Организация производства в современных условиях

Полиэфирные волокна обладают высокой устойчивостью к истиранию (превосходят искусственные и синтетические карбоцепные, уступая лишь полиамидным).

Стойкость к действию кислот и окислителей у полиэфирных волокон выше, чем у полиамидных. Однако к действию щелочей волокна недостаточно устойчивы, особенно при нагревании. Светостойкость полиэфирных волокон очень высокая. По устойчивости к действию света лавсановые волокна превосходят все природные и химические, кроме полиакрилонитрильных. Положительным является и то, что при действии света изделия из полиэфирных волокон не изменяют своего цвета в такой степени, как другие. Полиэфирные волокна устойчивы к действию микроорганизмов и бактерий, они не горят (только плавятся), обладают приятным грифом, высокими теплозащитными свойствами.

Полиакрилонитрильные волокна и нити. Темпы роста производства полиакрилонитрильных (ПАН) волокон в мире ниже по сравнению с полиэфирными, но несколько выше полиамидных. Мировой выпуск ПАН волокон увеличивается ежегодно на 6-8 %. Наибольший прирост производства ПАН волокон наблюдается в Китае, Мексике, странах Ближнего и Среднего Востока, в то время как в США, Японии, Западной Европе производство этих волокон сокращается.

Полиакрилонитрильные волокна выпускаются преимущественно (около 99,5 %) в виде штапельных с различной длиной резки. По составу они бывают од покомпонентными (чистый полиакрилонитрил — очень редко), двухкомпонент-ными (например, сополимер акрилонитрила и акриловой кислоты) и трехкомпонентными (например, акрилонитрил +  метилакрилат + итаконовая кислота).

Относительная разрывная нагрузка коротких волокон, подвергнутых вытягиванию на 400-600 %, составляет 22-25 сН/текс; в мокром состоянии их прочность снижается всего на 2-5 %.

За рубежом для повышения относительной разрывной нагрузки полиакрилонитрильных нитей их формование проводится из полимера со сверхвысокой молекулярной массой. Удлинение волокон зависит от степени вытягивания и обычно колеблется в пределах от 26 до 35 %. По упругости полиакрилонитрильные волокна уступают полиэфирным и шерстяным. Положительным свойством является очень высокая светостойкость полиакрилонитрильных волокон. По этому показателю они превосходят все волокна, кроме фторлона. Полиакрилонитрильные волокна обладают высокой термостойкостью. Однако при температуре 130-150 °С и при длительном воздействии влаги они постепенно желтеют.

Полиакрилонитрильные волокна и изделия из них стойки к окислителям, но неустойчивы по отношению к концентрированным растворам щелочей и серной кислоты, особенно при повышенной температуре. Эти реагенты омыляют нитрильные группы полимера, что приводит к разрушению макромолекул. Так, при воздействии 5-20-процентного раствора едкого натра в течение 8-20 часов волокно нитрон полностью разрушается, в то время как другие карбоцепные волокна теряют прочность частично.

Поливинилхлоридные волокна и нити. Поливинилхлоридные волокна (ПВХ) получают из полимеров и сополимеров винилхлорида. Производство является экономичным, а сами волокна обладают рядом специфических свойств, которые обеспечивают возможности их широкого использования.

Исходным сырьем для получения хлористого винила служит дешевое и доступное сырье — ацетилен, этилен и хлористый водород. Хлористый винил подвергается полимеризации. В результате получают полихлорвиниловую смолу. Полимер растворяют в смеси ацетона и сероуглерода. Из вязкого раствора формуют волокна сухим или мокрым способом. Получаемые при этом поливинилхлоридные волокна обладают невысокой прочностью, низкой термостойкостью. Чтобы улучшить эти свойства, осуществляется вытяжка (в 2-8 раз) и термическая обработка. Комплексные и короткие волокна характеризуются некоторыми специфическими свойствами: негорючестью, электроизоляционной способностью, устойчивостью к истиранию, действию света и светопогоды, а также низкой теплопроводностью. Поливинилхлоридные волокна в стандартных условиях поглощают 0,1-0,5 % влаги, температура размягчения 60-90 °С.

Термостойкость волокон можно повысить не только увеличивая вытяжку при производстве, но и путем синтеза привитых сополимеров. К ним относятся волокна из смесей полимеров, например, винилхлорида с винилацетатом (3-20 %), винилиденхлоридом (5-95 %, волокно совиден), акрилнит-рилом (40 %), нитроцеллюлозой (волокно винитрон), ацетил-целлюлозой (ацетохлорин). Ацетохлорин и винитрон более гигроскопичны, обладают лучшими гигиеническими свойствами и накрашиваемостью. Винитрон необычайно устойчив к действию крепких кислот, выдерживает высокие температуры, хорошо окрашивается в разные цвета, хемостоек, негорюч, достаточно гигроскопичен.

Поливинилспиртовые волокна и нити. Волокна из поливинилового спирта вырабатывают в небольших количествах. Однако их производство является перспективным в связи с наличием богатой сырьевой базы и возможностью получения волокон с высокими потребительскими свойствами.

Полимеризация винилацетата приводит к образованию линейного полимера поливинилацетата. Полимеризация проходит в 80-процентном растворе винилацетата в метаноле. Поливинилацетат омыляется щелочью в поливиниловый спирт. После выпадения поливинилового спирта его отжимают из раствора, промывают метиловым спиртом и сушат. Поливиниловый спирт, применяемый для производства волокон, имеет линейное строение и коэффициент полимеризации 1200-1700.

Для формования волокна мокрым способом готовят 14-16-процентный водный раствор полимера при температуре 80-90 °С с добавкой стабилизатора. Схема формования поливинилспиртового волокна соответствует схеме формования полиакрилонитрильных волокон. Осадительная ванна представляет собой водный раствор сульфата натрия 25-30-процентной концентрации. Поскольку вода растворяет полимер, промывку волокна производят 2-4-процентным раствором сульфата натрия. Для повышения прочности волокна его подвергают вытягиванию в 2—4 раза в солевой ванне и после сушки повторному вытягиванию в 2-5 раз при повышенной температуре. Термообработка в течение нескольких минут при температуре 210-230 С делает волокно еще более прочным. С целью придания поливинилспиртовому волокну водостойкости его обрабатывают в ванне раствором, содержащим серную кислоту, сульфат натрия и формальдегид.

Полиуретановые волокна и нити. Уретановыми называются полимеры, макромолекулы которых содержат уретановую группу — OCONH. Полиуретаны получают обычно взаимодействием диизоцианатов с гликолями, формование волокон можно производить сухим и мокрым способами. При введении в полимер гибких блоков получают высокоэластичные нити с удлинением 600-800 % . Подобным удлинением обладают только каучукоподобные материалы, например резина.

Синтетические волокна, содержащие не менее 85 % полиуретана, называются эластичными (благодаря высокой эластичности), или спандекс волокнами. Нити на их основе имеют перед резиновыми ряд преимуществ: при небольшой относительной прочности (6-8 сН/текс) характеризуются удлинением 500-800 % ; скорость релаксации напряжений в нитях комотренд и ликра в 2,5 раза выше.

Наиболее ценным свойством полиуретановых волокон и нитей является сочетание высокого разрывного удлинения с высокой эластичностью и способностью растянутого волокна сохранять в течение длительного времени значительную долю напряжения, а при снятии растягивающего усилия быстрое и почти полное восстановление размеров.

Полиолефиновые волокна и нити. Промышленное производство волокон и нитей из полиолефинов было налажено в 1960-х гг. Это стало возможным в результате разработки методов синтеза стереорегулярных  полимеров полипропилена и полиэтилена низкого давления. Стереорегулярные полимеры в отличие от полимеров с нерегулярной структурой имеют более вытянутую форму макромолекул, высокую плотность, меньшую растворимость, более высокую температуру плавления и лучшие механические свойства.

В настоящее время из всех синтетических волокон наиболее интенсивно развивается производство полиолефиновых и в первую очередь полипропиленовых (ПП), доля которых в общем объеме выпуска полиолефиновых волокон и нитей составляет более 80 % . Мировое производство полиолефиновых волокон текстильного назначения, включая пленочные нити и спанбонд, в 1995 г. достигло уровня 4,8 млн т, а в 2000 г. выпуск полиолефиновых волокон и нитей в мире возрос до 6 млн т и превысил производство полиамидных и полиакрил нитрил ьных волокон вместе взятых.

Наибольшее распространение находят полипропиленовые волокна. Они вырабатываются из пропилена, который выделяется при крекинге или пиролизе нефти. Волокно получают формованием из расплава. Расплав полипропилена обладает повышенной вязкостью. Поэтому прядильные машины оснащены плавильно-формовочным устройством эструзионного типа. Струйки расплава, попадая из фильеры в шахту, охлаждаются и превращаются в элементарные нити, пучок которых образует комплексную нить. Для увеличения прочности комплексной нити ее подвергают 6-7-кратной вытяжке на крутильно-вытяжных машинах, а для уменьшения усадки и повышения прочности крученой нити проводят термофиксацию прогрев паром в автоклавах. Обычно полипропиленовое волокно получают из общего жгута. Жгут вытягивают при температуре 105-130 °С в среде водного пара, гофрируют, подвергают термообработке и режут на волокна.

4.  Направления развития производства химических волокон

Одним из перспективных путей развития сырьевой базы текстильной и трикотажной промышленности является получение бикомпонентных волокон и нитей. Бикомпонентные волокна состоят из двух соединенных между собой полимеров различной химической или физической структуры (например, гомополимера и модифицированного сополимера или двух различных полимеров). Особенность их получения заключается в подаче двух полимеров, обладающих различными вязкостью и усадкой, в виде растворов или расплавов в общее формующее устройство, в котором исключается возможность их смешения. Оба компонента в режиме, близком к ламинарному течению, в капиллярах фильеры соединяются друг с другом и при выходе из формующего устройства образуют двухслойные нити. Для них характерно наличие более или менее четкой границы раздела между обоими компонентами в каждой элементарной нити.

Бикомпонентные волокна и нити находят применение в традиционных производствах трикотажа и чулочно-носочных изделий. Для изготовления высокоэластичных чулок фирма "Монсанто" выпускает бикомпонентное волокно, состоящее из 50 % полиамида 6 и 50 % полиуретана. Оно тоньше волокна спандекс и обладает хорошими упругими свойствами. Для женских чулок используются нити топилон (фирма "Тайо рейон", Япония) на основе найлона б и 6,6, которые характеризуются более высоким удлинением, прочностью при разрыве и более низкой теплоотдачей, чем найлоновые.

Бикомпонентное волокно великрен на основе полиакринитрила применяется для получения высококачественного трикотажа. Оно используется в чистом виде или в смеси с шерстью и акриловым волокном. В производстве трикотажа используется также бикомпонентная нить, позволяющая получить меланжевый эффект в изделии. При этом принятая в текстильном производстве операция трощения исключается, что позволяет уменьшить стоимость нитей. Для получения меланжевого эффекта нить формуют из двух по-разному окрашивающихся компонентов (например, полиэфира и полиамида). Нить перерабатывают в трикотаж, который окрашивают смесью красителей разных классов. При этом изделие приобретает равномерную узорчатую окраску с четким цветовым контрастом.

К проблеме создания электропроводных волокон привлечено внимание исследователей. Многие крупные фирмы промышленно развитых стран являются патентодержателями в данной области.

Электропроводные волокна — это системы, состоящие из волокнообразного электроизоляционного полимера и дисперсии компонента с электронной проводимостью распределенного в объеме системы. Они используются для изготовления ковров и мебельных тканей, антистатических текстильных материалов. Придание стабильных антистатических свойств при введении небольшого количества электропроводных волокон объясняется следующим образом. Заряды статического электричества отводятся за счет повышенной электронной проводимости; при приближении к наэлектризованному телу элементарных проводящих нитей повышается напряжение электрического поля у их поверхности, в результате чего облегчается образование коронного заряда. При трении тканей двух видов, одна из которых содержит электропроводимые нити, накопление заряда возможно только до определенной величины. При их разделении резко возрастает напряжение на каждой, и возникает ток в образовавшемся воздушном зазоре.

Наблюдается тенденция к преимущественному развитию саженаполненных волокон. Проводящие области по сечению волокна распределяются либо в центре, либо в поверхностном слое в виде непрерывных сегментов или стержней. Во всех случаях эксплуатационные свойства (эластичность, гибкость, прочность, окрашиваемость) волокнам придает ненаполненая электроизоляционная часть нити. Электропроводные вискозные нити получают путем введения сажи и измельченного активированного угля в прядильный раствор и формирования из него нитей по мокрому способу на фильтрах с увеличенным диаметром отверстий.

Основная масса полимерных волокнистых материалов производится формованием из растворов или расплавов полимерных материалов через тонкие отверстия фильеры с последующей фиксацией нитей путем охлаждения расплава или осаждением раствора полимера. Однако в последнее время было обращено внимание на то, что при высоких значениях ориентационной вытяжки в полимерных пленках возникает резкая анизотропия механических свойств (различная прочность в продольном и поперечном направлениях). Это обусловливает легкую расщепляемость (фибриляцию) пленки на тонкие элементарные нити (макрофибриллы). Волокнистые материалы, получаемые из ориентированной пленки, сразу нашли широкое применение. Так, в 1998 г. потребность в них составила 2,6 млн т. Это дает возможность заменять в ряде изделий остродефицитные натуральные волокна и практически использовать более экономичный по сравнению с классическим способом формирования химических волокон.

Для получения волокнистых материалов из ориентированной пленки можно применять практически все волокнообразующие полимеры (полиолефины, полиамид, полиэфиры и т.д.). Однако в основном перерабатываются только высококристаллические полиолефины.  Это связано прежде всего с тем, что полиолефины и изделия на их основе обладают уникальными свойствами: высокой прочностью и сопротивлением к истиранию, самопроизвольной расщепляемостью с образованием элементарных нитей, низкой плотностью, биологической стойкостью, физиологической инертностью, стойкостью к фотоокислительной деструкции. Главным образом используется изотактический полипропилен. Технологический процесс производства волокнистых материалов из ориентированных полимерных пленок включает следующие операции: формование пленки, резка ее на полоски, ориентационное вытягивание и термофиксация полосок, фибрилляция, приемка и упаковка готовой продукции. В настоящее время волокнистые материалы получают из пленки, оформленной экструзионным методом через щелевую или кольцевую формовочные головки.

Металлизированными нитями отделывают, например, парчу, нарядные женские платья, трикотажные и галантерейные изделия.