Контрольные вопросы:

1. Что такое эластомеры и какие материалы к ним относятся?

2. Что представляет собой натуральный каучук? Какими свойствами он обладает? Для каких целей используется?

3. Что представляет собой синтетический каучук? Из каких полимеров его получают? Для каких целей он применяется?

4. Что такое резина? Какие свойства сделали возможным ее широкое применение?

5. Какие недостатки появляются у резины в процессе эксплуатации?

6. Перечислите группы резино-технических изделий применяемых в различных сферах производства.

7.1.3.Химические волокна

Волокнами называют материалы, частицы которых представляют гибкие и прочные тела с длиной многократно превышающей размеры поперечного сечения, пригодные для изготовления пряжи и текстильных изделий.

Химическое волокно, независимо от природы и способа по­лучения, представляет одиночное (элементарное) волокно, ко­торое образуется из струйки растворенного или расплавленно­го полимера, продавливаемой через отверстие фильеры - ме­таллического или стеклянного цилиндра с отверстиями в дне. Число отверстий в фильере определяет количество элементар­ных волокон, а их диаметр - толщину образующегося волок­на.

Волокна представляют собой полимеры с высококристаллической структурой. В макромолекулах таких полимеров аморфные и кристаллические области ориентированы параллельно оси волокон.

Если в природных волокнах (хлопковое и льняное) ориентированная упаковка полимерных цепей вдоль оси волокна осуществляется во вре­мя их роста, то в химических волокнах ориентация макромолекул дос­тигается в процессе получения волокна из расплава или раствора. Бла­годаря высокой упорядоченности в расположении макромолекул эти волокна способны выдерживать большие нагрузки при растяжении.

По происхождению волокна делятся на природные (натуральные) и химические.

К природным волокнам относят:

• волокна растительного происхождения, основу которых составляет целлюлоза, формирующаяся в процессе, развития растений на поверхности семян (хлопок), в стеблях (лен, пенька, джут, кенаф, рами), в листьях (сизаль, манильская пенька) и в оболочках плодов (койр из орехов кокоса);

• волокна животного происхождения, состоящие из белка: кератина (шерсть различных животных) и фиброина и серицина (выделения гусениц тутового и других шелкопрядов);

• волокна минерального происхождения (асбест).

Химическими волокнами (ХВ) называются волокна, форму­емые из органических природных или синтетических полиме­ров. По природе исходного полимера они делятся на искусственные ХВ и синтетические ХВ.

Искусственные ХВ получают в результате полимераналогичных превращений полимера, при которых он сохраняет свою полимерную природу.

Химические волокна в зависимости от вида сырья и используемой для их про­изводства реакции, подразделяются на несколько групп. На рис. 7.4. приведена классификация искусственных ХВ.

Наибольшее значение среди искусственных волокон имеют ацетатное и вискозное, получае­мые из древесной целлюлозы.

Ацетатное волокно не мнется, на него не действуют бактерии и плесень. Его используют в производстве трикотажных изделий, платьевых и подкладочных тканей (иногда с другими волокнами). Выраба­тывают из него также декоративные и мебельные ткани. Недостатками этого волокна являются его сильная электризуемость и низкая проч­ность к истиранию. Оно хуже впитывает влагу по сравнению с хлопко­вым волокном. Прочность ацетатного волокна, смоченного водой, сни­жается на 40%.

Рис. 7.4. Классификация искусственных химических волокон:

1- вискозное; 2- медноаммиачное; 3- омыленное ацетатное; 4- ацетатное (из ди- и триацетата целлюлозы); 5 – казеиновое; 6- зеиновое; 7 - прочие белелвое.

Вискозное волокно в виде текстильной нити и штапеля исполь­зуют для изготовления одежных, подкладочных тканей, нижнего бе­лья, детских изделий. Штапель - штапельное волокно получают путем резки химических волокон (вискозного, полиакрилонитрильного, полиэфирного, полиамидного) на отрезки («штапельки») различной длины - в зависимости от вида природных волокон, в смеси с которыми они будут перерабатываться.

Высокопрочное вискозное волокно применяют для получения корда в производстве автомобильных шин, искусствен­ной кожи (кирза).

Особую группу ХВ составляют искусственные волокна, фор­муемые из различных неорганических веществ: соединений кремния, металлов и их соединений, углерода, бора. На рис.7.5. приведена классификация неорганических химических волокон.

Рис. 7.5. Классификация неорганических химических волокон:

1- стекловолокно, 2 - базальтовое, 3 - вольфрамовое, 4 - бериллиевое, 5 - молибденовое, 6 - стальное, 7 - оксидные (оксиды алюминия, бериллия, циркония), 8- из борида титана, 9 - карбидные (карбиды бора, кремния), 10- нитридное (нитрид кремния), 11 -боридное, 12 –углеродное.

Синтетические ХВ получают формованием из синте­тических полимеров. Синтетические ХВ по природе полимеров, из которых они формуются, делятся на гетероцепные и карбоцепные. Каждая из этих групп, в свою очередь, состоит из большого числа отдельных представителей. На рис.7.6. приведена классификация синтетических химических волокон.

В настоящее время созданы новые уникальные волокна - термостойкие, негорючие, ионообменные, биологически активные и другие, которые позволили решить многие про­блемы, связанные с освоением космоса, развитием самолето- и ракетост­роения, атомной энергетики и т.д.

Синтетические волокна эластичны, не мнутся, отличаются высо­кой прочностью. Они не боятся моли и плесени. Правда, у них есть и некоторые недостатки: малая гигроскопичность и способность к электризуемости.

Из большого ассортимента синтетических волокон наибольший интерес представляют три вида волокон — полиамидные, полиэфир­ные и полиакрилонитрильные.

Рис.7.6. Классификация синтетических химических волокон:

1-нейлон, 2 - капрон, 3 - сополимеры, 4 - лавсан, 5 - перлон, 6 - спандекс (лайкра), 7 - политен, 8 - моплен, 9 - полифайбр, 10 - хлорин, 11- ацетохлорин, 12 - тефлон, 13 - винилон, 14- нитрон, 15 – сополимеры.

Из полиамидных волокон хорошо известно поликапроамидное во­локно - капрон (синонимы: силон, найлон-6, перлон, дедерон, амилан), Капроновое волокно вы­пускают в виде непрерывной нити и штапельного волокна. Капроно­вое волокно имеет высокую степень кристалличности. Капрон имеет бо­лее высокую температуру плавления, чем полиэтилен. Однако тепло­стойкость капрона невелика — он начинает плавиться при 215°С.

Капроновое волокно применяется для производства автомобильно­го корда, парашютных тканей, канатов, веревок, конвейерных лент и т.д. Его используют для изготовления тканей, ковров, искусственного меха, трикотажа.

Другим представителем полиамидных волокон является полигекса-метиленадипинамидное волокно - анид (синонимы: найлон-6, ниплон, родианайлон и др.). Анид выпускается в виде непрерывной нити и шта­пельного волокна. По стойкости в агрессивных средах анид равноце­нен капрону, но отличается от него более высокой температурой размягчения. Анид применяют в производстве корда для авиационных шин, длинных конвейерных лент, сеток бумагоделательных машин, товаров народного потребления.

Из полиэфирных волокон наиболее ценным является полиэтиленг-ликолътерефталатное волокно - лавсан (синонимы: дакрон, термлен, тревира, элана и др.). На основе лавсана изготавливают различные ткани и трикотаж для верхней одежды, ковров, техничес­ких сукон, фильтровальных и обивочных материалов. Техническая нить используется в производстве шинного корда и тканей для резинотех­нических изделий, а текстильная нить - для изготовления тюля, пла­щевых тканей и трикотажа.

Полиэфирное волокно устойчиво к сминанию, но по истираемости его показатели в несколько раз хуже, чем у полиамидного. Поэтому его не используют для производства чулочно-носочных изделий. Но хими­ческая стойкость полиэфирного волокна значительно выше. Текстурированные (высокообъемные) нити из полиэфирных волокон использу­ют для получения тканей.

Полиакрилонитрильные (ПАН) волокна (синонимы: нитрон, акрилан, дралон, орлон, кашмилон и др.) занимают особое место в производстве синтетических волокон. По внешнему виду они напоминают натуральную шерсть.

Полиакрилонитрильные волокна выпускают главным образом в виде штапельного волокна. Они устойчивы к действию атмосферы и плесе­ни, гидрофобны, но легко электризуются. Применяют для производ­ства верхнего трикотажа (пуловеры, спортивные костюмы и др.), ков­ров, меха, одежных, обивочных и фильтровальных тканей. В смеси с хлопком и вискозным волокном ПАН-волокна идут для изготовления гардин, брезентов. Для этих волокон характерна высокая устойчивость к действию УФ-лучей.

В целом, около 70% всех производимых химических волокон потребляется текстильной промышленностью, производящей предметы на­родного потребления.

В заключение следует отметить, что простота и независимость от климатических условий про­цессов переработки волокна; упрощенная технология отделки; высокая производительность оборудования вследствие малого числа обрывов нити; относительно меньшая масса готовых изделий; и более длительный срок их использования; практически неограниченная сырьевая база -

все это определило внедрение ХВ в различные сферы производста в целом, и замену ими натуральных волокон.