Химические волокна

Введение

В контрольной  работе, речь пойдет о химических волокнах и нитях, их производство, применение. Рассмотрим их определение. Виды, структура, классификация, производство химических волокон и нитей. Область применения.

Рассмотрим  перспективы производства на примерах крупнейших белорусских предприятий  химической промышленности. Таких, как:

· «Полимир»

· «Белшина»

· ОАО  «Лакокраска»

· ПО «Химволокно»

· ОАО  «Могилевхимволокно» и др. 

1. Общая характеристика  отрасли

Химические  волокна

Химические  волокна -- волокна, получаемые из органических природных и синтетических полимеров.

Различают искусственные волокна, которые  получают из природных полимеров, главным  образом целлюлозы и ее эфиров (например, вискозные волокна, ацетатные  волокна), и синтетические волокна, получаемые из синтетических полимеров (например, полиамидные волокна, полиакрилонитрильные волокна). К химическим волокнам иногда относят также волокна из неорганических веществ, например стеклянное волокно, борное волокно.

В промышленности химические волокна вырабатывают в  виде:

1) штапельных (резаных) волокон дл. 35-120мм;

2) жгутов  и жгутиков (линейная плотность  соотв. 30-80 и 2-10 г/м);

3) комплексных  нитей (состоят из многих тонких  элементарных нитей; в зависимости  от линейной плотности и механических  свойств подразделяются на текстильные  и технические);

4) мононитей  (диаметром 0,03-1,5мм).

Важные  преимущества химических волокон перед  волокнами природными - широкая сырьевая база, высокая рентабельность производства и его независимость от климатических  условий. Многие волокна химические обладают также лучшими механическими  свойствами (прочностью, эластичностью, износостойкостью) и меньшей сминаемостью.

Недостаток  некоторых химических волокон, например полиакрилонитрильных, полиэфирных, - низкая гигроскопичность.

Формование  волокон и их структура

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

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

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

Формование  из раствора применяют при получении  химических волокон и нитей из полимеров, температура плавления  которых лежит выше температуры  их разложения или близка к ней. Волокно  образуется в результате испарения  летучего растворителя ("сухой" способ формования) или осаждения полимера в осадительной ванне ("мокрый" способ), иногда после прохождения  струек раствора через воздушную  прослойку ("сухо-мокрый" способ).

Сухим способом формуют, например, ацетатные  и полиакрилонитрильные волокна, мокрым - вискозные, полиакрилонитрильные, поливинилхлоридные и другие, сухо-мокрым - волокна из термостойких полимеров.

Наиболее  производителен (скорость 500-1500 м/мин, иногда до 7000 м/мин), прост и экологически безопасен способ формования из расплава. Наименее производителен (скорость 5-100 м/мин) и наиболее сложен мокрый способ формования из раствора, требующий  регенерации реагентов и очистки  выбросов. Скорость формования по сухому способу 300-800 м/мин.

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

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

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

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

Классификация текстильных волокон

В настоящее  время при изготовлении текстильных  изделий широко используются различные  виды волокон, которые отличаются друг от друга по химическому составу, строению и свойствам. В основу существующей классификации текстильных волокон  положено два основных признака, а  именно:

- их  способ получения (происхождение)

- химический  состав,

- так  как именно они определяют  основные физико-механические и  химические свойства не только  самих волокон, но и изделий,  полученных из них.

С учетом классификационных признаков все  волокна делят на натуральные и химические. К натуральным волокнам относят волокна природного (растительного, животного, минерального) происхождения.

К химическим волокнам - волокна, изготовленные в  заводских условиях. Химические волокна  подразделяются на искусственные и синтетические. Искусственные волокна получают из природных высокомолекулярных соединений. Синтетические волокна - путем синтеза из природных низкомолекулярных соединений. Природные высокомолекулярные соединения образуются в процессе развития и роста волокон (целлюлоза, фиброин, кератин); что же касается синтетических, то их получают из низкомолекулярных веществ в результате реакции полимеризации или поликонденсации, в основном из продуктов переработки нефти и каменного угля.

Натуральные волокна

Волокна растительного происхождения

Хлопком называют волокна, растущие на поверхности семян однолетних растений хлопчатника. Он является основным видом сырья текстильной промышленности.

Собранный с полей хлопок-сырец (семена хлопчатника, покрытые волокнами) поступает на хлопкоочистительные  заводы. Здесь происходит его первичная  обработка, которая включает в себя следующие процессы: очистку хлопка-сырца  от посторонних сорных примесей (от частиц стеблей, коробочек, камней и  др.), а также отделение волокна  от семян (джинирование), прессование  волокон хлопка в кипы и их упаковку. В кипах хлопок поступает на дальнейшую переработку на хлопкопрядильные фабрики.

Хлопковое волокно представляет собой тонкостенную трубочку с каналом внутри. Волокно  несколько скручено вокруг своей  оси. Поперечный срез его имеет весьма разнообразную форму и зависит  от зрелости волокна. Для хлопка характерны относительно высокая прочность, теплостойкость (130--140 °С), средняя гигроскопичность (18--20%) и малая доля упругой деформации, вследствие чего изделия из хлопка сильно сминаются. Хлопок отличается высокой  устойчивостью к действию щелочей. Стойкость хлопка к истиранию  невелика.

Льняное волокно получают из стебля травянистого растения - льна. Для получения волокна стебли льна замачивают с целью разъединения лубяных пучков друг от друга и от соседних тканей стебля путем разрушения пектиновых (клеящих) веществ микроорганизмами, развивающимися при намокании стебля, а затем мнут для размягчения древесной части стебля. В результате такой обработки получают лен-сырец, или мятый лен, который подвергают трепанию и чесанию, после чего получают техническое льняное волокно (трепаный лен).

Элементарное  волокно льна имеет слоистое строение, что является результатом постепенного отложения целлюлозы на стенках  волокна, с узким каналом посередине и поперечными сдвигами по длине  волокна, которые получаются в процессе образования и роста волокна, а также в процессе механических воздействий при первичной обработке  льна. В поперечном сечении элементарное волокно льна имеет пяти- и шестиугольную  форму с закругленными углами.

Волокна и нити животного  происхождения

Шерстью называют волосяной покров овец, коз, верблюдов и других животных. Основную массу шерсти (94--96 %) для предприятий текстильной промышленности поставляет овцеводство.

Шерсть, снятая с овец, обычно очень сильно загрязнена я, кроме того, весьма неоднородна  по качеству. Поэтому, прежде чем отправить  шерсть на текстильное предприятие, ее подвергают первичной обработке. Первичная обработка шерсти включает следующие процессы: сортировку по качеству, разрыхление и трепание, мойку, сушку и упаковку в кипы. Овечья шерсть состоит из волокон  четырех типов: пуха, переходного  волоса, ости и мертвого волоса

Пух - это очень тонкое, извитое, мягкое и прочное волокно, круглое в поперечном сечении.

Переходный  волос - это более толстое и  грубое волокно, чем пух.

Ость - это волокно, более жесткое, чем  переходный волос.

Мертвый волос - это очень толстое в  поперечнике и грубое неизвитое  волокно, покрытое крупными пластинчатыми  чешуйками.

Шерсть, которая состоит преимущественно  из волокон одного типа (пуха, переходного  волоса), называют однородной. Шерсть, содержащая волокна всех указанных  типов, называют неоднородной.

Особенностью  шерсти является ее способность к  свойлачиванию, что объясняется  наличием на ее поверхности чешуйчатого  слоя, значительной извитостью и мягкостью  волокон. Благодаря этому свойству из шерсти вырабатывают довольно плотные  ткани, сукна, драпы, фетр, а также  войлочные и валяные изделия. Шерсть обладает малой теплопроводностью, что делает ее незаменимой при  выработке пальтовых, костюмно-плательных тканей и трикотажных изделий  зимнего ассортимента.

Шелком называют тонкие длинные нити, вырабатываемые шелкоотделительными железами шелковичного червя (шелкопряда) и наматываемые им на кокон. Коконная нить представляет собой две элементарные нити (шелковины), склеенные серицином--природным клеящим веществом, вырабатываемым шелкопрядом. Особенно чувствителен шелк к действию ультрафиолетовых лучей, поэтому срок службы изделий из натурального шелка при солнечном освещении резко уменьшается. Натуральный шелк широко используется при выработке плательных тканей и штучных изделий (головных платков, косынок и шарфов), швейных ниток.