Организация производства в современных условиях

Машины непрерывного способа формования нити (типа ПНШ) имеют более высокую производительность, лучшее качество нитей, большую массу выходящей паковки. Кроме того, они исключают необходимость в установке оборудования для отделки, сушки и текстильной обработки нитей. Вискоза зубчатым насосом подается через свечевой фильтр к находящейся в осадительной ванне фильере. Сформированная нить поступает на парные цилиндры, нижний из которых погружен в довосстановительный раствор, близкий по составу к осадительной ванне. Регенерированная нить промывается горячей водой. В результате такой обработки нить не содержит поверхностной серы и значительно лучше перерабатывается при изготовлении текстильных изделий. Далее нить передается на отделочный цилиндр, сушится на парных цилиндрах, получает необходимую крутку на веретене и наматывается на паковку.

Модифицированные вискозные волокна и нити. Структуру вискозных волокон изменяют путем химической обработки в процессе формования и прядения. Их качество может быть улучшено также за счет придания волокнам устойчивой извитости, производства полых волокон, волокон с чешуйчатой поверхностью, матированных и полуматированных, путем прививки полимеров, повышением коэффициента полимеризации и кристалличности.

Высокопрочные кордовые нити получают методом структурной модификации: значительным вытягиванием свежесформованной нити, находящейся в пластическом состоянии. Их отличает устойчивость к действию многократных деформаций, относительная разрывная нагрузка — 40-45 сН/текс (у обычных вискозных нитей 14-18 сН/текс).

Высокопрочные и высокомолекулярные штапельные волокна (ВВМ волокна) также получают методом структурной модификации по различным технологическим схемам. Такие волокна формуют из вискозы, в состав которой вводят модификаторы (полиэтиленгликоль) для обеспечения однородности структуры. Регенерация целлюлозы проходит в мягких условиях при низких температурах осадительной ванны (30-35 °С), а ориентационная вытяжка производится при высокой температуре пластификационной ванны (95 °С). Благодаря этим особенностям ВВМ имеют более крупнокристаллическую структуру и отличаются механическими свойствами от других видов вискозных волокон. Характерные свойства: высокая прочность в сухом и мокром состояниях, пониженное удлинение, высокое значение начального модуля (в 2-3 раза выше в сухом и в 10-20 раз в мокром виде, чем у обычных вискозных волокон), повышенная устойчивость к деформации (в 8-10 раз превышает вискозное волокно).

Отечественной промышленностью освоен выпуск хлопкоподобных вискозных волокон — полинозного, сиблона, мтилона и др.

Ацетатные волокна и нити. Особенность ацетатного волокна заключается в том, что его получают из сложного уксусного эфира целлюлозы — ацетата целлюлозы. Ацетатные волокна могут вырабатываться двух видов: диацетатное (ацетатное) и триацетатное. Хлопковую или облагороженную древесную целлюлозу, содержащую не менее 97 % а-целлюлозы, обрабатывают уксусным ангидридом с использованием в качестве катализатора серной кислоты. В результате образуется триацетат целлюлозы, который растворяется в метиленхлориде. Его используют для получения триацетатного волокна. При частичном омылении триацетата целлюлозы получают диацетат целлюлозы, который растворяется в ацетоне. Его применяют для получения диацетатного волокна.

Процесс приготовления прядильного раствора состоит из следующих основных операций: смешивание ацетилцеллюлозы (триацетата или диацетата), ее растворение, тщательная фильтрация на фильтрпрессах и обезвоздушивание.

Формование ацетатных волокон осуществляется из растворов сухим и мокрым способом. Комплексные текстильные нити, как правило, формуют сухим способом, а штапельные волокна — сухим и мокрым. Так как ацетатные волокна термопластичны, применяется метод их формования и из расплава.

Выходящие из фильеры струйки раствора попадают в шахту, куда подается сухой подогретый воздух. Летучие растворители быстро испаряются, и волокна затвердевают. Выходящие из прядильной шахты нити проходят ните проводник и обрабатываются безводным замасливателем для снятия электростатических зарядов и придания нити мягкости и эластичности. Текстильная обработка заключается в кручении, перематывании на бобину, сортировке и упаковке. Диацетатные нити формуют сухим способом, который исключает отдельные операции.

Медно-аммиачные волокна и нити. Медно-аммиачные волокна состоят из регенерированной целлюлозы. Они относятся к гидратцеллюлозным волокнам. Их получают из растворов комплексного соединения целлюлозы и куприамингидрата.

Объем производства медно-аммиачных волокон составляет около 1 % мирового выпуска химических волокон. При его изготовлении хлопковую или облагороженную древесную целлюлозу растворяют в медно-аммиачном растворе. Первая осадительная ванна заполнена водой, вторая — 2-3-процентным раствором серной кислоты, в которой происходит регенерация гидратцеллюлозного волокна в результате разложения молекулярного медно-целлюлозного соединения. Формование осуществляется мокрым двухванным способом: полученное волокно промывают раствором серной кислоты, удаляют остатки меди, снова промывают, подвергают мыловке и сушат. Для получения коротких волокон выходящие из второй ванны волокна поступают на транспортер, собираются в жгут, а затем подвергаются отделке и резке на штапельки. При обработке коротких волокон раствором кислоты им придается извитость.

При выработке медно-аммиачных волокон не проводят пластификационное вытягивание. Вследствие этого разрывная нагрузка волокон небольшая — всего 11-16 сН/текс; удлинение составляет 12-16 % ; в мокром состоянии прочность понижается до 40-50 %, а удлинение заметно возрастает. В воде при температуре 95 °С медно-аммиачные волокна дают усадку до 6,5 %; гигроскопичность в нормальных климатических условиях составляет 12,3-13,5 %; плотность волокон — 1,50-1,53 г/см3. По остальным показателям медно-аммиачное волокно не отличается от вискозного.

Медно-аммиачным волокнам свойственна однородная структура. На его поверхности отсутствует ориентированная оболочка. Волокна имеют умеренный блеск, быстро и равномерно окрашиваются.

Медно-аммиачные волокна находят разнообразное применение. Чаще всего они применяются для изготовления плательных тканей, нижнего белья, основовязанного трикотажного нижнего белья. Высокая тонина элементарного волокна придает тканям особую мягкость и хорошую драпируемость. Штапельное волокно используется в смеси с шерстью для изготовления шерстяных тканей и ковров.

3.2.Синтетические волокна и нити

По сравнению с искусственными производство синтетических волокон имеет ряд особенностей:

♦   их выработке предшествует синтез исходных полимеров;

♦   получение искусственных волокон сопровождается некоторым изменением свойств и очисткой от посторонних примесей готового природного полимера;

♦   перевод синтетических полимеров в вязкотекучее состо,-яние возможен не только растворением, но и расплавлением;

♦  формование синтетических волокон происходит без химического изменения полимера;

♦  для улучшение механических свойств синтетических волокон применяется их вытягивание (в 4-20 раз от начальной длины);

♦   все синтетические волокна (кроме тефлона) термопластичны, и для снижения усадки, увеличения удлинения, улучшения равномерности структуры подвергаются термофиксации;

♦   формование и последующая обработка синтетических волокон позволяют в широких пределах изменить их механические свойства.

Для производства синтетических волокон используются низкомолекулярные вещества (фенол, бензол, этилен, пропилен и др.), получаемые путем переработки природного сырья — нефти, газа, каменного угля и т.д. Для превращения мономеров в полимеры прибегают к синтезу. Основные реакции синтеза полимеров — полимеризация и поликонденсация.

В зависимости от особенностей химического строения полимеров синтетические волокна подразделяются на гетеро-цепные и карбоцепные. К гетероцепным относятся волокна, макромолекулы которых, кроме атомов углерода, содержат в основной цепи кислород, азот и другие элементы (полиамидные, полиэфирные, полиуретановые волокна). Полимеры для производства гетероцепных волокон получают путем поликонденсации, а формование волокон осуществляют из расплавов. К классу карбоцепных относятся синтетические волокна, макромолекулы которых содержат в основной цепи только атомы углерода: полиакрилонитрильные, поливи-нилхлоридные, поливинилспиртовые, полиолефиновые, фторсодержащие. При их производстве полимер получают цепной полимеризацией, а волокно формуется из растворов (реже из расплавов).

Полиамидные волокна и нити. Полиамидные — это синтетические волокна, получаемые из линейных полимеров, макромолекулы которых содержат амидные и метиленовые группы.

Известно несколько видов полиамидных волокон, получаемых из различных полиамидов.

Поликапроамидные волокна вырабатываются из полимера поликапроамида, синтезированного из мономера — капролактама. Они выпускаются под различными названиями: капрон (СНГ), дедерон, перлон (Германия), силон (Чехия), найлон (США).

Полигексаметиленадипамидные волокна вырабатывают из полимера, синтезированного из гексаметилендиамина и адипиновой кислоты. Их торговые названия: анид (СНГ), найлон 6,6 (США, Великобритания, Италия).

Полиэнантоамидные волокна — энант (СНГ), найлон 7 (США) — получают из полиэнантоамида — полимера, синтезированного из аминоэнантовой кислоты.

Технологический процесс производства полиамидных волокон разнообразных видов существенных различий не имеет. Он включает три основных этапа: синтез полимера; формование волокна; вытягивание и последующая обработка волокна.

Сущность получения полиамидных волокон можно проиллюстрировать на примере капронового волокна.

Исходным материалом для синтеза капронового волокна является лактам аминокапроновой кислоты (капролактам). Капролактам, имеющий температуру плавления 69-71 °С, подвергается очистке, а затем полимеризации при температуре 250°С. При данных условиях в присутствии воды (гидролитическая полимерация) происходит раскрытие кольца кап-ролактама с образованием линейного полимера — поликапроамида (смола капрон).

Для повышения устойчивости волокон к действию света и окислителей в состав капролактама вводят стабилизаторы и антиоксиданты, для снижения блеска волокон — двуокись титана. Для получения волокон, окрашенных в массе, крашению подвергают крошку капролактама. Из нее затем формуют волокна.

Полиамидные волокна формуют из расплавов полимеров периодическим или непрерывным способом. Прядильные машины, применяемые для каждого способа, имеют конструктивные особенности.

Крошка поступает в плавильное устройство, где в среде инертного газа при температуре 250-270 °С превращается в расплав, который подается в фильере для формования волокон. Выходящие из фильеры струйки поступают в шахту, где они обдуваются воздухом и быстро застывают. Для улучшения механических свойств волокна подвергают вытяжке в процессе формования или после него (на крутильно-вытяжных машинах).

Свойства полиамидных волокон зависят от состава полиамида и особенностей выработки, что дает возможность существенно их изменять. Прочность полиамидных волокон колеблется в значительных пределах в зависимости от чистоты полимера и степени вытяжки. Обычные волокна имеют относительную разрывную нагрузку 40-50 сН/текс, подвергнутые вытяжке на 400-420 % — 70-75 сН/текс; в мокром состоянии снижение прочности не превышает 10 %. Относительное разрывное удлинение составляет 20-25 % , в мокром состоянии оно повышается на 3-5%. Эластичность — отличительная особенность полиамидных волокон: при небольших растягивающих усилиях (до 2 - 108 Па) обратимая деформация у капрона составляет 90-95 % общего удлинения.

Полиамидные волокна характеризуются очень высокой устойчивостью к истиранию и действию многократных деформаций. По показателю изгибоустойчивости (числу двойных изгибов до разрушения) они превосходят вискозные волокна примерно в 100 раз, хлопковые — в среднем в 10 раз. Устойчивость к истиранию полиамидных волокон максимальная среди всех других видов волокон. Так, если устойчивость к истиранию полиамидных волокон принять за 100 % , то у хлопка она составляет 10, у шерсти — 5, у вискозы — 2 %.

Полиамидные волокна обладают недостаточно высокой устойчивостью к действию тепла. Уже при температуре 140 °С почти наполовину снижается разрывная нагрузка, резко повышается удлинение, уменьшается упругость. Светоустойчивость полиамидных волокон также недостаточная. Чтобы повысить термо- и светостойкость, в состав полиамидов вводят стабилизаторы (соли меди, марганца и хрома или органические вещества, например, гидрохинон, резорцин). Тем самым удается повысить светоустойчивость волокон в 3-4 раза.

Полиамидные волокна устойчивы к действию микроорганизмов, однако недостаточно стойки к щелочам, концентрированным минеральным кислотам и окислителям. Кроме того, им присущи и другие недостатки: пониженная сцепляемость, плохой гриф, слабая окрашиваемость в волокне, повышенная жесткость и электризуемость, а также недостаточная гигроскопичность (всего 3,5-4,0 %).

В производстве шелка используют полиамидные волокна в смеси с другими — вискозными, триацетатными, шелком — для выработки многообразного ассортимента плащевых, плательных, блузочных, сорочечных, подкладочных, декоративных и других тканей. Полиамидные волокна добавляют в смеси к шерсти и хлопку для выработки плательных и костюмных тканей. Применяют их также для изготовления искусственного меха, обивочных тканей, тюлегардинных и галантерейных изделий, ковров, парусов.

Полиэфирные волокна и нити. Среди синтетических волокон лидирующее положение занимают полиэфирные. Благодаря комплексу положительных свойств полиэфирные волокна получили широкое распространение, а по объему производства превзошли полиамидные. К 2000 г. мировой выпуск полиэфирных волокон достиг 18 млн т, что составляет более 20 % от всего производства текстильного сырья.

По показателям прочности полиэфирные волокна не уступают полиамидным. Относительная разрывная нагрузка обычных волокон достигает 40-50 сН/текс; в мокром состоянии прочность практически не изменяется; удлинение составляет 20-25 %. Волокна высокоэластичны: при растяжении до 5-6 % удлинение полностью обратимо. Благодаря этому изделия из полиэфирных волокон характеризуются высокой устойчивостью к смятию даже во влажном состоянии.