Из чего состоят синтетические волокна. Синтетические волокна. Синтетическое полиамидное волокно. Искусственные волокна - вискоза, ацетат, триацетат

Получаемые из несуществующих в природе полимеров, полученных путем синтеза из природных низкомолекулярных соединений. Разнообразие исходного сырья и разнообразие свойств исходных синтетических полимеров позволяют получать волокна с различными, заранее заданными, характеристиками.

Возможность заранее задать необходимые свойства ткани имеет очень большое значение для современной текстильной промышленности. Изделия нового поколения более адаптированы к потребностям человеческого организма, обладают многофункциональными и комфортными свойствами.

Синтетические волокна активно используются для производства спецодежды, одежды для экстремальных условий и спорта.

В настоящее время существует несколько тысяч видов синтетических волокон, и их число растет с каждым годом. Самые распространенные будут рассмотрены ниже.

Полиуретановые волокна

По механическим показателям полиуретановые волокна во многом сходны с резиновыми нитями, т.к. способны к высокоэластичным обратимым деформациям. Такие волокна придают текстильным материалам высокую эластичность, устойчивость к истиранию, упругость, формоустойчивость, несминаемость. Они редко применяются в чистом виде. Наиболее распространено их участие в ткани в качестве каркасных нитей, вокруг которых навеваются другие нити. Недостатком таких волокон является низкая термоустойчивость. Уже при 120 С полиуретановые волокна в растянутом состоянии значительно теряют прочность.

Основными представителями полиуретановых волокон являются такие торговые названия, как эластан, лайкра, спандекс, неолан и др.

Полиамидные волокна

Отличительное свойство полиамидных волокон – повышенная устойчивость к истиранию, превосходящая хлопок в 10 раз, шерсть в 20 раз, а вискозу в 50. Также отличаются высокой формоустойчивостью. Из недостатков необходимо отметить низкую устойчивость к свету и действию пота. На свету они желтеют и становятся ломкими. Кроме того, такие волокна обладают невысокой гигроскопичностью и подвержены сильному пиллингу. Однако многие их недостатки могут быть устранены путем введения различных стабилизаторов. Часто полиамидные волокна добавляются в смесовые ткани (с хлопком, шерстью, вискозой) в части, не превышающей 10-15 %, что практически не ухудшает гигиенических свойств изделий, но зато значительно улучшает механические. Волокна широко применяются в производстве чулочно-носочных и трикотажных изделий , для производства швейных ниток и галантереи.

Основные торговые названия: капрон, анид, нейлон, tactel, meryl и др.

Полиэфирные волокна

Основным свойством полиэфирных волокон является повышенная термостойкость, превосходящая показатели всех природных и большинства химических волокон. Выпуск таких волокон в настоящее время занимает лидирующее положение среди химических волокон благодаря их высоким физико-механическим показателям. Они обладают большой упругостью и высокой устойчивостью к истиранию. Ткани из таких волокон хорошо держат форму, не мнутся, имеют малую степень усадки. Недостатками являются повышенная жесткость, склонность к пилингу, сильная электризуемость и низкая гигроскопичность. Недостатки устраняются путем модификации исходного сырья. Из полиэфирных волокон в смеси с натуральными материалами (хлопок, шерсть, лен), а также вискозой успешно производятся сорочечные, плательные, костюмные и пальтовые ткани, а также искусственный мех. При этом устраняется такой недостаток как сминаемость, увеличивается прочность к истиранию при сохранении гигиенических свойств.

Торговые названия: лавсан, полиэстр, терилен и др.

Полиакрилонитрильные волокна

Такие волокна называют «искусственной шерстью» в силу близости их механических свойств. Обладают высокой светостойкостью и термостойкостью, достаточной прочностью, хорошо держат форму. Из недостатков стоит отметить низкую гигроскопичность, склонность к образованию пиллей, жесткость и электризуемость. Однако все недостатки устраняются путем модификации. В швейном деле применяются в основном при пошиве верхней одежды в смеси с шерстью, искусственного меха.

Торговые названия: нитрон, акрил, акрилан, кашмилон и др.

Полиолефиновые волокна

Отличительной особенностью полипропиленовых волокон является их низкая плотность. Это самые легкие из всех видов волокон. Кроме того, гигроскопичность их почти равна нулю, поэтому они не тонут в воде. Такие волокна обладают хорошими теплоизоляционными свойствами. Недостатком является низкая термостойкость (115 С), который может быть нивелирован модификацией. Оптимальным является создание двухслойных материалов, в которых нижний слой выполняется из полиолефиновых волокон, а верхний – из гигроскопичных целлюлозных волокон. Такая технология позволяет нижнему слою оставаться сухим, но отводить влагу в гигроскопичный верхний слой. Часто применяется при пошиве нижнего белья, спортивных изделий, а также чулочно-носочных изделий с повышенными гигиеническими характеристиками.

Торговые названия: геркулон, ульстрен, найден, мераклон и др.

Полиэтиленовое волокно используется в основном для технических целей. Торговые названия: спектра, дайнема, текмилон.

Поливинилхлоридные волокна

Поливинилхлоридные волокна обладают высокой химической стойкостью, низкой электропроводностью и очень низкой термостойкостью (разрушаются при 100 С). При трении волокно приобретает высокий электростатический заряд, что наделяет изготовленное из него белье лечебными свойствами при лечении таких заболеваний, как радикулит, артрит. Кроме того, для таких волокон характерна высокая степень усадки после термообработки. Это свойство используется для получения красивой рельефной поверхности ткани . Помимо этого, поливинилхлоридные волокна применяются при изготовлении ворса ковров, искусственного меха, искусственной кожи.

Синтетические волокна

химические волокна, получаемые из синтетических полимеров. Синтетические волокна формуют либо из расплава полимера (полиамида , полиэфира , полиолефина ), либо из раствора полимера (полиакрилонитрила , поливинилхлорида , поливинилового спирта ) по сухому или мокрому методу. Синтетические волокна выпускают в виде текстильных и кордных нитей, моноволокна , а также штапельного волокна . Разнообразие свойств исходных синтетических полимеров позволяет получать синтетические волокна с различными свойствами, тогда как возможности варьировать свойства искусственных волокон очень ограничены, поскольку их формуют практически из одного полимера (целлюлозы или её производных). Синтетические волокна характеризуются высокой прочностью, водостойкостью, износостойкостью, эластичностью и устойчивостью к действию химических реагентов.

С 1931 года кроме бутадиенового каучука, синтетических волокон и полимеров еще не было, а для изготовления волокон использовались единственно известные тогда материалы на основе природного полимера - целлюлозы.

Революционные изменения наступили в начале 60-х годов, когда после объявления известной программы химизации народного хозяйства промышленность нашей страны начала осваивать производство волокон на основе поликапроамида, полиэфиров, полиэтилена, полиакрилонитрила, полипропилена и других полимеров.

В то время полимеры считали лишь дешевыми заменителями дефицитного природного сырья - хлопка, шелка, шерсти. Но вскоре пришло понимание того, что полимеры и волокна на их основе подчас лучше традиционно используемых природных материалов - они легче, прочнее, более жаростойки, способны работать в агрессивных средах. Поэтому все свои усилия химики и технологи направили на создание новых полимеров, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками, и методов их переработки. И достигли в этом деле результатов, порой превосходящих результаты аналогичной деятельности известных зарубежных фирм.

В начале 70-х за рубежом появились поражающие воображение своей прочностью волокна кевлар (США), несколько позже - тварон (Нидерланды), технора (Япония) и другие, изготовленные из полимеров ароматического ряда, получивших собирательное название арамидов. На основе таких волокон были созданы различные композиционные материалы, которые стали успешно применять для изготовления ответственных деталей самолетов и ракет, а также шинного корда, бронежилетов, огнезащитной одежды, канатов, приводных ремней, транспортерных лент и множества других изделий.

Эти волокна широко рекламировались в мировой печати. Однако только узкому кругу специалистов известно, что в те же годы российские химики и технологи самостоятельно создали арамидное волокно терлон, не уступающее по своим свойствам зарубежным аналогам. А потом здесь же были разработаны методы получения волокон СВМ и армос, прочность которых превышает прочность кевлара в полтора раза, а удельная прочность (то есть прочность, отнесенная к единице веса) превосходит прочность высоколегированной стали в 10-13 раз! И если прочность стали на разрыв составляет 160-220 кг/мм2, то сейчас активно ведутся работы по созданию полимерного волокна с прочностью до 600 кг/мм2.

Другой класс полимеров, пригодных для получения высокопрочных волокон - жидкокристаллические ароматические полиэфиры, то есть полимеры, обладающие свойствами кристаллов в жидком состоянии. Волокнам на их основе свойственны не только достоинства арамидных волокон, но еще и высокая радиационная стойкость, а также устойчивость к воздействию неорганических кислот и различных органических растворителей. Это идеальный материал для армирования резины и создания высоконаполненных композитов; на его основе созданы образцы световодов, качество которых соответствует высшему мировому уровню. А ближайшая задача - создание так называемых молекулярных композитов, то есть композиционных материалов, в которых армирующими компонентами служат сами молекулы жидкокристаллических полимеров.

Молекулы обычных полимеров содержат, помимо углерода, еще и атомы других элементов - водорода, кислорода, азота. Но сейчас разработаны методы получения волокон, представляющих собой, по сути дела, чистый полимерный углерод. Такие волокна обладают рекордной прочностью (свыше 700 кг/мм2) и жесткостью, а также чрезвычайно малыми коэффициентами термического расширения, высокой стойкостью к износу и коррозии, к воздействию высоких температур и радиации. Это позволяет успешно использовать их для изготовления композиционных материалов - углепластиков, применяемых в самых ответственных конструкционных узлах скоростных самолетов, ракет и космических аппаратов.

Применение углепластика оказывается экономически весьма выгодным. На единицу веса изготовленного из него изделия нужно затратить в 3 раза меньше энергии, чем на изделие из стали, и в 20 раз меньше, чем из титана. Тонна углепластика может заменить 10-20 тонн высоколегированной стали. Турбина насоса, изготовленная из углепластика и пригодная для перекачки минеральных кислот при температурах до 150оС, оказывается вдвое дешевле и служит в шесть раз дольше. Уменьшается и трудоемкость изготовления деталей сложной конфигурации.

Производство синтетических волокон развивается более быстрыми темпами, чем производство искусственных волокон. Это объясняется доступностью исходного сырья и быстрым развитием сырьевой базы, меньшей трудоёмкостью производственных процессов и особенно разнообразием свойств и высоким качеством синтетических волокон. В связи с этим синтетические волокна постепенно вытесняют не только натуральные, но и искусственные волокна в производстве некоторых товаров народного потребления и технических изделий.

В 1968 мировое производство синтетических волокон составило 3760,3 тыс. т (около 51,6% от общего выпуска химических волокон). Впервые выпуск синтетических волокон в промышленном масштабе организован в середине 30-х гг. 20 в. в США и Германии.

Капрон

Волокно из полиамидных смол называют в нашей стране капрон и анид, качеством своим они почти не отличаются один от другого.

Капрон или капроновое волокно бело-прозрачное, очень прочное вещество. Эластичность капрона на много выше шелка. Капрон относится к полиамидным волокнам. Капрон изготовляется синтетическим путем на наших фабриках и из наших материалов. Исходное сырье производные аминокислот. Капрон можно рассматривать как продукт внутримолекулярного взаимодействие карбоксильной группы и аминогруппы молекулы 6-аминогексановой кислоты:

Упрощенно превращение капролактама в полимер, из которого производят капроновое волокно, можно представить следующим образом:

Капролактам в присутствии воды превращается в 6-аминогексановую кислоту, молекулы которой реагируют друг с другом. В результате этой реакции образуется высокомолекулярное вещество, макромолекулы которого имеют линейную структуру. Отдельные звенья полимера являются остатками 6-аминогексановой кислоты. Полимер представляет собой смолу. Для получения волокон её плавят, пропускают через фильеры. Струи полимера охлаждаются потоком холодного воздуха и превращаются в волоконца, при скручивании которого образуются нити.

После этого капрон подвергается дополнительной химической обработке. Прочность капрона зависит от технологии и тщательности производства. Окончательно выделанный капрон бело-прозрачный и очень прочный материал. Даже капроновая нить, диаметром 0,1 миллиметра выдерживает 0,55 килограммов.

За рубежом синтетическое волокно типа капрон именуется перлон и нейлон. Капрон вырабатывается нескольких сортов; хрустально-прозрачный капрон более прочен, чем непрозрачный с мутно-желтоватым или молочным оттенком.

Наряду с высокой прочностью капроновые волокна характеризуются устойчивостью к истиранию, действию многократной деформации (изгибов).

Капроновые волокна не впитывают влагу, поэтому не теряют прочности во влажном состоянии. Но у капронового волокна есть и недостатки. Оно малоустойчиво к действию кислот макромолекулы капрона подвергаются гидролизу по месту амидных связей. Сравнительно невелика и теплостойкость капрона. при нагревании его прочность снижается, при 2150С происходит плавление.

Изделия из капрона, и в сочетании с капроном, стали уже обычными в нашем быту. Из капроновых нитей шьют одежду, которая стоит намного дешевле, чем одежда из натуральных природных материалов. Из капрона делают рыболовные сети, леску, фильтровальные материалы, кордную ткань. Из кордной ткани делают каркасы авто- и авиапокрышек. Шины с кордом из капрона более износоустойчивы, чем шины с вискозным и х/б кордом. Капроновая смола используется для получения пластмасс, из которых изготавливают различные деталь машин, шестерни, вкладыши для подшипников и т.д. Российская промышленность вырабатывает искусственное волокно еще более прочное, чем капрон, например сверхпрочный ацетатный шелк, который своей прочностью превосходит стальную проволоку. Этот шелк на один квадратный миллиметр выдерживает 126 кг, а стальная проволока - 110 кг.

Лавсан

Лавсан (полиэтилентерефталат) представитель полиэфиров. Это продукт поликонденсации двухатомного спирта этиленгликоля HO-CH2CH2-OH и двухосновной кислоты - терефталевой (1,4-бензолдикарбоновой) кислоты HOOC-C6H4-COOH (обычно используется не сама терефталевая кислота, а ее диметиловый эфир). Полимер относится к линейным полиэфирам и получается в виде смолы. Наличие регулярно расположенных по цепи макромолекулы полярных групп О-СО- приводит к усилению межмолекулярных взаимодействий, придавая полимеру жесткость. Макромолекулы в нем расположены беспорядочно, в в

Синтетикой называют любой продукт, полученный методом химического синтеза, чаще всего синтетическую ткань.

Синтетические волокна - это волокна, производимые из полимеров, которые не встречаются в природе, а синтезируются из мономеров. Сырьем для их производства являются продукты переработки нефти, каменного угля и газа. Их относят к классу химических (наряду с искусственными).

Нельзя путать с искусственными волокнами, которые также относятся к химическим, но производятся из натурального сырья с применением химических реагентов.

История

Из чего делают ткани, известно всем - из разных видов волокон. До середины прошлого столетия мы использовали исключительно натуральные ткани: хлопок, лен, шелк и т. д. В 1940-1950-х годах научились производить искусственные волокна (вискозу, ацетат).

Производство волокон из расплавленных синтетических полимеров начало развиваться в странах с развитой промышленностью в 1940-1970-х годах. В этот период такие волокна лишь частично заменяли натуральные, использовались в качестве добавки.

Первым таким волокном был нейлон. Его изобрел сотрудник компании Дюпон Уоллес Карозерс в 1935 году. Новый материал отличался особой прочностью и малыми затратами на производство, быстро приобрел популярность.

С 70-х годов прошлого столетия производство синтетики сильно возросло, и холст из синтетических волокон стал широко применяться в качестве самостоятельного материала.

Виды и свойства

Общие характеристики и преимущества синтетических волокон и тканей любого вида:

прочность;
устойчивость к воздействию бактерий и микроорганизмов;
износостойкость;
несминаемость.

Недостатками является то, что волокна плохо впитывают воду и сильно электризуются.

Вид и название зависит от того, какой продукт был использован в качестве исходного (к его названию добавляется приставка поли-). Ткани, выработанные из таких волокон имеют различные торговые названия (зачастую в каждой стране есть свое). Все они делятся на две большие группы:

гетероцепные. Макромолекулы содержат атомы углерода и других элементов. К ним относятся полиамидные, полиуретановые и полиэфирные волокна;
карбоцепные. Макромолекулы содержат только атомы углерода. Все остальные синтетические волокна.

Полиамидные

Прочные при растяжении, устойчивы к истиранию и многократным изгибам, не подвергаются воздействию многих химических веществ, низких температур, плесени, бактерий. Имеют низкий показатель термо- и светостойкости. Распространенные торговые названия: нейлон, капрон, анид.

Полиуретановые

Широко известные спандекс, лайкра, неолан. Главным преимуществом является высокая степень эластичности без потери прочностных характеристик. Стойкие к истиранию. Эластичное, упругое и устойчивое к воздействию химических реагентов волокно обладает существенным недостатком - малой теплостойкостью.

Поливинилспиртовые

Обладают прочностью и устойчивостью к истиранию и воздействию микроорганизмов, света кислот и щелочей. Торговые названия: винол, куралон, мтилан. Отличительная черта винола - высокая гигроскопичность.

Полиэфирные (полиэстер)

Лавсан. Достоинства: упругость, термостойкость, низкая теплопроводность и малая степень усадки. Недостатки: разрушается при действии кислот и щелочей, жесткий, плохо впитывает воду и сильно электризуется.

Полиакрилонитрильные

Обладают менее высокой стойкостью к истиранию, чем полиамид и полиэфир. Устойчивы к воздействию микроорганизмов (и моли), обладают формоустойчивостью, изделия из них практически не мнутся. По внешнему виду очень напоминают натуральную шерсть. Наиболее известны нитрон и акрилан.

Полиолефиновые

Сырьем для их изготовления являются полиэтилен и полипропилен. Очень легкие, прочные и устойчивые к износу, воздействию химических реагентов и микроорганизмов. Обладают низкой гигроскопичностью, неустойчивы к воздействию температур. Даже при 50-60 градусах изделия из них дают значительную усадку. Затраты на производство минимальные.

Применение

В чистом виде некоторые виды синтетических волокон не используются, в основном их добавляют к другим волокнам (натуральному хлопку, льну, шерсти), чтобы получить ткани с улучшенными характеристиками.

Так, добавление даже небольшого процента эластана или лайкры сделает ткань более эластичной. Их таких тканей и трикотажных полотен изготавливают женскую и мужскую повседневную, спортивную и верхнюю одежду, чулки и другие изделия.
Из полиакрилонитрильного волокна делают искусственный мех, трикотажное полотно, ковры и напольные покрытия, одеяла.
Из полиэстеровой нити изготавливают ткани и трикотажи для производства одежды, домашнего текстиля и материалов технического назначения. Штапельное волокно добавляют к хлопку, льну, шерсти и получают прочные материалы, из которых производят все группы одежды, ковровые изделия, искусственный мех. Войлок из полиэстера во многом превосходит по качеству натуральный шерстяной войлок.

Уход за изделиями

Стирают изделия из синтетических волокон при температуре 30-40 градусов. Полиэстер - до 60 градусов. Для белых вещей используют универсальные порошки, для цветных - специальные для тонких и цветных тканей. Режим стирки можно выбирать любой в зависимости от степени загрязнения и вида ткани. Отжимать можно в стиральной машине, количество оборотов уменьшить до минимума.
Сушить в машине такие изделия нельзя, так как образующиеся складки потом будет очень сложно разгладить. Предпочтительна сушка на открытом воздухе или в хорошо проветриваемом помещении. Запрещено сушить синтетику на батареях.
Гладят синтетику на режиме «шелк». Нейлон гладят при минимальной температуре, не увлажняя.

Публикации о синтетических тканях

В результате каждый день их используют миллиарды людей . И, в самом деле, любой из нас стремится предстать перед окружающими в наиболее привлекательном виде за счет использования наиболее привлекательной одежды, которую создают из самых лучших волокон, какие только существуют . Многим из нас требуется биоразлагаемый шовный материал в случае хирургического вмешательства. Мы все живем в домах, в которых необходимы волокна для воздушных и водяных фильтров . Удобная в обращении обтирочная салфетка из волокна помогает легко производить уборку на нашей кухне. И, действительно, широкий диапазон волокон позволяет создавать бесконечной количество применений.

Мы используем натуральные и синтетические волокна. Натуральные волокна использовались с незапамятных времен . Недавно на рынок были представлены новые бамбуковые волокна 1 , которые начинают широко использоваться . Эти волокна демонстрируют противомикробные свойства, и их можно использовать для создания многих текстильных применений, а также «зеленых» композитов. Хлопок, шелк, шерсть или лен (возможно, древнейшее волокно в мире) используются во всех сферах нашей повседневной жизни.

Интересно, что известные волокна являются полимерами. Большинство из них представляет собой просто линейные макромолекулы. Следует отдать должное д-ру Штаудингеру, лауреату Нобелевской премии, который был первым, кто отметил, что полимеры представляют собой линейные ковалентно связанные молекулы и не являются агрегатами, как считалось ранее. Он заложил основы химии синтетических органических полимеров и волокон . Вскоре после этого открытия пионерские работы д-ра Каротерса из компании Du Pont и д-ра Шлака из компании BASF представили нам полимерные волокна найлона 6,6 и найлона 6 соответственно. Позднее, в 1946 г. Винфилдом и Диксоном была разработана технология производства полиэтилен терефталата ( PET ), и на рынке появились полиэфирные штапельные волокна. Найлоны и PET являются основными полимерными волокнами. На протяжении ряда лет было разработано множество других полимеров, и каждый день синтезируется множество новых макромолекул . В последние годы наблюдались значительные достижения в области разработки новых полимеров и полимерных волокон. Существенные достижения были достигнуты в области производства высокоэффективных волокон, эластичных волокон и нановолокон, произведенных из биополимеров за счет использования технологии электропрядения, а также высокоэффективных полиэфирных волокон. В результате, в этом номере Polymer Reviews мы ставим своей задачей информирование читателя о современном положении дел и обзорное рассмотрение этих новых достижений.

Высокоэффективные волокна

В последнее время большие усилия сосредотачиваются на производстве полимеров со сверхвысоким модулем. Ковалентные связи, присутствующие в этих полимерах, отвечают за их прочность . Тем не менее, синтетические полимеры обычно не демонстрируют соответствующего потенциального высокого модуля. Высокий модуль и прочность могут быть результатом структурного совершенства, такого как прямые, прекрасно выстроенные, стабильные и плотно упакованные цепи. Обычно присутствует сочетание расширенных цепей и высокой кристаллической ориентации .

Хорошо известно, что самые высокие значения модуля упругости, о которых сообщается для линейных полимеров, обычно намного меньше расчетных теоретических значений . Накамае и его коллеги 3 измерили "теоретический" модуль упругости , который был определен на основе наблюдения за зависящей от напряжения рентгеновской дифракцией в направлении полимерной цепи. Такое теоретическое значение модуля упругости сопоставляллось с окончательным модулем полимера. Большинство полимеров демонстрируют модули упругости при растяжении значительно ниже тех значений, которые имеются у их кристаллических решеток в направлении цепи . Только у ультра вытянутого полиэтилена с высокой молекулярной массой (UHMW PE ), изотактического полипропилена и кевлара модули, близкие к теоретическим значениям . Полиамидные волокна смогли достигать максимально только 1/20 своего теоретического значения.

В случае с полимерами с гибкой основной цепью, прочная и жесткая полимерная структура может быть получена за счет преобразования высоко ориентированных и расширенных конформаций цепей . В результате были получены значительно более высокие свойства упругости на разрыв, аналогичные свойствам ультра вытянутого полиэтилена с высокой молекулярной массой . Высокий модуль полиэтилена был получен за счет прядения из раствора (прядения геля) со сверх высокой степенью вытяжки. Закариадис и его коллектив успешно осуществляли вытяжку полиэтилена со сверхвысоким молекулярным весом более 200 раз и получили почти теоретическое значение модуля при такой степени вытяжки. Кристаллическая морфология полиэтилена со сверхвысокой молекулярной массой, получаемого из раствора ( UHMWPE ), была деформирована втонковолокнистые структуры при значениях степени вытяжки, превышающих 200. Такая высокая степень вытяжки образуется за счет меньшего числа переплетений цепи и между- и межпластиновных связующих молекул в такой более упорядоченной морфологии кристаллов со сложными цепями и повторным входом . Высокоэффективные полиэтиленовые волокна в настоящее время производятся в промышленном масштабе с использованием метода гелепрядения компанией DSM High Performance Fibers из Нидерландов, совместным предприятием Toyobo / DSM в Японии, а также компанией Honeywell (ранее Allied Signal или Allied Fibers ) из США. Прочность Spectra 1000 достигает значения модуля Юнга 124 ГПа и прочности на разрыв 3.51 ГПа. По сообщению Афшари и Ли, была проведена большая работа для повышения термической стабильности этих волокон.

Компания Du Pont de Nemours в настоящее время разрабатывает товарные волокна и пряжи из M 5. Очень интересный мономер , 2,5-дигидрокситерефталевая кислота, используется для производства поли-2,6-диимидозопиридинилен-1,4-(2,5-дигидрокси)фенилена ( PIPD ). Уникальной чертой этих полимеров является то, что две гидроксильные группы (на терефталевой кислоте) могут образовывать межмолекулярные связи и, следовательно, фибриллирование, которое часто является проблемой для арамидных волокон, здесь практически исключается . В результате, у волокон M 5 самый высокий предел прочности при сжатии среди всех синтетических волокон, Исследовательская оценка ультрафиолетовой стабильности М5 показала наличие превосходных эксплуатационных характеристик в этой области. Механические свойства этого нового волокна делают его конкурентоспособным по отношению к углеволокну при изготовлении многих применений, имеющих легкие, тонкие, выдерживающие нагрузку, жесткие, современные композитные компоненты и структуры . Огромные усилия были предприняты для разработки сверхпрочного кевлара, и, в последнее время, волокон PBO . Не так давно компания DuPont de Nemours объявила о планах расширения производства кевларовых полимеров на своем предприятии в Спруансе на 25% к 2010 г. для того, чтобы быть в состоянии удовлетворить растущий спрос. Благодаря своей высокой прочности на разрыв,высокому рассеянию энергии, низкой плотности и снижению веса, а также удобству кевлар используется при производстве пуленепробиваемых жилетов, шлемов, средств защиты собственности , панелей, средств защиты автомобилей и стратегического защитного экранирования для защиты человеческой жизни.

Волокна PBO были запущены в промышленное производство компанией Toyobo Co . в 1998 г. под торговым названием Zylon после почти 20 лет исследований в Соединенных Штатах и Японии . Волокна РВО обладают выдающими свойствами в области модуля упругости при растяжении (352 ГПа) и прочности на разрыв (5.6 ГПа) по сравнению с другими имеющимися на рынке высокоэффективными волокнами. Их удельная прочность и удельный модуль в 9 и 9.4 раз выше чем у стали . 6,7 К сожалению для PBO , высоким эксплуатационным характеристикам сопутствуют и существенные проблемы. Хорошо известна плохая устойчивость РВО к воздействию ультрафиолетовых лучей и видимого излучения. У РВО также отсутствует осевая прочность при сжатии . Прочность волокна РВО на разрыв также снижается в высокотемпературных и влажных средах . Немалые усилия были приложены для того, чтобы осуществить химическое изменение волокна РВО для повышения осевой прочности при сжатии .

И волокно кевлар, и волокно РВО рассмотрены Афшари и его коллегами в этой статье. Прочие высокоэффективные продукты, такие как волокна Vectran или PVA (Kurray ) здесь рассматриваться не будут. Мы надеемся собрать данные для другой работы о специальных синтетических волокнах в ближайшем будущем .

Эластичные волокна

Обзор эластичных волокон в данной статье представлен работой профессора Ху и его коллег из Гонконгского Политехнического университета .

Целый ряд компаний производит множество эластичных волокон, которые обладают эластичностью и способностью к восстановлению . Их можно получать с помощью прядения полимеров со специальной молекулярной структурой или модифицированных полимеров. В том, что касается упругого удлинения, эластичные волокна можно классифицировать как высокоэластичные волокна (удлинение 400-800%), среднеэластичные волокна (150-390%), низкоэластичные волокна (20-150%), и микроэластичные волокна с упругим удлинением менее 20%.

Традиционные эластичные волокна, такие как спандекс или лайкра, это хорошо известные сегментированные полиуретановые волокна, которые производятся промышленно с использованием технологии сухого прядения. Тем не менее, были разработаны многие новые эластичные продукты, включая высоко гигроскопичный и высвобождающий влагу спандекс (компания AsahiKasei ) или очень мягкий спандекс. И это лишь несколько примеров.

Еще одним интересным продуктом, который может термоотверждаться с волокнами РЕТ, является легко отверждаемый спандекс. У полиэфирного спандекса плохая термическая стабильность, поэтому его нельзя переплетать с полиэфирным волокном . В компании Asahi Kasei разработали низкотемпературный отверждаемый спандекс, который называется Roica BX , и обладает не только хорошим отверждением, но также может переплетаться с полиэфирным волокном и отверждаться при высокой температуре .

Еще одной инновацией является волокно со скрытой извитостью. В компании Du Pont de Nemours (Уилмингтон, Делавэр ) приступили к изучению первой пряжи со скрытой извитостью (из полипропилена) еще в начале шестидесятых годов. Недавно на рынке приобрели популярность новые запущенные в промышленное производство продукты со скрытой извитостью компании Du Pont , полиэфир T -400 и найлон T -800. Компания Unitica (Хиого, Япония) также запустила в промышленное производство пряжи со скрытой извитостью, Z -10 и S -10. Кроме того, двухкомпонентное волокно из найлона и полиуретана под названием Sideria , разработанное компанией Kanebo (Япония), позволяет приспособить до нужной степени термическую обработку к самой скрытой извитости.

XLAT M представляет собой растягивающееся волокно на полиолефиновой основе, которое обладает природной устойчивостью к воздействию агрессивных химических веществ, высокой теплоты и ультрафиолетовых лучей, и обеспечивает преимущества в области эксплуатационных характеристик, сопоставимые с преимуществами существующих эластичных волокон . Эта очень новая и интересная технология разработана компанией Dow Chemical , и представлена здесь Кейси, нашим постоянным автором .

Включение волокна XLA в ткани раскрывает несравненные возможности для разработки удобной в обращении и износостойкой одежды с улучшенной способностью сохранять форму. В США мы видим волокно Lastol , это новое родовое название для данного эластичного волокна на основе полиолефина . 10 " 13 В специальной микроструктуре XLA сочетаются длинные и эластичные цепи с кристаллическими и ковалентными связями или перекрестными связями с формированием сложной сети . За счет использования собственной технологии Dow по сшиванию с помощью электронного луча осуществляется управление длиной цепи, и количеством кристаллитов для придания волокну XLA уникального эластичного профиля . Высокое растяжение достигается при низких уровнях усилия, что позволяет одежде без труда растягиваться и сгибаться, сохраняя при этом свою изначальную форму .

Другой технологией будущего являются волокна с запоминанием формы. Как отмечает профессор Ху: "Задачей на будущее является исследование двухсторонних многофункциональных и имеющих много стимулов полимеров с бионическим запоминанием формы, которые можно будет активировать с помощью тепла, влажности, химических веществ, магнетизма и электричества или с помощью оптического стимула, и которые будут иметь функции устойчивости к воздействию ультрафиолетового излучения, а также противобактериальные, антистатические и препятствующие образованию плесени; а также создание системной, обобщенной и интегрированной теории полимеров с запоминанием формы наряду с применением таких полимеров с запоминанием формы при производстве текстиля". Не далек тот день, когда все эти идеи будут воплощены в жизнь в наших лабораториях и на наших промышленных предприятиях .

Волокнистые материалы, изготовленные электропрядением

С помощью традиционных технологий прядения волокна, таких как мокрое прядение, сухое прядение, прядение из расплава и гелепрядение можно производить полимерные волокна с диаметрами до значений микрометрового диапазона . При уменьшения диаметра волокна с микрометров до нанометров можно получить очень большое отношение площади поверхности к объему. Эти уникальные свойства делают полимерные нановолокна идеальными кандидатами для использования во многих важных применениях . Полимерные волокна могут генерироваться из электростатически стимулируемой струи полимерного раствора или полимерного расплава (Рис. 1). Эта технология, известная как технология электропрядения, привлекала большое внимание в предыдущем десятилетии благодарятому, что она обеспечивала возможность повторяемого производств полимерного волокна с диаметром в диапазоне от 50 до 500 нм. 15 " 19 Благодаря небольшим размерам ячеек и большой площади поверхности, которые изначально присущи текстильным, материалам, изготовленным электропрядением, эти ткани являются многообещающими для производства защитной одежды для солдат (они позволят максимально повысить выживаемость, возобновляемость и боевую эффективность индивидуальных систем солдатской одежды для борьбы с экстремальными погодными условиями , и в условиях баллистической, ядерной, биологической и химической войны ).

Синтетическими волокнами называют волокна, при получении которых происходит синтез простых молекул. К синтетическим волокнам относятся: лавсан, нитрон, капрон, хлорин, винол, полиэтиленовые, полипропиленовые и другие волокна. В зависимости от сырья получаются такие полимеры: полиамидные, полиэфирные, полиакрилонитрильные, поливинилхлоридные, поливинилспиртовые, полиуретановые. Особенностью создания химического волокна является то, что процесс формирования одновременно является и его прядением.

Полиамидные волокна . Наиболее широко распространяемые полиамидные капроновые волокна. Исходным сырьём для получения капронового волокна является бензол и фенол (продукты переработки каменного угля). На химических заводах перерабатываются в капролактан . Из капронолактана перерабатывается капроновая смола. Это расплав, который продавливается щель из фильеры выходит в виде тонких струек, которые застывают при обдувании воздухом. На одной машине может находиться 60 — 100 фильер. В зависимости от вида химического волокна фильера имеет различное количество отверстий различной величины. Волокна вытягиваются, скручиваются, обрабатываются горячей водой для фиксации структуры. Также разработаны способы получения полого капронового волокна, которое профилированное и высокоусадочное. Применяется для изготовления ткани чулочно — носочных изделий, трикотажа, швейных ниток и технического назначения. Процессы изготовления анида и энанта аналогичны с изготовлением капронового волокна.

Свойства полиамидных волокон: легкость, упругость, высокая прочность при растяжении, высокая химическая стойкость, морозостойкость, стойкость к действию микроорганизмов и плесени. Волокна растворяются в концентрированных кислотах и феноле.

Горят волокна голубоватым пламенем образуя в конце оплавленный бурый шарик.

К полиамидным относится шелок — который применяется для изготовления легких платьевых и блузочных тканей и мегалоп — химически модифицированное волокно, гигроскопическое, прочное, стойкое к истиранию, придаёт ткани повышенный мерцающий блеск. Полиамидная профилированная нить — трилобал применяется для тканей шелкового типа, близких по внешнему виду к натуральному шёлку.

Полиэфирные волокна . Лавсан вырабатывается из продуктов переработки нефти. Не меняет своих свойств в мокром состоянии.

Свойства волокон лавсана: обладают легкостью, упругостью, молестойкие, стойкие к гниению, разрушается кислотами и щелочами, гигроскопичность очень низкая 0,4%. При влажной тепловой обработке выдерживают температуру 140ºС. При внесении в пламя лавсан плавится, затем медленно горит жёлтым коптящим пламенем.

Полиуретановые волокна . По своим физико-механическим свойствам относится к эланомерам, т.е. имеет высокие показатели эластического восстановления. Разрывное удлинение 600% — 800%. При снятии нагрузки сразу эластичность восстанавливается на 90%, а через минуту — 95%. Эти волокна малогигроскопичные — 1 — 1,5%, термостойкие, стойкие к истиранию, хорошо окрашиваются. Применяются для изготовления трикотажа, лент в спортивных корсетных, и лечебных эластичных изделиях.

Полиакрилонитринные волокна (ПАН). Нитрон вырабатывается из продуктов переработки каменного угля, нефти и газа. На ощупь более мягкие и шелковистые, чем лавсан и капрон. По прочности более чем в два раза меньше прочности капронового и лавсанового волокна. Удлинение при разрыве 16 — 22%, гигроскопичность 1,5%.

Нитрон имеет ряд ценных свойств : стойкий к действию минеральных кислот, щелочей, органических растворителей при химчистке, стоек к действию бактерий, плесени, моли. По теплозащитным свойствам нитрон превосходит шерсть. При температуре 200 — 250 °С, нитрон размягчается. Горит ярким, коптящим пламенем со вспышками.

Поливинилхлоридные волокна (ПВХ). Хлорин вырабатывается из этилена или ацетилена. Обладает стойкостью к действию воды, кислот, щелочей, окислителей, не гниёт, не имеет блеска.

По теплозащитным свойствам не уступает шерсти. Прочность в мокром состоянии не меняется, имеет невысокую стойкость к светопогоде. Влажно-тепловая обработка — при 70%. Недостаток — низкая теплостойкость. Хлорин не горит, не поддерживает горение, при внесении в пламя чувствуется запах дуста, спекается. Хлорин электризуется, поэтому применяется для лечебного белья, а также для получения рельефных шёлковых тканей, искусственного меха и тканей спецодежды (рыбаков, лесников, пожарных и др.).

Стойкость к агрессивным средам, высокая механическая прочность, эластичность и другте ценные качества сделали синтетическе волокна незаменимыми для современного текстильного производства.