Технология получения химических волокон
Все волокна по своему происхождению подразделяют на природные и химические. Последние, в свою очередь, делятся на искусственные, изготовляемые из высокомолекулярных соединений, находящихся в природе в готовом виде (целлюлоза, казеин и др.), и синтетические волокна, получаемые из мономеров путем
полимеризации или поликонденсации.
Процесс производства химических волокон включает в себя следующие стадии вне зависимости от исходного сырья:
получение исходного материала;
приготовление прядильной массы;
формование волокна;
отделка.
Стадия получения исходного материала (полупродукта) включает синтез полимеров по соответствующей технологии, а если сырьем являются природные полимеры, то их предварительно очищают от примесей. К исходным полимерам предъявляются общие требования, а именно: они должны иметь линейное строение, позволяющее растворять или плавить исходный материал для формования волокна и
ориентировать молекулы в волокне; молекулярная масса от 15000 до 100000, так как при малой величине молекулярной массы не достигается прочность волокна, при слишком большой молекулярной массе возникают трудности при формовании волокна из-за малой подвижности макромолекул; полимер должен быть чистым, так как примеси сильно понижают прочность волокна.
Обязательным условием для осуществления формования химических волокон является получение вязких концентрированных растворов высокополимеров в доступных растворителях (ацетон, спирт и пр.) или перевод полимера в расплавленное состояние. Именно в растворе или в расплавленном состоянии могут быть созданы условия, позволяющие снизить энергию взаимодействия макромолекул и после преодоления межмолекулярных связей ориентировать молекулы вдоль
оси будущего волокна. Так, целлюлоза с помощью химических реагентов переводится в растворимое состояние. Раствор или расплав тщательно очищается от примесей и нерастворимых частиц, для чего проводят 2…4 фильтрации и освобождаются от пузырьков воздуха. На этой стадии добавляют в систему красители и другие соединения, придающие волокну окраску, матовость и т. д.__
Стадия формование волокна является самой ответственной. Она заключается в том, что прядильная масса подается в фильеры (нитеообразователи), имеющуе большое число мельчайших отверстий в донышке (до 25000). Выдавленные через отверстия фильеры тонкие струйки раствора попадают в осадительную камеру, где в результате химических реакций происходит осаждение полимера из раствора, т. е. идет отверждение струек и из каждой струйки образуется элементарное волокно. Пучки тонких волокон через ряд направляющих приспособлений непрерывно отводятся в приемное устройство и затем вытягиваются. Формование идет под натяжение наматывающими приспособлениями: бобина, ролик, центрифуга. В ходе формования линейные макромолекулы ориентируются вдоль оси волокна.
Следующая стадия – отделка. Она заключается в придании волокну различных свойств, необходимых для дальнейшей переработки. С этой целью волокна очищаются тщательной промывкой от всяких примесей, полученных во время формования или в результате предшествовавших химических процессов. Кроме того, волокно отбеливается, в некоторых случаях окрашивается и ему сообщается обработкой мыльным или жиросодержащим раствором большая скользкость, что улучшает его способность перерабатываться на текстильных предприятиях. После сушки волокно подвергают кручению и наматывают на шпули и катушки.
Самым распространенным полиэфирным волокном является лавсан. Его получают из расплава полиэтилентерефталата путем фильерного формования с последующим растяжением (рис. 9). Чаще всего лавсан используют для получения нетканых основ искусственной кожи.
Поливинилхлоридные волокна получают из полимера путем формования из раствора, однако этот способ весьма дорогой. Поэтому в промышленности чаще всего используют волокна, полученные из хлорированного ПВХ (хлорин).
Полиолефиновые волокна чаще всего получают из расплавов полимеров (полиэтилена, полипропилена) с термофиксацией волокна и последующим растяжением (рис. 9 а). Эти волокна обладают высокой прочностью, химической стойкостью, гигроскопичность равна нулю.
Рис. 9. Процессы прядения из расплава (а) и сухого прядения (б):
1 – загрузочный бункер; 2 – гранулы полимера; 3 – нагретая решетка; 4 – горячий
полимер; 5 – дозирующий насос; 6 – расплав полимера; 7 – многоканальная
фильера; 8 – свежеспряденное волокно; 9 – катушка; 10 – раствор полимера;
11 – фильтр; 12 – дозатор; 13 – фильера; 14 – свежеспряденное волокно; 15 – на
катушку
Полиакрилонитрильные волокна (нитрон) получают формованием из раствора сухим (рис. 9 б) или мокрым способом. Эти волокна могут быть использованы для получения нетканых основ. В основном это волокно вырабатывают в виде штапельных волокон.