Akademik

Волокна химические

волокна, получаемые из органических природных и синтетических полимеров. В зависимости от вида исходного сырья В. х. подразделяются на синтетические (из синтетических полимеров) и искусственные (из природных полимеров). Иногда к В. х. относят также волокна, получаемые из неорганических соединений (стеклянные, металлические, базальтовые, кварцевые). В. х. выпускают в промышленности в виде: 1) моноволокна (См. Моноволокно) (одиночное волокно большой длины); 2) штапельного волокна (См. Штапельное волокно) (короткие отрезки тонких волокон); 3) филаментных нитей (пучок, состоящий из большого числа тонких и очень длинных волокон, соединённых посредством крутки), филаментные нити в зависимости от назначения разделяются на текстильные и технические, или кордные нити (более толстые нити повышенной прочности и крутки).

Историческая справка. Возможность получения В. х. из различных веществ (клей, смолы) предсказывалась ещё в 17 и 18 вв., но только в 1853 англичанин Аудемарс впервые предложил формовать бесконечные тонкие нити из раствора нитроцеллюлозы в смеси спирта с эфиром, а в 1891 французский инженер И. де Шардонне впервые организовал выпуск подобных нитей в производственном масштабе. С этого времени началось быстрое развитие производства химического волокон. В 1896 освоено производство медноаммиачного волокна из растворов целлюлозы в смеси водного аммиака и гидроокиси меди. В 1893 англичанами Кроссом, Бивеном и Бидлом предложен способ получения вискозных волокон из водно-щелочных растворов ксантогената целлюлозы, осуществлённый в промышленном масштабе в 1905. В 1918—20 разработан способ производства ацетатного волокна из раствора частично омыленной ацетилцеллюлозы в ацетоне, а в 1935 организовано производство белковых волокон из молочного казеина. Производство синтетических волокон началось с выпуска в 1932 поливинилхлоридного волокна (Германия). В 1940 в промышленном масштабе выпущено наиболее известное синтетическое волокно — полиамидное (США). Производство в промышленном масштабе полиэфирных, полиакрилонитрильных и полиолефиновых синтетических волокон осуществлено в 1954—60.

Свойства. Волокна химические часто обладают высокой разрывной прочностью [до 1200 Мн/м² (120 кгс/мм²)], значительным разрывным удлинением, хорошей формоустойчивостью, несминаемостью, высокой устойчивостью к многократным и знакопеременным нагружениям, стойкостью к действиям света, влаги, плесени, бактерий, хемо- и термостойкостью. Физико-механические и физико-химические свойства В. х. можно изменять в процессах формования, вытягивания, отделки и тепловой обработки, а также путём модификации как исходного сырья (полимера), так и самого волокна. Это позволяет создавать даже из одного исходного волокнообразующего полимера В. х., обладающие разнообразными текстильными и другими свойствами (табл.). В. х. можно использовать в смесях с природными волокнами при изготовлении новых ассортиментов текстильных изделий, значительно улучшая качество и внешний вид последних.

Производство. Для производства В. х. из большого числа существующих полимеров применяют лишь те, которые состоят из гибких и длинных макромолекул, линейных или слаборазветвлённых, имеют достаточно высокую молекулярную массу и обладают способностью плавиться без разложения или растворяться в доступных растворителях. Такие полимеры принято называть волокнообразующими. Процесс складывается из следующих операций: 1) приготовления прядильных растворов или расплавов; 2) формования волокна; 3) отделки сформованного волокна.

Приготовление прядильных растворов (расплавов) начинают с перевода исходного полимера в вязкотекучее состояние (раствор или расплав). Затем раствор (расплав) очищают от механических примесей и пузырьков воздуха и вводят в него различные добавки для термо- или светостабилизации волокон, их матировки и т.п. Подготовленный таким образом раствор или расплав подаётся на прядильную машину для формования волокон.

Формование волокон заключается в продавливании прядильного раствора (расплава) через мелкие отверстия фильеры (См. Фильера) в среду, вызывающую затвердевание полимера в виде тонких волокон. В зависимости от назначения и толщины формуемого волокна количество отверстий в фильере и их диаметр могут быть различными. При формовании В. х. из расплава полимера (например, полиамидных волокон (См. Полиамидные волокна)) средой, вызывающей затвердевание полимера, служит холодный воздух. Если формование проводят из раствора полимера в летучем растворителе (например, для ацетатных волокон (См. Ацетатные волокна)), такой средой является горячий воздух, в котором растворитель испаряется (так называемый «сухой» способ формования). При формовании волокна из раствора полимера в нелетучем растворителе (например, вискозного волокна (См. Вискозные волокна)) нити затвердевают, попадая после фильеры в специальный раствор, содержащий различные реагенты, так называемую осадительную ванну («мокрый» способ формования). Скорость формования зависит от толщины и назначения волокон, а также от метода формования. При формовании из расплава скорость достигает 600—1200 м/мин, из раствора по «сухому» способу — 300—600 м/мин, по «мокрому» способу — 30—130 м/мин. Прядильный раствор (расплав) в процессе превращения струек вязкой жидкости в тонкие волокна одновременно вытягивается (фильерная вытяжка). В некоторых случаях волокно дополнительно вытягивается непосредственно после выхода с прядильной машины (пластификационная вытяжка), что приводит к увеличению прочности В. х. и улучшению их текстильных свойств.

Отделка В. х. заключается в обработке свежесформованных волокон различными реагентами. Характер отделочных операций зависит от условий формования и вида волокна. При этом из волокон удаляются низкомолекулярные соединения (например, из полиамидных волокон), растворители (например, из полиакрилонитрильных волокон), отмываются кислоты, соли и другие вещества, увлекаемые волокнами из осадительной ванны (например, вискозными волокнами). Для придания волокнам таких свойств, как мягкость, повышенное скольжение, поверхностная склеиваемость одиночных волокон и др., их после промывки и очистки подвергают авиважной обработке или замасливанию. Затем волокна сушат на сушильных роликах, цилиндрах или в сушильных камерах. После отделки и сушки некоторые В. х. подвергают дополнительной тепловой обработке — термофиксации (обычно в натянутом состоянии при 100—180°С), в результате которой стабилизируется форма пряжи, а также снижается последующая усадка как самих волокон, так и изделий из них во время сухих и мокрых обработок при повышенных температурах.

Мировое производство В. х. развивается быстрыми темпами. Это объясняется, в первую очередь, экономическими причинами (меньшие затраты труда и капитальных вложений) и высоким качеством В. х. по сравнению с природными волокнами. В 1968 мировое производство В. х. достигало 36% (7,287 млн. т) от объёма производства всех видов волокон.

В. х. в различных отраслях в значительной степени вытесняют натуральный шёлк, лён и даже шерсть. Предполагается, что к 1980 производство В. х. достигнет 9 млн. т, а в 2000 — 20 млн. т в год и сравняется с объёмом производства природных волокон. В СССР в 1966 было выпущено около 467 тыс. т, а в 1970 623 тыс. т.

Основные свойства волокон химических

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

| | |----------------------------------------------------------------------------------------------------| | Влагопогло- |-----|

| | Плотность, | | мокрого | волокна | | | Набухание | щение при |-----|

| | | кгс/мм² |---------------------------------------| | | | влажности, % |-----|

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Искусственные волокна | |

| Ацетатное (текст. нить) | 1,32 | 16—18 | 65 | 85 | 25—35 | 35—45 | 20—25 | 6,5 | |

| Триацетатное штапельное волокно | 1,30 | 14—23 | 70 | 85 | 22—28 | 30—40 | 12—18 | 4,0 | |

| штапельное обычное | 1,52 | 32—37 | 55 | 35 | 15—23 | 19—28 | 95—120 | 13,0 | |

| штапельное высокопрочное | 1,52 | 50—60 | 75 | 40 | 19—28 | 25—29 | 62—65 | 12,0 | |

| штапельное высокомодульное | 1,52 | 50—82 | 65 | 25 | 5—15 | 7—20 | 55—90 | 12,0 | |

| текст. нить обычная | 1,52 | 32—37 | 55 | 45 | 15—23 | 19—28 | 95—120 | 13,0 | |

| то же, высокопрочная | 1,52 | 45—82 | 80 | 35 | 12—16 | 20—27 | 65—70 | 13,0 | |

| штапельное волокно | 1,52 | 21—26 | 65 | 70 | 30—40 | 35—50 | 100 | 12,5 | |

| текст. нить | 1,52 | 23—32 | 65 | 75 | 10—17 | 15—30 | 100 | 12,5 | |

| Синтетические волокна | |

| текстильная нить обычная | 1,14 | 46—64 | 85—90 | 85 | 30—45 | 32—47 | 10—12 | 4,5 | |

| то же, высокопрочная | 1,14 | 74—86 | 85—90 | 80 | 15—20 | 16—21 | 9—10 | 4,5 | |

| штапельное волокно | 1,14 | 41—62 | 80—90 | 75 | 45—75 | | 10—12 | 4,5 | |

| текст. нить обычная | 1,38 | 52—62 | 100 | 90 | 18—30 | 18—30 | 3—5 | 0,35 | |

| то же, высокопрочная | 1,38 | 80—100 | 100 | 80 | 8—15 | 8—15 | 3—5 | 0,35 | |

| штапельное волокно | 1,38 | 40—58 | 100 | 40—80 | 20—30 | 20—30 | 3—5 | 0,35 | |

| технич. нить | 1,17 | 46—56 | 95 | 72 | 16—17 | 16—17 | 2 | 0,9 | |

| штапельное волокно | 1,17 | 21—32 | 90 | 70 | 20—60 | 20—60 | 5—6 | 1,0 | |

| Поливинилспиртовое штапельное | 1,30 | 47—70 | 80 | 35 | 20—25 | 20—25 | 25 | 3,4 | |

| Поливинилхлоридное штапельное | 1,38 | 11—16 | 100 | 60—90 | 23—180 | 23—180 | 0 | 0 | |

| текстильная нить | 0,90 | 30—65 | 100 | 80 | 15—30 | 15—30 | 0 | 0 | |

| штапельное волокно | 0,90 | 30—49 | 100 | 90 | 20—40 | 20—40 | 0 | 0 | |

| Полиуретановая нить (спандекс) | 1,0 | 5—10 | 100 | 100 | 500—1000 | 500—1000 | — | 1,0 | |

Лит.: Характеристика химических волокон. Справочник, М., 1966; Роговин З. А., Основы химии и технологии производства химических волокон, 3 изд., т. 1—2, М. — Л., 1964; Технология производства химических волокон, М., 1965.

В. В. Юркевич.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.