книги из ГПНТБ / Щеголев Н.В. Полимер вездесущий

Ученые нашего времени создали несколь­ ко десятков различных каучуков, используя для этого и углеводороды, и некоторые произ­ водные фтора и хлора и соединения

кремния.

Каждый каучук является обладателем особых нужных технике и науке свойств.

Академик Лебедев в свое время говорил, что «синтез каучуков — источник бесконеч­ ного многообразия. Теория не кладет границ этому (Многообразию. А так как каждый но­ вый каучук является носителем своей ориги­ нальной шкалы свойств, то резиновая про­ мышленность, пользуясь, наряду с натураль­ ными, также и синтетическими каучуками, получит недостающую ей сейчас широкую свободу в выборе нужных свойств».

Уже в настоящее время ученые имеют в своем распоряжении целую палитру раз­ личных каучуков с весьма ценными свойст­ вами, и работы в этой области продолжаются.

РЕЗИНА, МЕТАЛЛ И СТЕКЛО

Повышение прочности было всегда одной из задач ученого и инженера при создании новых материалов и изделий из них. Возьмем, к примеру, автомобильную шину. Замена

119

хлопчатобумажного корда капроновым по­ высила срок службы шины до 40 процентов.

экономии.

Кроме того, шина получилась такой проч­ ной, что удается примерно на 10—15 процен­ тов повысить грузоподъемность автомобиля. Каждая тысяча четырехтонных грузовиков в этом случае может перевозить на 400—600 тонн больше груза.

Применение капрона при изготовлении транспортерных лент дает стране экономию около 10 миллионов рублей в год. А нельзя ли еще повысить прочность некоторых рези­ новых изделий, применив корд более проч­ ный?

Оказалось, это возможно. Решили приме­ нить стеклянное волокно диаметром 10 — 20 микрон, однако встретились с одной труд­ ностью: каучук очень плохо сцеплялся (склеи­ вался) со стеклянным волокном.

Но ученые знали, что стекло относитель­ но хорошо совмещается с металлом, а ме­ талл— с каучуком. Тогда стали тонкие стек­ лянные нити сначала покрывать алюминием, цинком или кадмием. Для этого обычно стек­ лянное волокно пропускается через ванну с расплавленным металлом. Вполне достаточ­ ным, оказалось, нанести слой металла толщи­ ной каких-нибудь 2—3 микрона.

Используя такой материал для упрочения резин, удалось получить изделия очень высо­ ких качеств.

120

МОРСКОЙ

ДРАКОН

Говорят, в море живет какое-то чудови­ ще — морской дракон. Пытались его даже ло­ вить, но пока безуспешно. Так во всяком случае об этом сообщала московская «Не­ деля».

Но дракон в море плавает действительно, и сделан он из... полимеров. «Драконом» остроумно назвала в свое время одна из ан­ глийских фирм новое средство для транспор­ тировки жидких грузов по морю. Это мяг­ кие контейнеры, напоминающие колбасы, начиненные сотнями и даже тысячами тонн нефти. Сравнительно тонкая оболочка такого контейнера изготовлена из полимеров. Внут­ ренняя сторона сделана из бензостойких сор­ тов резины, капрона или нейлона. Наружные слои из специальных резин, стойких к мор­ ской воде и солнечному свету. Резины в этом случае служат лучше капрона, который впи­ тывает воду и менее устойчив к воздействию солнечных лучей.

Нефтепродукты легче воды, поэтому кон­ тейнеры снабжены балластными цистернами. В случае шторма весь караван может продол­ жать путь в подводном положении. Делается это во избежание обрыва буксирных тросов,

121

порчи оболочек. Ну, а если перевозимый груз несколько тяжелее морокой воды, в опреде­ ленные отсеки контейнера может быть нака­ чен воздух.

После того как груз доставлен к месту назначения, остается только смотать пустой контейнер на большую катушку, погрузить

грузов очень экономичен. Считают, что стои­ мость таких контейнеров составляет около десяти процентов стоимости танкера рав­ ной грузоподъемности. Широкое исполь­ зование такого вида перевозок сулит боль­ шие выгоды.

Из синтетических материалов такого типа могут быть изготовлены резервуары для хра­

с точки зрения пожаробезопасности, так и из соображений более рационального исполь­ зования территорий вблизи крупных морских портов. Ведь современные морские пароходы потребляют в качестве топлива большие ко­ личества нефтепродуктов.

Интересно отметить, что нефтепродукты, хранящиеся в подводном резервуаре, не за­ мерзают даже в самые холодные зимы, так как температура воды в море никогда не бы­ вает ниже 0°С. Немаловажным является и то, что при заправке из подводного резервуара в ряде случаев можно обойтись и без приме­ нения насосов: малый удельный ве-с нефте­

122

продуктов по сравнению с морокой водой за­ ставляет подниматься топливо самотеком вверх.

Применение резины в самых различных областях служит делу технического прогрес­ са. Ученые продолжают создавать новые сорта ее, расширяют области применения. И то, что сегодня находится пока еще в сте­ нах лабораторий, завтра станет достоянием народа.

ЧЕЛОВЕК И ВОЛОКНО

Одна из чудесных легенд Древней Греции повествует о том, как дочь царя Миноса пре­ красная Ариадна помогла герою Тесею — сыну бога Посейдона — ¡спасти афинских де­ вушек и юношей от чудовища Минотавра. Ариадна дала герою клубок ниток, и, разма­ тывая их, Тесей проник в лабиринт, убил кро­ вожадного Минотавра и нашел обратный путь. «Нить Ариадны» — стало крылатым выражением.

И хотя события легенды относятся к мно­ гим тысячам лет до нашей эры, знакомство человека с нитью, волокном, пряжей произо­ шло еще раньше. С тех пор они честно слу­ жат человеку. В начале века были известны

123

лишь шерсть, лен и хлопок, вискозные во­ локна только начинали появляться, теперь химия полимеров дала их огромное множест­ во: капрон, нейлон, лавсан, нитрон, виньон

и т. д.

Рассмотрим технологию получения капро­ новой нити, тем более, что она имеет много

В нашей экскурсии на химический комби­ нат мы познакомились с тем, как из фенола, водорода, аммиака и других продуктов при­ готовили маслянистый на ощупь, похожий на стеарин капролактам и отправили его на комбинат химического волокна. Просле­ дим дальнейший путь превращения этого хи­ мического продукта в тончайшие нити шелка.

На комбинате белая масса капролактама вначале загружается в эмалированный изнут­ ри аппарат, называемый раюплавителем. Стенки аппарата обогреваются паром, при температуре 68—70°С капролактам плавится. К расплавленному капролактаму добавляют 5—10 процентов воды и около 0,5—1 процен­ та уксусной кислоты. Смесь фильтруют и по­ дают в автоклав, где образуется высокомоле­ кулярный капрон. Химизм процесса доволь­ но сложен.

При нагревании получается длинная це­ почка, состоящая из чередующихся молекул мономера. Росту макромолекулы способст­ вует добавленная в капролактам вода! А что­ бы длина цепей капрона не была чрезмерной,

124

уксусная кислота останавливает их рост. Для капрона молекулярный вес 12 000—14 000 вполне достаточен.

Итак, в автоклаве при температуре 260°С и давлении 15—16 атмосфер происходит реак­ ция полимеризации. Без давления не обой­ тись, оно нужно, чтобы вода не испарилась. Через 16—18 часов смола готова, и ее в рас­ плавленном состоянии выдавливают в ванну с холодной водой. Капрон теперь уже не по­ хож на капролактам, но это еще и не шелк. Ленты капрона измельчают на кусочки дли­ ной 4—5 миллиметров и направляют в цех прядения. Перед этим капроновую крошку отмывают горячей водой, удаляя не вступив­ шие в реакцию молекулы мономера. После сушки капрон готов для вытяжки из него тонких нитей.

Кислород, особенно при повышенных тем­ пературах, оказывает вредное влияние на процессы полимеризации и поликонденса­

высокой степени очистки, в котором примесь кислорода не превышает 0,001 процента.

Вцехе прядения «химические прялки» высотой около 8,5 метра располагаются в че­ тырех этажах здания.

Вверхний бункер этого сложного соору­ жения партиями по 150 килограммов загру­ жают крошку; она ссыпается на плавильную решетку, сделанную из трубки, через кото­ рую пропускаются расплавленные высококипящие органические вещества. Жидкая смо­

125

ла консистенции меда стекает в фильерную головку и насосом подается на фильеру, в ко­ торой от трех до 90 штук отверстий диамет­ ром всего 0,25 миллиметра. Далее пучок струек поступает в вертикальную прядиль­ ную шахту. Здесь отдельные ниточки обду­ ваются воздухом и твердеют. После замасли­ вания волокно наматывается на бобины. Скорость прядения очень высока — до 90 ки­ лометров в час. Такая скорость прядения оказалась возможной из-за быстрого тверде­ ния капронового волокна, обдуваемого воз­ духом. После отмывки горячей водой, кото­ рая растворяет в себе образовавшиеся низко­ молекулярные продукты, получается капро­ новое волокно. Но оно пока еще не пригодно для изготовления тканей. Оно может растя­ гиваться в несколько раз. Макромолекулы в таком волокне расположены хаотично, не ориентированы по направлению оси волокна, что и обусловливает низкую его прочность и способность растягиваться.

Итак, после холодной вытяжки волокна (в 3—5 раз) прочность его повышается. Такое волокно уже можно направить в отделочный цех, а затем и в ткацкие цехи, где из него

Из капронового волокна, приготовленного по особой технологии, делаются различные технические изделия: высокопрочный корд для шин автомобилей и самолетов, различные канаты, парашютные стропы, особо прочные веревки...

126

СЛЕДОМ ЗА «КОН-ТИКИ»

После того, как норвежец Тур Хейердал со своими товарищами совершил героическое пу­ тешествие на плоту «Кон-Тики» от берегов Южной Америки к островам Полинезии, этот маршрут заинтересовал и другого путешест­ венника— Вильяма Виллиса. Смелый америка­ нец в одиночестве, если не считать попугая Июни и кошки Микки, преодолел на плоту «Семь сестричек» более длинный путь. Но, в данном случае нас интересует не это, а лишь одна маленькая, но существенная деталь. Па­ рус отважного путешественника был сделан из синтетического волокна орлон, известного у нас под названием нитрон. Почему был вы­ бран именно этот материал? Да потому, что он превосходит по светостойкости все синте­ тические волокна. А эти качества при его высокой прочности оказались так необходи­ мыми для плавания по просторам Тихого океана под лучами палящего солнца.

Давайте рассмотрим, по каким показателям обычно сравниваются синтетические волок­ на. Тем более, что эти показатели без допол­ нительных объяснений многим могут быть непонятны. Например, прочность волокна обычно определяется крепостью на разрыв,

127

но выражается не в килограммах на квадрат­ ный миллиметр, а в... километрах!

Представить себе это можно так: нить во­ локна за один конец мысленно поднимают над землей до такой высоты, при которой происходит обрыв нити под действием собст­ венной тяжести. И предельная высота, на ко­ торую удается поднять нить, принимается за показатель прочности. Таким образом, учи­ тывается и удельный вес волокна.

Разрывное удлинение волокна также яв­ ляется важным свойством, характеризую­ щим приращение длины образца в момент разрыва.

Такое качество, как гигроскопичность, у синтетических волокон значительно ниже, чем, например, у хлопка.

Помимо этих показателей, есть и другие, характеризующие химические свойства воло­ кон, например известная уже нам светостой­ кость. Сводная таблица даст нам представле­ ние о некоторых качествах ряда волокон (см.

на стр. 129).

Названия волокон косвенно указывают на химический состав или же место получения их. Капрон, например, своим названием обя­ зан внутреннему амиду аминокапроновой кислоты. Итак, вместо многим непонятных четырех слов — одно, которое запомнить го­ раздо легче. Энант в свою очередь взял свое название от аминознантовой кислоты. Хло­ рин, нитрон указывают, что в их составе со­ держится хлор и азот. Азот — по-латыни «нитрогениум».

128