделия из них не тонут в воде.

Полиолефиновые волокна используют главным образом для технических целей, а также в смеси с гидрофильными волокнами (хлопковыми, шерстяными, вискозными и др.) в производстве материалов для верхней одежды, обуви, декоративных тканей.

Полиуретановые нити. В настоящее время имеется достаточно большой ассортимент материалов с использованием полиуретановых (эластановых) нитей (спандекс, ликра и т.п.). Нити имеют цилиндрическую форму с круглым поперечным сечением, аморфные. Особенностью всех полиуретановых нитей является их высокая эластичность: разрывное удлинение их составляет 800 %, доля упругой и эластической деформаций 92-98 %. Поэтому материалы с содержанием полиутератновых нитей обладают хорошими упругими свойствами и мало мнутся. Именно эта особенность и определила область их использования. Спандекс применяют в основном при изготовлении эластичных изделий. С использованием этих нитей вырабатывают ткани и трикотажные полотна бытового назначения, для спортивной одежды, а также чулочно-носочные изделия. Полиуретановые нити обладают недостаточной прочностью (6–7 сН/текс) и теплостойкостью. При воздействии температур более 100С нити теряют эластические свойства. Поэтому их вырабатывают в основном защищающей их оплеткой. Полиуретановые нити обладают также очень низкой гигроскопичностью (0,8–0,9 %), что также ограничивает их использование в чистом виде.

Для направленного изменения свойств химических волокон проводят их химическую модификацию различными способами. В целях расширения применения химических волокон и нитей в различных областях техники созданы высокопрочные, высокомодульные (малорастяжимые), термостойкие, негорючие, светостойкие и другие виды волокон со специальными свойствами. Так, введением в цепную молекулу полиамида ароматических звеньев (бензольных колец) получены высокопрочные и термостойкие волокна типа фенилон, внивлон (или СВМ – сверхвысокомодульное), оксалон, аримид Т, кевлар и др. Специальной обработкой полиакрилонитрильных и вискозных волокон получены высокопрочные, хемостойкие, термостойкие углеродные . Они обладают уникальными свойствами. В условиях длительного нагрева (при температуре 400С и более) сохраняют свои механические свойства, негорючие. Используются в различных областях техники (космонавтике, авиационном и химическом машиностроении и др.)

Более подробные сведения о получении и строении химическихволокон приведены в учебнике .

Время чтения: 4 минуты

Некоторые натуральные целлюлозные волокна обрабатываются и перерабатываются для конкретных целей. Известные волокна, такие как вискоза, ацетат и т. д., получают путем переработки различных природных полимеров.

Первые искусственные волокна, которые были разработаны и изготовлены, использовали полимеры природного происхождения, точнее целлюлозу, которая является сырьем, доступным в больших количествах в растительном мире.

Целлюлоза — это натуральный полимер, который составляет живые клетки всей растительности. Это материал в центре углеродного цикла, а также самый распространенный и возобновляемый биополимер на планете.

Хлопчатобумажные листы и древесная масса, вискоза, медноаммиачный шелк, целлюлозный ацетат (вторичный и триацетат), полиноза, волокно с высоким модулем во влажном состоянии (ВВМ).

• Целлюлоза является одним из многих полимеров, найденных в природе.
• Дерево, бумага и хлопок содержат целлюлозу. Целлюлоза — отличное волокно.
• Целлюлоза состоит из повторяющихся звеньев мономерной глюкозы.
• Три типа регенерированных целлюлозных волокон представляют собой вискозу, ацетат и триацетат, которые получены из клеточных стенок коротких хлопковых волокон, называемых линтами.
• Бумага, например, представляет собой почти чистую целлюлозу

Вискоза

Первоначально слово «вискоза» применялось к любому волокну, изготовленному на основе целлюлозы и, следовательно, содержало целлюлозные ацетатные волокна. Тем не менее, определение вискозы было описано в 1951 году и теперь включает в себя текстильные волокна и волокна, состоящие из регенерированной целлюлозы, за исключением ацетата.

• Вискоза представляет собой регенерированное целлюлозное волокно.
• Это первое изготовленное человеком волокно.
• Она имеет зазубренную круглую форму с гладкой поверхностью.
• При намокании вискоза теряет 30-50% своей силы.
• Вискоза образуется из естественных полимеров, и поэтому является не синтетическим волокном, а искусственным регенерированным целлюлозным волокном.
• Волокно продается как искусственный шелк.
• Существует две основных разновидности вискозного волокна, а именно вискозное и медноаммиачное.

Ацетат

Производное волокно, в котором волокнообразующим веществом является ацетат целлюлозы. Ацетат получают из целлюлозы путем реакции очищения целлюлозы из древесной целлюлозы с уксусной кислотой и уксусным ангидридом в присутствии серной кислоты.

Характеристики ацетатного волокна:

• Роскошное на ощупь и внешний вид
• Широкий спектр цветов и блесков
• Отличная драпируемость и мягкость
• Относительно быстрое высыхание
• Устойчивость к усадке, моли и мучнистой росе

Для ацетата разработаны специальные красители, так как он не принимает красители, обычно используемые для хлопка и вискозы.

Ацетатные волокна представляют собой изготовленные волокна, в которых волокнообразующим веществом является ацетат целлюлозы. Эфиры целлюлозы триацетат и ацетат образуются путем ацетилирования хлопковых линтов или древесной целлюлозы с использованием уксусного ангидрида и кислотного катализатора в уксусной кислоте.

Ацетатные и триацетатные волокна очень похожи по внешнему виду на вискозу с постоянной прочностью. Элементы и триацетаты представляют собой умеренно жесткие волокна и обладают хорошей эластичностью при изгибе и деформации, особенно после термообработки.

Устойчивость к абразивному износу ацетата и триацетата невелика, и эти волокна не могут использоваться в применениях, требующих высокой стойкости к истиранию и носке; однако устойчивость этих волокон к трению превосходна. Хотя ацетат и триацетат являются умеренно абсорбирующими, их абсорбция не может сравниться с чистыми целлюлозными волокнами. На ощупь ацетатные ткани несколько более мягкие и более гибкие, чем триацетат. Ткани обоих волокон обладают отличными характеристиками драпировки. Ткани ацетата и триацетата имеют приятный внешний вид и высокую степень блеска, но блеск этих тканей можно модифицировать путем добавления матирующего средства.

Как ацетат, так и триацетат восприимчив к атакам ряда бытовых химикатов. Ацетат и триацетат подвергаются воздействию сильных кислот и оснований и окисляющих отбеливателей. Ацетат обладает только небольшой устойчивостью к солнечному свету, тогда как солнечная устойчивость триацетата выше. Оба волокна имеют хорошую термостойкость ниже их точек плавления.

Ацетат и триацетат не могут быть окрашены красителями, используемыми для целлюлозных волокон. Эти волокна могут быть удовлетворительно окрашены дисперсными красителями при умеренных и высоких температурах, что дает четкие, яркие оттенки. Ацетат и триацетат быстро высушиваются, и их можно подвергать сухой чистке.

Синтетические волокна

На протяжении тысячелетий человечество использовало для своих нужд природные волокна растительного (лен, хлопок, пенька) и животного (шерсть, шелк) происхождения. Кроме того, применялись и минеральные материалы, например асбест.

Ткани, производимые из этих волокон, шли на изготовление одежды, технические нужды и т. п.

В связи с ростом населения Земли натуральных волокон стало не хватать. Именно поэтому возникла потребность в их заменителях.

Первую попытку получить искусственным путем шелк предпринял в 1855 г. француз Одемар на основе нитроцеллюлозы. В 1884 г. французский инженер Г. Шардоне разработал метод получения искусственного волокна – нитрошелка, и с 1890 г. было организовано широкое производство искусственного шелка нитратным способом с образованием нитей с помощью фильер. Особенно эффективным оказалось начавшееся в 90-х годах XIX в. производство шелка из вискозы. Впоследствии этот способ получил наиболее широкое распространение, и ныне вискозный шелк составляет примерно 85 % мирового производства искусственного волокна. В 1900 г. мировое производство вискозного шелка составило 985 тонн, в 1930 г. – около 200 тыс. тонн, а в 1950 г. производство вискозного шелка достигло почти 1600 тыс. тонн.

В 1920-х годах было освоено производство ацетатного шелка (из ацетилцеллюлозы). По внешнему виду ацетатный шелк почти неотличим от натурального. Он малогигроскопичен и, в отличие от вискозного шелка, не мнется. Ацетатный шелк широко применяется в электротехнике как изоляционный материал. Позже был открыт способ получения ацетатного волокна чрезвычайно большой прочности (шнур сечением в 1 см 2 выдерживает нагрузку в 10 тонн).

На основе успехов химии на протяжении XX в. в СССР, Англии, Франции, Италии, США, Японии и других странах была создана мощная промышленность искусственного волокна.

Накануне Первой мировой войны во всем мире производилось всего 11 тыс. тонн искусственного волокна, а спустя 25 лет производство искусственного волокна оттеснило производство натурального шелка. Если в 1927 г. производство вискозного и ацетатного шелка составляло около 60 тыс. тонн, то в 1956 г. мировая продукция искусственных – вискозных и ацетатных – волокон превысила 2 млн тонн.

Разница между натуральным, искусственным и синтетическим волокнами состоит в следующем. Природное (натуральное) волокно полностью создано самой природой, искусственное волокно сделано руками человека, а синтетическое – создано человеком на химических заводах. При синтезе синтетических волокон из более простых веществ получают более сложные высокомолекулярные соединения, тогда как искусственные материалы образуются за счет разрушения значительно более сложных молекул (например, молекул клетчатки при получении метилового спирта путем сухой перегонки древесины).

В 1935 г. американским химиком У. Карозерсом был открыт нейлон – первое синтетическое волокно. Карозерс сначала работал бухгалтером, но позже заинтересовался химией и поступил в Иллинойский университет. Уже на третьем курсе ему поручили читать лекции по химии. В 1926 г. Гарвардский университет избирает его профессором органической химии.

В 1928 г. в судьбе Карозерса произошел резкий поворот. Крупнейший химический концерн «Дюпон де Немур» пригласил его возглавить лабораторию органической химии. Ему создали идеальные условия: большой штат сотрудников, самое современное оборудование, свободу в выборе тематики исследований.

Это было связано с тем, что за год до этого концерн принял стратегию на теоретические исследования, полагая, что они в конце концов принесут значительную практическую пользу, а следовательно, и прибыль.

Так и случилось. Лаборатория Карозерса, исследуя полимеризацию мономеров, после трех лет упорной работы добивается выдающегося успеха – получает полимер хлоропрена. На основе его в 1934 г. концерн «Дюпон» начал промышленное производство одного из первых видов синтетического каучука – полихлоропрена (неопрена), по своим качествам способного с успехом заменить дефицитный натуральный каучук.

Однако главной целью своих исследований Карозерс считал получение такого синтетического вещества, которое можно было бы превращать в волокно. Используя метод поликомпенсации, которым он занимался еще в Гарвардском университете, Карозерс в 1930 г. получил в результате взаимодействия этиленгликоля и себациновой кислоты полиэфир, который, как выяснилось позже, легко вытягивался в волокно. Это было уже большим достижением. Однако практического применения это вещество не могло иметь, так как легко размягчалось от горячей воды.

Дальнейшие многочисленные попытки получить коммерческое синтетическое волокно оказались безуспешными, и Карозерс решил прекратить работу в этом направлении. Руководство концерна согласилось закрыть программу. Однако заведующий химическим отделом воспротивился такому исходу дела. С большим трудом он убедил Карозерса продолжить исследования.

Заново обдумывая результаты своей работы в поисках новых путей ее продолжения, Карозерс обратил внимание на недавно синтезированные полимеры, содержащие в молекуле амидные группы – полиамиды. Этот выбор оказался исключительно плодотворным. Опыты показали, что некоторые полиамидные смолы, протиснутые через фильеру, сделанную из тонкого медицинского шприца, образуют нити, из которых можно изготовлять волокно. Применение новых смол казалось весьма многообещающим.

После новых экспериментов Карозерс и его помощники 28 февраля 1935 г. получили полиамид, из которого можно было вырабатывать прочное, упругое, эластичное, водоустойчивое волокно. Эта смола, выделенная в результате реакции гексаметилендиамина с адипиновой кислотой, с последующим нагреванием в вакууме полученной соли (АГ), была названа «полимер 66», так как исходные продукты содержали по 6 атомов углерода. Поскольку над созданием этого полимера трудились одновременно в Нью-Йорке и Лондоне, то волокно из него получило название «нейлон» – по начальным буквам этих городов. Специалисты-текстильщики признали его пригодным для коммерческого производства пряжи.

В течение двух следующих лет ученые и инженеры «Дюпона» разрабатывали в лабораторных условиях технологические процессы производства промежуточных продуктов полимера и нейлоновой пряжи и конструировали опытно-заводскую химическую установку.

16 февраля 1937 г. нейлон был запатентован. После многих опытных циклов в апреле 1937 г. было получено волокно для экспериментальной партии чулок. В июле 1938 г. было завершено строительство опытного предприятия.

29 апреля 1937 г., через три дня после того как Карозерсу исполнился 41 год, он ушел из жизни, приняв цианистый калий. Выдающегося исследователя преследовала навязчивая идея, что он не состоялся как ученый.

Разработка нейлона обошлась в 6 млн долларов, дороже, чем любой другой продукт общественного пользования. (Для сравнения: на разработку телевидения США потратили 2,5 млн долларов.)

Внешне нейлон напоминает натуральный шелк и приближается к нему по химическому строению. Однако по своей механической прочности нейлоновое волокно превосходит вискозный шелк примерно в три раза, а натуральный – почти в два раза.

Компания «Дюпон» длительное время строго охраняла секрет производственного процесса нейлона. И даже сама изготавливала необходимое для этого оборудование. Как сотрудники, так и оптовые продавцы товара обязательно давали подписку о неразглашении информации, касающейся «нейлоновых секретов».

Первым коммерческим изделием, поступившим на рынок, стали зубные щетки с нейлоновой щетиной. Их выпуск начался в 1938 году. Нейлоновые чулки были продемонстрированы в октябре 1939 г., а с начала 1940-го в г. Вилмингтон стало производиться нейлоновое волокно, которое трикотажные фабрики покупали для изготовления чулок. Благодаря взаимной договоренности торговых фирм чулки конкурирующих между собой производителей появились на рынке в один день: 15 мая 1940 года.

Массовое производство изделий из нейлона началось только после Второй мировой войны, в 1946 году. И хотя с тех пор появились многие другие полиамиды (капрон, перлон и др.), нейлон все еще широко применяется в текстильной промышленности.

Если в 1939 г. мировое производство нейлона составило лишь 180 тонн, то в 1953 г. оно достигло 110 тыс. тонн.

Из нейлоновой пластмассы в 50-е годы прошлого века изготавливали судовые лопастные винты для судов малого и среднего тоннажа.

В 40–50-е годы XX в. появились и другие синтетические полиамидные волокна. Так, в СССР был наиболее распространен капрон. В качестве исходного сырья для его производства используется дешевый фенол, вырабатываемый из каменноугольной смолы. Из 1 т фенола можно получить около 0,5 т смолы, а из нее изготовить капрон в количестве, достаточном для изготовления 20–25 тыс. пар чулок. Капрон получают и из продуктов переработки нефти.

В 1953 г. впервые в мире в СССР в опытно-промышленном масштабе была осуществлена реакция полимеризации между этиленом и четыреххлористым углеродом и получен исходный продукт для промышленного производства волокна энант. Схема его производства была разработана коллективом ученых под руководством А. Н. Несмеянова.

По основным физико-механическим свойствам энант не только не уступал другим известным полиамидным волокнам, но и во многом превосходил капрон и нейлон.

В 50–60-е гг. прошлого века началось производство полиэфирных, полиакрилонитрильных синтетических волокон.

Полиэфирные волокна формируются из расплава полиэтилен-терефталата. Они обладают превосходной термостойкостью, сохраняя 50 % прочности при температуре 180 °C, огнестойки и атмосферостойкие. Устойчивы к действию растворителей и вредителей: моли, плесени и т. п. Нить из полиэфирных волокон используется для изготовления транспортерных лент, приводных ремней, канатов, парусов, рыболовных сетей, шлангов, в качестве основы для шин. Моноволокно применяется для производства сетки для бумагоделательных машин, струн для ракеток. В текстильной промышленности нить из полиэфирных волокон идет на изготовление трикотажа, тканей и т. п. К полиэфирным волокнам относится лавсан.

Полиакрилонитрильные волокна по своим свойствам близки к шерсти. Они устойчивы к действию кислот, щелочей, растворителей. Их применяют для изготовления верхнего трикотажа, ковров, тканей для костюмов. В смеси с хлопком и вискозным волокном полиакрилонитрильные волокна используют для изготовления белья, гардин, брезентов. В СССР эти волокна выпускались под торговым названием нитрон.

Многие синтетические волокна получают путем продавливания расплава или раствора полимера через фильеры диаметром от 50 до 500 микрометров в камеру с холодным воздухом, где происходит отвердение и превращение струек в волокно. Непрерывно образующуюся нить наматывают на бобину.

Отвердение ацетатных волокон происходит в среде горячего воздуха для испарения растворителя, а отвердение вискозных волокон – в осадительных ваннах со специальными жидкими реагентами. Вытяжка волокон на бобинах при формировании применяется для того, чтобы цепные полимерные молекулы приняли более четкий порядок.

На свойства волокон влияют разными методами: изменением скорости выдавливания, состава и концентрации веществ в ванне, меняя температуру прядильного раствора, ванны или воздушной камеры, варьируя размеры отверстия фильер.

Важной характеристикой прочностных свойств волокна является разрывная длина, при которой волокно разрывается под действием собственной тяжести.

У природного хлопкового волокна она изменяется от 5 до 10 км, ацетатного шелка – от 12 до 14, натурального – от 30 до 35, вискозного волокна – до 50 км. Волокна из полиэфиров и полиамидов имеют большую прочность. Так у нейлона разрывная длина доходит до 80 км.

Синтетические волокна потеснили натуральные во многих областях. Общий объем их производства практически сравнялся.

XIX век ознаменовался важными открытиями в науке и технике. Резкий технический бум коснулся практически всех сфер производств, многие процессы были автоматизированы и перешли на качественно новый уровень. Техническая революция не обошла стороной и текстильное производство - в 1890 году во Франции впервые было получено волокно, изготовленное с применением химических реакций. С этого события началась история химических волокон.

Виды, классификация и свойства химических волокон

Согласно классификации все волокна подразделяются на две основные группы: органические и неорганические. К органическим относятся искусственные и синтетические волокна. Разница между ними состоит в том, что искусственные создаются из природных материалов (полимеров), но с помощью химических реакций. Синтетические волокна в качестве сырья используют синтетические полимеры, процессы же получения тканей принципиально не отличаются. К неорганическим волокнам относят группу минеральных волокон, которые получают из неорганического сырья.

В качестве сырья для искусственных волокон используются гидратцеллюлозные, ацетилцеллюлозные и белковые полимеры, для синтетических - карбоцепные и гетероцепные полимеры.

Благодаря тому, что при производстве химических волокон используются химические процессы, свойства волокон, в первую очередь механические, можно изменять, если использовать разные параметры процесса производства.

Главными отличительными свойствами химических волокон, по сравнению с натуральными, являются:

• высокая прочность;
• способность растягиваться;
• прочность на разрыв и на длительные нагрузки разной силы;
• устойчивость к воздействию света, влаги, бактерий;
• несминаемость.

Некоторые специальные виды обладают устойчивостью к высоким температурам и агрессивным средам.

ГОСТ химические нити

По Всероссийскому ГОСТу классификация химических волокон достаточно сложная.

Искусственные волокна и нити, согласно ГОСТу, делятся на:

• волокна искусственные;
• нити искусственные для кордной ткани;
• нити искусственные для технических изделий;
• технические нити для шпагата;
• искусственные текстильные нити.

Синтетические волокна и нити, в свою очередь, состоят из следующих групп: волокна синтетические, нити синтетические для кордной ткани, для технических изделий, пленочные и текстильные синтетические нити.

Каждая группа включает в себя один или несколько подвидов. Каждому подвиду присвоен свой код в каталоге.

Технология получения, производства химических волокон

Производство химических волокон имеет большие преимущества по сравнению с натуральными волокнами:

• во-первых, их производство не зависит от сезона;
• во-вторых, сам процесс производства хоть и достаточно сложный, но гораздо менее трудоемкий;
• в-третьих, это возможность получить волокно с заранее установленными параметрами.

С технологической точки зрения, данные процессы сложные и всегда состоят из нескольких этапов. Сначала получают исходный материал, потом преобразовывают его в специальный прядильный раствор, далее происходит формирование волокон и их отделка.

Для формирования волокон используются разные методики:

• использование мокрого, сухого или сухо-мокрого раствора;
• применение резки металлической фольгой;
• вытягивание из расплава или дисперсии;
• волочение;
• плющение;
• гель-формование.

Применение химических волокон

Химические волокна имеют очень широкое применение во многих отраслях. Главным их преимуществом является относительно низкая себестоимость и продолжительный срок службы. Ткани из химических волокон активно используются для пошива специальной одежды, в автомобильной промышленности - для укрепления шин. В технике разного рода чаще применяются нетканые материалы из синтетического или минерального волокна.

Текстильные химические волокна

В качестве сырья для производства текстильных волокон химического происхождения (в частности, для получения синтетического волокна) используются газообразные продукты переработки нефти и каменного угля. Таким образом, синтезируются волокна, которые различаются по составу, свойствам и способу горения.

Среди наиболее популярных:

• полиэфирные волокна (лавсан, кримплен);
• полиамидные волокна (капрон, нейлон);
• полиакрилонитрильные волокна (нитрон, акрил);
• эластановое волокно (лайкра, дорластан).

Среди искусственных волокон самые распространенные - это вискозное и ацетатное. Вискозные волокна получают из целлюлозы - преимущественно еловых пород. С помощью химических процессов этому волокну можно придать визуальную схожесть с натуральным шелком, шерстью или хлопком. Ацетатное волокно производят из отходов от производства хлопка, поэтому они хорошо впитывают влагу.

Нетканые материалы из химических волокон

Нетканые материалы можно получать как из натуральных, так и из химических волокон. Часто нетканые материалы производят из вторсырья и отходов других производств.

Волокнистая основа, подготовленная механическим, аэродинамическим, гидравлическим, электростатическим или волокнообразующим способами, скрепляется.

Основной стадией получения нетканых материалов является стадия скрепления волокнистой основы, получаемой одним из способов:

1. Химический или адгезионный (клеевой) - сформованное полотно пропитывается, покрывается или орошается связующим компонентом в виде водного раствора, нанесение которого может быть сплошным или фрагментированным.
2. Термический - в этом способе используются термопластичные свойства некоторых синтетических волокон. Иногда используются волокна, из которых состоит нетканый материал, но в большинстве случаев в нетканый материал еще на стадии формования специально добавляют небольшое количество волокон с низкой температурой плавления (бикомпонент).

Объекты промышленности химических волокон

Поскольку химическое производство охватывает несколько областей промышленности, все объекты химической промышленности делятся на 5 классов в зависимости от сырья и области применения:

• органические вещества;
• неорганические вещества;
• материалы органического синтеза;
• чистые вещества и химреактивы;
• фармацевтическая и медицинская группа.

По типу назначения объекты промышленности химических волокон разделяются на основные, общезаводские и вспомогательные.