Организация производства в современных условиях

По традиционной технологии металлизированные нити формуют вытягиванием проволоки из красной меди, ее сплава с никелем или другими металлами. Их вырабатывают округлой формы (диаметр 50—80 мм) или в виде ленточки. В некоторых случаях нити покрывают тончайшим слоем серебра или золота. Исходными элементами, из которых образуется крученая нить, служат металлические нити или сочетание металлических нитей с хлопчатобумажными, шелковыми и др. Согласно способу, разработанному в Японии, исходным материалом для получения металлизированных нитей, является клеящее вещество. На покрытую клеящим веществом поверхность пленки в соответствии с принятым рисунком укладывают кусочки золотой или серебряной фольги. После этого пленку равномерно прессуют для прочного закрепления фольги на поверхности пленки. После термовулканизации клеящего вещества поверхность фольги полируется тканью для удаления излишков фольги и образования одинакового рисунка на лицевой и изнаночной поверхностях. На поверхность фольги наносят слой прозрачной смолы, который соединяется с клеящим веществом. Полученную металлизированную пленку разрезают на узкие полоски, формируя нити.

Повышение долговечности и улучшение эксплуатационных характеристик волокнистых материалов часто связаны с защитой их от воздействия воды. При насыщении водой возрастает объемная масса текстильных изделий, повышается их теплопроводность, ухудшаются прочностные характеристики, увеличивается усадка. Присутствие воды стимулирует рост биологической активности ряда микроорганизмов, вызывает гниение и плесневение волокон.

Во многих странах проводятся в широких масштабах исследования в области производства химических волокон. Это позволило усовершенствовать существующие и создать новые технологические процессы, повысить качественные показатели волокон и получить их новые виды.

В настоящее время большая часть химических волокон и нитей производится методом формования из расплава на основе полимеров нескольких видов. По сравнению с процессами формования из растворов это наиболее производительно и экономично: не требуется применения вспомогательных технологических жидкостей (растворителей, осадителей) и соответственно отпадает необходимость в их регенерации, что обусловливает безвредность процесса в экологическом аспекте.

По классической схеме процесс формования волокна из расплава проводится при скорости 700-1000 м/мин. Получаемые свежесформованные нити имеют низкую ориентацию макромолекул, неравновесную структуру и подвергаются дальнейшему вытягиванию и термической обработке, в результате чего они приобретают заданные физико-механические свойства. Развитие технологии позволило повысить скорость формования волокон до 1500-2000 м/мин без принципиального изменения схемы процесса. Дальнейшими этапами в развитии расплавного метода формования является создание его новых разновидностей: совмещение процессов формования и вытягивания; формование со скоростью до 3000-4000 м/мин с получением частично ориентированных нитей. Такие нити имеют более высокую ориентацию, но характеризуются неравномерной структурой. В дальнейшем они подвергаются текстурированию.

Создан принципиально новый процесс получения нитей на основе их формования при сверхвысокой скорости (5000-6000 м/мин), не требующий последующего вытягивания и термической обработки. Возникающие при сверхвысокой скорости формования нитей большие напряжения приводят к качественно новому процессу структурообразования — ориентационной кристаллизации. В результате в процессе одной технологической стадии получают нити с принципиально иными структурой и свойствами: высокой кристалличностью и ориентацией кристаллов, пониженной ориентацией аморфных областей, гетерогенной структурой в поперечном сечении. Следствием этого является несколько меньшие значения модуля деформации и прочности и повышенное удлинение при разрыве. Высокая равновесность структуры обусловливает низкую усадку волокон при термической и термовлажной обработках.

Таким образом, высокоскоростное формование позволило создать весьма производительный процесс получения нитей нового ассортимента. К преимуществам применения данной технологии относятся: увеличение производительности, простота процесса, уменьшение затрат на оборудование и энергию, снижение себестоимости продукции. При обычном двухстадийном методе скорость формования составляет 1000-1500 м/мин, скорость вытягивания — 400-1000 м/мин; продолжительность выдержки свежесформованного волокна перед вытягиванием — от двух часов до двух суток. При одностадийном методе производительность в 6-15 раз выше, потери времени на выдерживание от момента формования до вытягивания сводятся к нулю. При его проведении отпадает необходимость в дополнительном оборудовании для последующей обработки нитей.

Заключение

В настоящее время в России и странах СНГ выпускаются большинство традиционных видов химических волокон и нитей текстильного и технического назначения. Данные ВНИИСВ о выпуске химических волокон в России и странах СНГ приведены ниже:

Выпуск химических волокон и нитей в странах СНГ

Как видно из приводимых данных, в достаточно хорошем положении оказалось производство химических волокон в Белоруси. Это во многом связано с тем, что там были и сохранились наиболее современные предприятия, построенные в последние годы в СССР. Следует заметить, что большинство предприятий Украины и особенно Белоруси работает в значительной степени на российский рынок.

Однако текстильная промышленность в России и других странах СНГ столкнулись с нехваткой сырья — как природных, так и химических волокон. Это привело к импорту большого количества готовых тканей, трикотажа и швейных изделий, что дополнительно сказалось на сокращении выпуска химических волокон.

Причина больших трудностей в сохранении и потенциальном развитии производств химических волокон связана с тем, что все они могут быть технически и экономически оправданы только при больших объемах выпуска продукции, что требует соответственно больших инвестиций по сравнению, например, с предприятиями по выпуску текстильных изделий. Кроме того, сроки окупаемости предприятий химических волокон достаточно большие. Тем не менее, изменения в инвестиционном климате в России, очевидно, должны привести к изменениям и в области производства химических волокон за счет привлечения инвестиций.

Для всех основных видов химических волокон определились свои ниши как по способам их получения, так и областям применения. Анализ тенденций развития производства различных видов химических волокон позволяет выделить следующие важные направления:

* интенсивный  рост выпуска полиэфирных волокон по сравнению со всеми другими, вместе с тем наблюдается и ограниченный рост производства полиамидных и полиакрилонитрильиых волокон;

* быстрое развитие  производства полипропиленовых волокон;

* совершенствование  процессов получения вискозных и организация производства гидратцеллюлозных волокон типа лиоцелл;

* развитие новых нетрадиционных высокопроизводительных процессов получения волокнистых материалов, в том числе нетканых материалов прямого формования.

Среди перечисленных выше по объему мирового производства лидируют полиэфирные волокна — их выпуск в 2001 г. составил 19,2 млн. т, в 2002 г. превысил 20млн. т. Это 60% от выпуска основных видов синтетических волокон (или 30% от выпуска всего количества природных и химических волокон бытового и технического назначения (включая нетканые материалы и сигаретный жгутик как материалы, не подвергаемые текстильной переработке).

Далее по объему производства следуют полипропиленовые волокна: 19% от суммарной продукции всех видов синтетических волокон в 2000 г. Выпуск полиамидных и полиакрилонитрильных волокон хотя и увеличивается, но их доля в общем, производстве синтетических волокон в мире постепенно снижается (13 и 8% соответственно в 2000 г.).

Следует особо остановиться на быстром развитии полипропиленовых волокон и нитей, общий выпуск которых достиг уже 7 млн. т (включая нетканые материалы прямого формования и пленочные нити). Это результат создания широкой гаммы модифицированных волокон с новыми свойствами, создания высокопроизводительных технологий, достижения высоких экономи ческих показателей их производства и ряда других факторов.

Как было показано выше, развитие производства химических волокон во многом определяется созданием новых технологий, нового оборудования и все более широким распространением процессов модифицирования, что привело к постепенному изменению соотношения между основными методами получения волокон. На фоне общего стабильного прироста производства большинства многотоннажных химических волокон, изданных приведенной табл. видно, что наибольший темп прироста наблюдается для волокон, формуемых из расплава. Это определяется как чрезвычайно высокой производительностью этого метода по сравнению с остальными, так и возможностями современных методов модифицирования, позволяющими широко варьировать свойства волокон и нитей.

Модифицирование волокон — один из наиболее простых и перспективных путей, который позволяет получать их с широкой гаммой заданных функциональных свойств.

Методы модифицирования волокон можно подразделить на три группы:

* физические  методы — с изменением надмолекулярного строения, внешней формы или поверхности волокон. Эти методы используются на стадии формования и последующих обработок волокон;

* методы композитной  модификации, или методы смешения, когда к основному волокнообразующему полимеру добавляются те или иные мелкодисперсные или растворимые компоненты — носители новых свойств. Добавки вводятся на стадии подготовки исходного расплава или раствора к формованию или непосредственно перед формованием;

* методы химической  модификации — изменение химического строения волокнообразующего полимера путем сополимеризации при получении исходного полимера или введения новых функциональных групп

при обработке сформованных волокон (используется редко), а также при обработке текстильных полотен или изделий.

В настоящее время эти методы все шире используются для улучшения потребительских свойств традиционных видов химических волокон, а также для получения волокон с новым комплексом свойств. Большинство выпускаемых в настоящее время синтетических волокон и нитей являются сополимерными или полученными с функциональными специальными добавками, что позволяет существенно повышать потребительские свойства или придавать новые свойства текстильным изделиям. Химическое модифицирование, кроме того, часто производится на стадии отделки текстильных полотен.

В связи с постоянным возрастанием объемов выпуска химических волокон, а в перспективе многократным его увеличением, немаловажное значение приобретает проблема развития сырьевых ресурсов для производства химических волокон, поскольку наблюдается тенденция постепенного повышения цен, а в перспективе появление дефицита традиционных видов сырья — нефти, каменного угля и газа.

К середине XXI-гo столетия эти виды сырьевых материалов будут близки к истощению, в то же время будет идти постепенное возрастание народонаселения и рост потребности в химических волокнах, отмеченный выше. Поэтому на смену или в дополнение к традиционным должны прийти новые сырьевые ресурсы для получения мономеров и/или волокнообразующих полимеров, получение которых будет основано на воспроизводимых растительных ресурсах, продуктах биотехнологии и связывании углекислого газа и азота из атмосферы.

Вследствие этого уже сегодня начинают развиваться исследования по новым сырьевым источникам для получения волокон и волокнистых материалов на их основе. Поскольку проблема исходных мономеров и волокнообразующих полимеров, очевидно, станет острой уже в первой половине ХХI-го столетия, предложений по новым источникам сырья немало.

Важнейшим возобновляемым видом исходного сырья для волокон является целлюлоза. Возможности ее получения из древесины еще далеко не исчерпаны. Однако в перспективе из-за сокращения площадей лесных массивов производство древесной целлюлозы (используемой для получения волокон) будет постепенно ограничиваться. Разрабатываются новые источники для замены древесной целлюлозы альтернативными ее видами, в частности высокопродуктивными по количеству целлюлозы на единицу площади в год однолетними растениями, которые могут произрастать в широком диапазоне климатических условий. Некоторые виды растений могут давать с единицы площади количество целлюлозы, (в пересчете на год) в 3—4 раза превышающее используемые сегодня древесные породы (ель, бук, эвкалипт). Проблема целлюлозы как возобновляемого полимера взаимосвязана с получением высококачественных гидратцеллюлозных волокон. В этом отношении следует ожидать как сохранения вискозного процесса, так и развития процессов прямого растворения целлюлозы с последующим формованием волокон, в частности волокон лиоцелл.

Вискозный процесс является многостадийным, энерго- и материалоемким (более 1,5кг/кг волокна вспомогательных химикалий) и пока еще вызывает существенные экологические затруднения. Однако совершенствование существующих и развитие новых процессов получения вискозных волокон и нитей позволяет существенно снизить присущие им недостатки за счет новых решений в технологии и развитии процессов их обезвреживания, в результате чего на передовых предприятиях осуществлен почти полный рециклинг большинства исходных вспомогательных материалов, практически отсутствуют сточные воды и выброс серосодержащих газов. Существующие сегодня технические решения показывают, что вискозный процесс имеет еще длительный срок «права на жизнь» и конкурентоспособен с другими альтернативными процессами получения гидратцел.люлозных волокон.