Классификация химических волокон и характеристика

процессов их получения

Химические волокна представляют собой тонкие, гибкие нити, получаемые при продавливании (формовании) через фильеры расплавов полимеров или их вязких концентрированных растворов. В зависимости от способа получения химические волокна делятся на искусственные, изготавливаемые химической переработкой природных материалов (целлюлозы, белка) и синтетические, производимые полимеризацией, поликонденсацией мономеров.

Одним из видов искусственного волокна является вискозное волокно. Технологический процесс его производства включает ряд стадий. На первой стадии получают щелочную целлюлозу путем обработки целлюлозы 20% раствором гидроксида натрия (реакция мерсеризации). Затем ведут отжим, измельчение, предсозревание щелочной целлюлозы (окислительная деструкция). Стадия ксанто-генирования щелочной целлюлозы включает этерификацию сероуглеродом. Водный раствор ксантогената целлюлозы (дитиоуголь-ный эфир) или продукт его растворения в разбавленном растворе гидроксида натрия называют вискозой. Состав вискозы характеризуют содержанием в ней а-целлюлозы, гидроксида натрия. После смешения с растворителями ведут формование и отделку вискозного волокна. При формовании отдельные струйки вискозы поступают в осадительную ванну. Отделка состоит в удалении примесей из вискозной нити путем промывки водой, растворами сульфита натрия, гидроксида натрия. Далее проводят сушку волокна до содержания воды не более 12% (масс).

Ацетатные волокна производят двух видов: из триацетата целлюлозы и частично омыленного ацетата целлюлозы, содержащего около 5% ацетильных групп.

Из ацетатов целлюлозы в основном изготавливают нити низкой линейной плотности текстильного назначения. Нити технического назначения практически не выпускают.

Процесс производства ацетатных волокон включает растворение исходного сырья в ацетоне или метиленхлориде, содержащих добавки этиленгликоля, полиакрилатов, фталатов, красителей, диоксида титана, отбеливателей. Полученный раствор, включающий 24 - 28% ацетата целлюлозы, фильтруется, обезвоздушивается отстаиванием. Далее формуют текстильную нить сухим способом. Для этого пропускают раствор через фильтры в воздушное пространство, нагретое до требуемой температуры. Вышедшие нити наматывают на приемное устройство со скоростью 500 - 700 об/мин. После обработки полученных нитей композицией, содержащей минеральное масло, поверхностно-активные вещества, антистатик, проводят крутку, перемотку.

Из полиамидных волокон освоены технологические процессы производства капрона из капролактама и анида из соли АГ (соль адипиновой кислоты и гексаметилендиамина). Эти волокна получают из расплавленного полиамидного полимера. Так производят текстильные нити малой линейной плотности и кордные нити с высокой линейной плотностью.

Технологический процесс производства полиамидных волокон включает следующие стадии.

Сначала исходный мономер - капролактам или соль АГ - расплавляют либо- растворяют при нагревании в воде и фильтруют. Далее ведут полимеризацию мономеров в среде инертного газа. Образовавшийся полимер направляют на формование путем выдавливания в воду. Полученные жилки или ленты полимеров измельчают в крошку определенного размера. Крошку промывают горячей водой для удаления мономеров и сушат. Затем осуществляют формование волокна путем продавливания расплавленной крошки полимера через слой кварцевого песка в фильеры. Застывшие тонкие нити наматывают на бабины, шпули. На крутильно-вытяжных машинах производят вытягивание текстильной нити - при комнатной температуре, а кордной нити - при повышенной температуре. После обработки горячей водой полиамидные нити подвергают тепловой обработке (термофиксации) для придания нужных физико-механических свойств.

Полиэфирные волокна, используемые для изготовления штапельных волокон, кордной нити, производят из полиэтиленгли-кольтерефталата или из его сополимеров с изофталевой и другими дикарбоновыми кислотами.

Основные стадии процесса получения полиэфирных волокон следующие: синтез полимера, формование волокна, обработка готового волокна.

Синтез полимера включает предварительно растворенные в этиленгликоле, переэтерифицирование диметилтерефталата, поликонденсацию полученного диэтиленгликольтерефталата в полиэфирный полимер определенной вязкости. Готовый полимер вытягивают в ленты, жилки, затем режут, сушат. Формование волокна (лавсан) из полиэтиленгликольтерефталата и его обработка ведутся так же, как и полиамидных волокон.

Производство полиакрилонитрильных волокон включает технологические процессы получения волокон из полиакрилонитрила (нитрон, из сополимеров акрилонитрила формованием сухим и мокрым способом). Сухой метод формования такой же, как и при получении ацетатного волокна. При мокром способе производства волокна нитрон используют два метода получения прядильного раствора: растворение полимера в растворителе и полимеризация мономеров, сополимеров до полимера в растворителе (диметил-формамиде, диметилсульфоксиде). После обезвоздушивания прядильные растворы, содержащие 15 - 20% полимера, направляют на формование волокна. После формования волокна на прядильных машинах его подвергают вытягиванию в пластическом состоянии в ванне при температуре 97°С. Это необходимо для придания прочности волокнам. Далее ведут отделку промывной водой, сушку и усадку с целью получения безусадочных волокон. После кручения и перемотки осуществляют термообработку ранее описанным методом и получают высокого качества полиакрилонитрильные волокна.

Для получения поливинилепиртовых волокон используют поливиниловый спирт. Состав прядильного раствора зависит от метода формования волокна. При сухом способе раствор содержит 40 - 45% поливинилового спирта, 40 - 45% воды, 10 - 15% этанола. В мокром методе используют 12 - 18%-ный раствор поливинилового спирта в воде и формование осуществляют однованным методом. Осадителями служат ацетон, этанол, водные растворы минеральных солей (сульфит натрия, аммония). Скорость формования 10 - 12 м/мин. Отформованное волокно промывают водой, сушат, а для придания нерастворимости подвергают вытягиванию, термофиксации. Термообработку ведуг при 200 - 210°С в течение 2-5 мин. Волокна из поливинилового спирта в основном идут на текстильные нити, реже на производство шин, транспортерных лент.

Технологические расчеты производства химических волокон условно делят на общие расчеты и расчеты применительно к получению разных видов волокон. К расчетам общего характера относятся: определение линейной плотности нитей, прочности и усилий при вытягивании волокна, площади поперечного сечения волокна, условного диаметра волокон и другие параметры.

Линейная плотность (толщина) выражается в тексах (Гж) и характеризуется массой волокна (в г) длиной 1000 м: