Организация производства в современных условиях

По прогнозу социологов, к середине этого столетия население земного шара приблизится к 10— 11 млрд. человек, а рост потребности в волокнах и волокнистых материалах на одного человека (включая нужды развивающейся техники), по оценкам, может достигать 12— 15 кг и более, что соответствует уровню потребления в настоящее время в наиболее развитых странах.

В настоящее время производство натуральных волокон — хлопка, джута, льна, пеньки, шерсти и натурального шелка достигло в сумме примерно 27—28 млн. т. Рассчитывать на существенное увеличение производства натуральных волокон не приходится, так как посевные площади, водные ресурсы и возможности совершенствования агротехники в значительной мере лимитированы. Поэтому производство натуральных волокон постепенно приближается к своему пределу, который оценивается в 32—35 млн. т в год.

Следствием изложенного является то, что все развитие потребления волокон и текстиля должно удовлетворяться за счет химических волокон, как путем постоянного наращивания их выпуска, так и заменой их видов более востребованными рынком в данный период времени.

 

 

 

1.4. Основные факторы, определяющие развитие производства химических волокон

 

 

Рассматривая ретроспективу и перспективу развития химических волокон и технологий их получения, необходимо помнить, что после создания первых производств на основе достаточно совершенных инженерных технологий дальнейшие процессы роста производства регулируются не только научно-техническими достижениями, но и требованиями рынка, а в некоторых случаях и государственными интересами.

Развитие производства каждого вида многотоннажных химических волокон определяется комплексом факторов, без учета которых невозможен динамичный рост производства: возможностью выпуска волокон необходимого ассортимента и заданных свойств; потребностью в различных видах волокон, их взаимозаменяемостью и взаимодополняемостью2; степенью совершенства и возможностями интенсификации технологии; доступностью исходного сырья; минимумом материалоемкости и энергопотребления; возможностью максимального рециклинга химикалиев; безопасностью и экологической чистотой технологии; экономичностью производства, а соответственно ценой и другими факторами.

В современной экономике требования к производимым текстилю и волокнам идут «от требований рынка». Это наглядно иллюстрируется схемой, где показаны пути передачи технических данных и ответное движение материалов от волокон к готовым изделиям (схема 1).

Схема 1. Процессы интеграции и дифференциации в мировом производстве химических волокон

 

2. Организация производства химических волокон

 

2.1. Химические волокна и принципы  их получения

 

В общем мировом балансе текстильного сырья химические волокна занимают второе место после хлопка.

Искусственные волокна получают в результате переработки природных высокомолекулярных соединений, синтетические — синтетических смол, а также в результате полимеризации и поликонденсации низкомолекулярных мономеров.

В различных странах выпускаются вискозные, полиамидные, полиэфирные, полиакрилонитрильные, поливинилхлоридные, поливинилспиртовые и другие химические волокна.  В настоящее время во всех странах мира производят свыше 300 видов различных искусственных и синтетических волокон.

Вискозные волокна вырабатываются в виде жгута и штапельного волокна. Эти волокна обладают хорошими прядильной способностью и окрашиваемостью, в поперечном сечении имеют неопределенную форму. Низкая себестоимость этих волокон объясняется тем, что они изготовляются из относительно дешевых материалов — целлюлозы древесины, едкого натра и серной кислоты.

Вискозные волокна по внешнему виду бывают блестящие и матированные. Штапельные и жгутовые вискозные волокна могут быть суровыми и окрашенными в массе. Химические заводы выпускают волокна черного, синего, коричневого, серого и других цветов. Окраска вискозных волокон характеризуется большой равномерностью и прочностью. Текстильные изделия, выработанные из вискозных волокон, окрашенных в массе, не выгорают и длительное время имеют хороший внешний вид. Разрывная нагрузка вискозных волокон находится в пределах 0,029...0,055 Н. Обычно отечественные вискозные волокна имеют удельную разрывную нагрузку 150...250 мН/текс. Недостатком этих волокон является большая потеря прочности в мокром состоянии  (на 50...60%).

Вискозные волокна перерабатывают в чистом виде и в смеси с натуральными волокнами. Пряжа и ткань, полученные из чистого вискозного   волокна,   обладают   мягкостью   и   приятным   оттенком.

В соответствии с действующими нормативно-техническими документами в зависимости от внешнего вида и физико-механических свойств различают три сорта вискозных волокон. Улучшение качества вискозного волокна должно идти в направлении повышения прочности, уменьшения неравномерности толщины и длины волокон, понижения их сминаемости и усадки, придания волокнам устойчивой извитости, расширения гаммы расцветок при крашении волокна в массе.

Полиэфирные волокна вырабатываются в виде жгута, штапельного волокна и нитей. Лавсан получают из продуктов переработки нефти и природного газа: диметилового эфира терефталевой кислоты и этиленгликоля.

Лавсановое волокно имеет круглое поперечное сечение. Штапельное волокно выпускается матированным или блестящим, суровым или окрашенным в массе, линейной плотностью 0,167...0,59 текс, длиной 32...120 мм.

Лавсановое волокно обладает высокой прочностью, термостойкостью, малой усадкой, стойкостью к светопогоде и солнечной радиации, хорошими упругими свойствами. В мокром состоянии прочность волокон не меняется, удлинение их соответствует удлинению шерсти. Однако эти волокна плохо поглощают влагу, что приводит к их высокой электризации, которая вызывает трудности при переработке в прядении и ткачестве. Эти волокна плохо окрашиваются при применении обычной технологии крашения. Их красят под высоким давлением.

Штапельные лавсановые волокна используют в смеси с шерстью, хлопком, льном и другими волокнами для выработки платьевых, сорочечных, костюмных и декоративных тканей, трикотажных изделий, искусственного меха и др. Эти волокна широко и эффективно применяются в текстильной промышленности благодаря тому, что обладают хорошей упругостью, высокой прочностью, имеют шерстистый вид и устойчивы к стирке, характеризуются относительно низкой себестоимостью.

Лавсановые волокна также используются для электрической изоляции, производства мешков, рыболовных сетей, веревок, канатов, тесьмы, швейных нитей, шнуров, лакированных лент для изоляции и обмотки якорей электродвигателей и др. В последнее время лавсановые волокна нашли применение в медицине: из них изготовляют искусственные кровеносные сосуды. Они используются также для изготовления синтетической кожи.

Полиакрилонитрильные волокна получают из полимеров и сополимеров акриловой кислоты (акрилонита). Эти волокна характеризуются высокой прочностью, объемностью, хорошей упругостью, шерстистостью, устойчивостью к воздействию погодных факторов и солнечной радиации. Поперечное сечение волокна  нитрона  имеет  фасолевидную  форму.

Штапельные нитроновые волокна используют в чистом виде и в смеси с хлопком, шерстью и вискозными волокнами. Из нитрона и его смесей вырабатывают разные платьевые и костюмные ткани, трикотажные изделия, мебельные и фильтровальные ткани, ковры и ковровые изделия, брезенты, транспортерные ленты для сельского хозяйства и горной промышленности, канаты, рыболовные снасти, ткани для фильтров и спецодежды. Из филаментных нитей изготовляют жаростойкие изделия, выдерживающие температуру до 1000°С. Стоимость нитрона значительно ниже, чем натуральной шерсти. Изделия из нитрона пушистые, имеют красивый внешний вид и высокую прочность.

Капроновые волокна и нити обладают высокой прочностью при растяжении, значительной упругостью и устойчивостью к истиранию и многократным изгибам. Эти волокна устойчивы к действию микроорганизмов, характеризуются малыми потерями прочности в мокром состоянии (не более 2,5 %). Недостатком этих волокон является пониженная гигроскопичность, малая устойчивость к действию света, плохая набухаемость в воде, что затрудняет процесс крашения.

Штапельные капроновые волокна используют в смесях с хлопком и шерстью для выработки платьевых и костюмных тканей. Добавление 10...15% капронового волокна к вискозному или к шерсти повышает устойчивость тканей к истиранию в 2...3 раза, а добавление до 20 % капронового волокна к хлопку повышает износоустойчивость основовязаного полотна, изготовленного из хлопко-капро-новой пряжи, в 2,5...3 раза.

В последние годы для производства ковровых изделий стали широко использоваться полиамидные волокна. Полиамидные волокна, обладающие малой плотностью (р = 1,14 кг/м3), дают возможность получать ковры с высокообъемным пушистым ворсом. В США освоен новый тип высокообъемных полиамидных нитей, которые обладают различной способностью поглощать красители, в результате чего получается эффектный узор на тафтинговых коврах. В СССР освоено производство высокообъемных комплексных нитей для тафтинговых ковровых изделий. Ковровые изделия, полученные из полиамидных тканей с губчатой пористой теплозвукоизоляционной пенолатексной, полихлорвинилхлоридной и пеноуретановой основой, заменяют паркет, линолеум и плиточные материалы.

Капроновые нити используют для изготовления чулочно-носочных изделий, тонкого трикотажного белья, крученых и кордных нитей, канатов, парашютов и других технических изделий. Из капроновых нитей изготовляют сетчатое основовязаное полотно для вибросит, используемых в нефтяной промышленности. Это полотно заменяет сетку из металлической проволоки. Срок службы капронового волокна в 3 раза выше срока службы проволочной сетки.

Поперечное сечение обычных химических волокон условно принимают круглым. Такая форма поверхности создает трудности при переработке волокон: получении качественной ленты, ровницы, пряжи. Ухудшается процесс вытягивания, образуется пилинг — группы закатанных волокон на поверхности изделия. Для повышения качества продукции применяют профилирование волокна, в процессе которого они получают различную форму поперечного сечения: треугольника, многоугольника, звездочки и др. 

Профилированные волокна обладают высокими эксплуатационными свойствами. Они легкие, пушистые, гигроскопичные. Их используют для выработки тканей, трикотажных и чулочных изделий. Изделия, изготовленные из профилированных волокон, характеризуются высокой объемностью, повышенными теплоизоляционными и другими свойствами, имеют красивый внешний вид. Расход профилированных волокон на изготовление тканей и трикотажа на 30...40 % ниже, чем волокон круглого сечения. Полые волокна имеют устойчивую извитость и высокую объемность, их плотность меньше (1 г/см3 вместо 1,14 г/см3). В связи с этим можно увеличить долю вложения полых капроновых волокон в смесь с шерстью до 30...40 % (вместо 10...15% неполых волокон), не опасаясь образования пилинга.

Штапельные химические волокна можно получить любой длины и толщины. Длину химических волокон обычно выбирают близкой к длине натуральных: в хлопкопрядении — 32...44 мм; в аппаратном прядении шерсти — 50...80; в тонкогребенном прядении шерсти — 80... 100; в грубогребенном — 100...120 мм, в шелкопрядении — 100...120, в льнопрядении — 100...120 мм. Целесообразно, чтобы длина химических штапельных волокон была несколько больше длины натуральных волокон.

В настоящее время исходя из специфики оборудования в хлопчатобумажной промышленности наиболее часто применяют химические волокна линейной плотностью 0,4...0,167 текс, в шерстяной— 0,59...0,31 текс.

Вискозное волокно получают из природной целлюлозы. Его в основном вырабатывают из древесной целлюлозы и чаще всего из древесины ели. Вначале древесину превращают в щепу, которую затем варят со щелоком в закрытых котлах под давлением в течение суток. В процессе варки древесина теряет жесткость, примеси растворяются, а целлюлоза приобретает вид мелких волоконец. Затем волоконца отбеливают, промывают, высушивают до нормальной влажности и режут на листы, упаковывают в кипы и отправляют на заводы. На заводах искусственного волокна листы смешивают для получения однородной массы, подсушивают до нормальной влажности (8 %) и обрабатывают 18%-м раствором едкого натра. Целлюлоза набухает, низкомолекулярные фракции вымываются и образуется мерсеризованная   (щелочная)   целлюлоза:

[С6Н7O2(ОН)з]n + NaOН ↔[С6Н7O2(ОН)зОNа]n + nН2O.

Для увеличения площади активной поверхности щелочную целлюлозу измельчают и направляют на предсозревание, которое длится 12...24 ч. На этой стадии при взаимодействии щелочной целлюлозы с кислородом воздуха происходит окислительная деструкция целлюлозы, укорочение длинных цепных макромолекул. В дальнейшем это обеспечивает получение растворов вискозы требуемой вязкости.

После предсозревания щелочную целлюлозу обрабатывают сероуглеродом в течение 2,5...3 ч при начальной температуре 18... 20 °С  и конечной  25...27 °С  и  получают  ксантогенат  целлюлозы:

Ксантогенат целлюлозы растворяют в слабом (4 %-м) растворе едкого натра и получают вискозу, представляющую собой вязкую жидкость. Такая вискоза непригодна для формирования нитей и штапельных волокон. Она должна созреть, т. е. приобрести свойства, необходимые для их формирования. Кроме того, вискозу пропускают через фильтры-прессы для удаления комочков ксантогената, пузырьков воздуха и других примесей. После этого вискозу направляют на созревание. Созревание ее протекает в течение 24...40 ч при температуре 14...16°С.

 

 

2.2. Краткая характеристика ОАО  «Гродно Химволокно»