3. Технологія полімерів. Виробництво хімічних волокон

Хімічними волокнами називають тіла, довжина яких в багато разів перевищує їх дуже малі розміри поперечного перерізу (поперечний переріз найчастіше вимірюють в мікронах).

Волокна поділяють на групи:

• акрилове;

• ацетатне;

• віскозне;

• поліакрилоамідне;

• поліамідне;

• полівінілспиртове;

• полівінілхлоридне;

• полікарбонатне;

• полігексаметилендіамідне;

• полінозне;

• поліолефінове;

• поліуретанове;

• поліформальдегідне;

• поліенантове;

• скляне;

• вуглецеве;

• триацетатне;

• штапельне тощо.

Хімічні волокна мають широке використання – це текстильні матеріали, шкіра, папір тощо.

Майже до початку ХХ-го сторіччя для виготовлення волокна та тканин на основі волокна використовувалися тільки природні волокнисті матеріали: бавовна, шовк, шерсть, льон, натуральний шовк, конопля, але вони в недостатній мірі задовольняли попит на волокна і тому в результаті пошуків були створені виробництва штучного волокна.

Вперше було отримане штучне волокно методом пропускання через фільєру розчину нітроефіру целюлози в спиртово-ацетоновій суміші. Тепер вже відомо понад 500 різних видів хімічного волокна, а освоєно промисловістю – більше його 40 видів.

За своїм походженням волокна поділяють на природні та штучні (хімічні). Хімічні волокна, в свою чергу, поділяються на штучні (виготовляють з ВМС) і знаходяться в природі в готовому вигляді (целюлоза, казеїн) та синтетичні волокна, які отримують з полімерів.

Застосування хімічних волокон росте з року в рік. Цьому сприяє висока ефективність їх отримання і повна незалежність від кліматичних та природніх умов, практична невичерпність сировини та можливість випуску волокна з новими властивостями. Так, витрати в людино-годинах на виробництво 1 тонни волокна складає: для шерсті (митої) 400, для бавовни – 238, для віскозного штапелю – всього 50.

Якщо властивості природніх волокон змінюються у вузьких межах, то хімічні волокна можуть мати цілий комплекс властивостей і в залежності від їх майбутнього використання. З хімічного волокна виготовляють такі товари народного споживання: тканини, трикотаж, пухові вироби, одяг, взуття, спорт-інвентар, щітки, бортові тканини, корд, фільтрувальні тканини, нитки, брезенти високої міцності, пожежні рукави, риболовні знаряддя, привідні ремені, скафандри – тобто використання хімічного волокна має безліч напрямків.

У виробництві різних типів хімічних волокон як з природніх полімерів, так і з синтетичних смол є багато спільного, але в цілому кожен з методів має свої особливості.

4. Технологія одержання напівпродуктів для синтетичних волокон

Принципова схема виробництва хімічних волокон не залежить від виду сировини і поділяється на такі чотири стадії:

1. Отримання початкового матеріалу (напівпродукту). У випадку, коли сировиною є природні ВМС, то їх попередньо очищують від домішок. Для синтетичних волокон – це синтез полімерів. При всій різноманітності початкових полімерних матеріалів до них висувають такі вимоги, що дозволяють отримувати волокна формовкою (плавлення чи розм’якшення смоли).

2. Приготування прядильної маси. Не всі природні чи синтезовані високополімерні сполуки можуть бути основою для виробництва волокон. Отримання в’язких концентрованих розчинів (7-25%) високополімеру в розповсюджених розчинниках або переведення смол в розплави – обов’язкова умова для проведення процесу прядіння чи формування хімічного волокна. Тільки в розчині чи розплаві можуть бути створені умови, які дозволяють знизити енергію взаємодії макромолекул і після подолання міжмолекулярних зв’язків орієнтувати молекули вздовж осі майбутнього волокна. Так, наприклад, целюлоза при допомозі хімічних реагентів переводиться в розчинний стан. Деякі смоли розчиняють в ацетоні або розплавляють при підвищеній температурі. Розчин чи розплав ретельно очищують від домішок і нерозчинних часток (проводять 3-4 фільтрації). На цій стадії виробництва додають барвники та інші сполуки, які надають майбутньому волокну відповідне забарвлення.

3. Формування волокна є найвідповідальнішою операцією і полягає в тому, що прядильну масу подають у фільєру (ниткоутворювач), яка має велике число отворів маленького діаметру (від 100 до 6000 отворів). Видавлені через фільєру волокна подають у ванну з розчином (осаджувальна ванна) і тут після відповідних реакцій проходить випадання полімеру з розчину. Якщо твердження проходить в потоці теплого повітря, то розчинник поглинають і повертають у виробництво. Таким методом отримують ацетатне волокно.

Пучки тонких волокон, які утворилися на виході фільєри, відводяться через спеціальні пристрої в приймальний пристрій і намотуються на бобіни, ролики. В ході формування лінійні полімери орієнтуються вздовж осі волокна і, змінюючи умови натягу та витяжки, змінюють характер та властивості волокон.

Хімічні волокна, незалежно від методу виробництва, можуть бути отримані у вигляді безперервних ниток шовку чи у вигляді штапельного волокна (короткі відрізки по 30-150 мм). Шовк використвоують безпосередньо для виготовлення виробів на ткацьких верстатах, а штапельне волокно переробляють на пряжу.

4. Обробка волокна, яка полягає у наданні йому різноманітних властивостей, що необхідні для подальшої переробки волокна. Для цього волокна ретельно очищують ретельним промиванням від домішок, які були отримані в процесі виготовлення волокна. Далі волокна відбілюють, а в деяких випадках – фарбують барвниками. Після сушіння шовк крутять і намотують на шпулі і катушки, а штапель пакують в кипи.