1.4. Химические волокна

Прототипом получения химических волокон послужил процесс образования шелкопрядом нити при завивке кокона. Впервые нить химическим путем была получена в 1883 году в Англии: раствор нитрата целлюлозы в уксусной кислоте продавливался в осадительную ванну, содержащую спирт. В 1891 году в городе Безансоне (Франция) был пущен первый в мире завод по производству нитрошелка, который из-за легкой воспламеняемости, горючести и высокой стоимости растворителей не получил широкого развития. Промышленное производство вискозного волокна началось с 1905 года. В конце 30-х годов XX столетия возникло промышленной производство синтетических волокон.

Высокие темпы развития производства химических волокон объясняются следующими технико-экономическими факторами: доступностью и дешевизной исходного сырья, постоянным улучшением свойств волокон и нитей, расширением областей их применения, возможностью получения волокон с заранее заданными свойствами, независимостью производства химических волокон от климатических условий.

1.4.1.Основные этапы получения химических волокон.

При изготовлении химических волокон и нитей необходимо из твёрдого исходного полимера получить длинные и тонкие нити с продольной ориентацией макромолекул. Для этого необходимо перевести полимер в жидкое состояние, при котором появится возможность свободного перемещения макромолекул относительно друг друга. Если полимер имеет дешёвый и доступный растворитель, то его растворяют. Полимер расплавляют, если температура его плавления ниже температуры его разложения.

Раствор или расплав продавливают по трубопроводам через фильеры (колпачки с маленькими отверстиями) в виде непрерывных струек. Вследствие испарения растворителя, охлаждения или физико-химического взаимодействия с окружающей средой струйки затвердевают и превращаются в элементарные нити.

Несмотря на некоторые различия в получении химических волокон и нитей разных видов, общая схема их производства состоит из пяти основных этапов.

Получение и предварительная обработка сырья.

Сырьё для искусственных волокон, состоящее из природных полимеров, обычно получают на предприятиях других отраслей промышленности: целлюлозных заводах, предприятиях пищевой промышленности. Его получают путём выделения из древесины, молока, семян и т.д. Предварительная обработка сырья состоит в его очистке и иногда в химическом превращении в новые полимерные материалы, растворимые в доступных растворителях.

Сырьё для синтетических волокон получают путём синтеза полимеров из мономеров на заводах химического волокна или химических предприятиях.

Приготовление прядильного раствора или расплава.

Прядильным раствором называют достаточно концентрированный, вязкий и очищенный от примесей и пузырьков воздуха раствор полимера. Растворители должны удовлетворять следующим требованиям: доступность, малая стоимость, малая токсичность и огнестойкость. Полимеры растворяют в аппаратах периодического действия: баках с мешалкой, обогреваемых снаружи.

Прядильные растворы характеризуют двумя основными показателями: вязкостью и концентрацией полимера в растворе.

Одновременно с приготовлением прядильного раствора или расплава выполняют следующие операции: проводят смешивание нескольких партий с целью получения большего объёма волокна, равномерного по свойствам; осуществляют фильтрацию и обезвоздушивание раствора. Последняя операция заключается в удалении пузырьков воздуха, которые, попадая в отверстие фильеры, вызывают обрыв нити. Обезвоздушивание осуществляют путём выдерживания раствора в течение определённого времени под вакуумом.

Из растворов получают искусственные волокна и большинство карбоцепных синтетических волокон.

Из расплавов вырабатывают гетероцепные (полиамидные, полиэфирные) и некоторые карбоцепные (полиолефиновые) волокна и нити. Поскольку расплавы полимеров имеют высокую температуру (260-330°С), их фильтруют через несколько слоев кварцевого песка и металлические сетки непосредственно перед поступлением на фильеру.

Формование волокон и нитей.

Этот процесс заключается в дозированном продавливании раствора или расплава через отверстия фильеры, затвердевании вытекающих струек и наматывании полученных нитей на приёмные устройства. Существует несколько способов формования нитей.

а) Формование из раствора мокрым способом.

В этом случае струйки раствора поступают в осадительную ванну, где происходит их химическое или физико-химическое взаимодействие с реагентами осадительной ванны. В результате струйки затвердевают, превращаясь в нити (рис.1.9). Этим способом формуют вискозные, медно-аммиачные, хлориновые, поливинилспиртовые и нитроновые волокна.

б) Формование из раствора сухим способом.

В этом случае струйки раствора поступают в шахту, где обдуваются горячим воздухом и затвердевают в результате испарения из них растворителя, который должен быть легколетучим веществом (например ацетон) (рис. 1.10). По этому способу формуют ацетатные, триацетатные волокна и нити, нитроновую комплексную нить.

в) Формование из расплава.

В этом случае струйки расплава поступают в шахту, где обдуваются холодным воздухом или инертным газом, охлаждаются и затвердевают (рис. 1.11). Этим способом формуют капроновые, лавсановые, полиэтиленовые, полипропиленовые волокна.

При формовании получают мононити, комплексные нити или короткие химические волокна (иногда их называют штапельными). При формовании мононитей число отверстий в фильере 1-8. причем каждая нить наматывается на отдельную бобину. Для получения комплексных нитей используют фильеры с 12-200 отверстиями. При получении коротких химических волокон число отверстий в фильере доходит до 15000, нити с нескольких фильер собирают вместе, образуя жгут. В последующем жгуты разрезают на специальных машинах на отдельные отрезки (длиной 50-150 мм) в зависимости от назначения.

Отделка.

Включает следующие операции:

-удаление примесей и загрязнений (для нитей, полученных мокрым способом): промывка нитей в воде или различных растворах;

-беление: обработка оптическими отбеливателями;

-поверхностная обработка (авиваж, аппретирование, замасливание) для повышения скольжения и мягкости;

-сушка нитей после мокрого формования и обработки различными растворами в специальных сушилках.

Подготовка к текстильной переработке.

К этому этапу производства относятся скручивание, вытягивание, термофиксация крутки, отбеливание, крашение, перемотка, сортировка, маркировка. Иногда нити из термопластичных полимеров (капрон, лавсан) дополнительно подвергаются текстурированию для придания им повышенной растяжимости, извитости, повышенной объёмности. К текстильной переработке жгута относят его гофрировку и резку.