Давыдов А.Ф. Текстильное материаловедение

Подождите немного. Документ загружается.

фильер (колпачки с маленькими отверстиями). Непрерывные

струйки жидкого полимера вследствии испарения растворителя,

или физико-химического взаимодействия с окружающей средой,

или охлаждения, затвердевают и превращаются в элементарные

нити, которые соединяют вместе скручиванием.

При получении волокон, отдельные нити с определенного

количества фильер соединяют вместе в жгут , который затем разре-

зают на волокна заданной длины, в зависимости от того с каким

волокном будут смешаны химические волокна. Существует не-

сколько способов формования химических нитей: мокрый и сухой

способ формования из раствора, из расплава или размягченого

полимера.

При мокром способе формования из раствора, струйки вы-

хоящие из отверстий фильеры поступают в раствор осадительной

ванны, где они затвердевают и превращаются в нити. В некоторых

случаях происходит химическое взаимодействие полимера с реа-

гентами осадительной ванны, что приводит к изменению состава

полимера. Существует однованный способ, при котором и осажде-

ние полимера и его химическое взаимодействие происходит в од-

ной осадительной ванне. При двухванном способе, в первой ванне

полимер осаждается, а во второй изменяется его состав.

При сухом способе формования, под действием повышенных

температур из струек выходящих из фильер удаляется растворитель

и формуются нити, которые потом замасливаются для уменьшения

электризуемости при контактах с поверхностями нитепроводников.

Изменение химического состава при этом не происходит.

Сухой способ имеет некоторые преимущества по сравнению

с мокрым: нет необходимости в промывке нитей от раствора оса-

дительной ванны, значительно более высокая скорость формова-

ния и снижение себестоимости. Формование нитей из расплава

возможно только из полимеров, способных расплавится при опре-

деленных температурах без разложения. Полимер в гранулах пода-

ется, в бункер, а затем поступает на плавильную решетку, где пла-

виться и с помощью нагнетающего и дозирующего насосов про-

давливается через фильеры. Затвердевание осуществляется в обду-

вочной шахте потоком инертного газа или воздуха. Затем нити

замасливаются, вытягиваются и наматываются на бобину.

При формовании из расплава очень важно точное поддержа-

ние температуры ( ±

1°

С) на плавильных решетках, т.к. может про-

изойти окисление и деструкция полимера.

Волокна и нити вырабатываются блестящими и матирован-

ными, суровыми и окрашенными . Для уменьшения блеска, кото-

рый не всегда желателен, волокна матируют, для чего в раствор

или расплав полимера добавляют двуокись титана, порошок, кото-

рый не реагирует с полимером, равномерно распределяется по всей

его массе. Частицы остающиеся на поверхности рассеивают свет и

уменьшают блеск.

2.4.1.

Искусственные волокна

2.4.1.1.

Вискоза

Вискозные волокна - группа одинаковых по химическому со-

ставу (из гидратцеллюлозы) волокон и нитей, но существенно от-

личающихся по строению и свойствами.

Волокна получают из древестной целлюлозы, обработанной

едким натром и сероуглеродом, растворенной в слабой щелочи,

называемой ксантогенатом целлюлозы. Вязкий раствор этого со-

единения в едком натре называется вискозой. Волокна формуются

из раствора мокрым способом, при этом происходит их неодно-

временное затвердевание по толщине. Вначале затвердевает на-

ружный слой, и под воздействием атмосферного давления верхние

слои вдавливаются во внутренние, отчего поперечное сечение ста-

новится изрезанной формы, а на продольном виде под микроско-

пом отчетливо видны частые продольные полосы, (рис. 2.8.)

Рис.

2.8.

Продольный вид и поперечный срез вискозного волокна

Это отличительные особенности внешнего вида волокон.

Содержание альфа-целлюлозы в волокне составляет 90-95% , а сте-

пень полимеризации 300-350. Степень ориентации и плотность

структурных элементов в наружном слое волокон и нитей больше,

чем во внутреннем. У волокон вискозы длина 38 - 120 мм , в зави-

симости от длины натуральных волокон в смесках с которыми они

используются, толщина от 0.17 текс до 0,7 текс, а у нитей длина

неорганичена

линейная плотность 6,6 - 28,0 текс. Плотность воло-

кон и нитей 1,50 г/см

. Вискозное волокно выпускается обычное,

полинозное и высокомодульное в мокром состоянии (т.е. с высо-

ким модулем при растяжении) - ВВМ волокно.

Вискозное обычное волокно- имеет среднюю прочность при

растяжении, хорошее разрывное удлинение (разрывное напряже-

ние,

его 25-27 дан/мм

, разрывное удлинение 18-20%), повышенную

устойчивость к истиранию, хорошую гигроскопичность(в нор-

мальных атмосферных условиях содержание влаги составляет 12%),

хорошую светоустойчивость. Недостатком вискозного волокна

является существенная потеря прочности при растяжении во влаж-

ном состоянии (до 50%) и сминаемость вырабатываемых изделий

как следствие малой упругости волокна. Они подвержены гниению.

2.4.1.2. Полинозное волокно,

имеющее более высокую степень полимеризации (600-800

вместо 350-400 в обычном вискозном волокне), большую кристал-

личность и лучшую ориентацию элементов структуры вдоль оси

волокна, характеризуется более высокой прочностью при растяже-

нии, чем вискозное (разрывное напряжение его 30-32 дан/мм

меньшим удлинением при разрыве (разрывное удлинение

7-12%)

меньшей потерей прочности во влажном состоянии (снижение на

30%).

Кроме того, оно характеризуется более высоким упругим

восстановлением как в сухом, так, особенно, в мокром состоянии,

вследствие чего обладает большей несминаемостью. К недостаткам

его следует отнести хрупкость, затрудняющего его переработку.

Высокомодульное вискозное волокно имеет близкое к поли-

нозному разрывное напряжение и несколько большее разрывное

удлинение. Потеря прочности в мокром состоянии составляет око-

ло 30%, но несмотря на это упругие свойства его сохраняются, а

изделия, полученные из него, меньше сминаются, не усаживаются и

лучше сохраняют приданную им форму.

2.4.1.3. Ацетатные нити

Ацетатные нити получают из сложного эфира целлюлозы и

уксусной кислоты - диацетата целлюлозы, изготавливаемого на

базе очищенного хлопкового пуха, непригодного для прядильного

производства, или облагороженной древесной целлюлозы, с со-

держанием не менее 98% альфа целлюлозы.,

Ацетатные нити разделяются на диацетатные (обычно их на-

зывают просто ацетатными) и триацетатными, по числу замещен-

ных гидроксильных групп в целлюлозе уксусным ангидридом. Аце-

татные нити имеют гомогенно - аморфную надмолекулярную

структуру. Различие в строениях отдельных слов незначительное.

Степень полимеризации 300 - 400. Поперечное сечение овальное

или округлое с крупными выступами, а на продольном виде под

микроскопом видны редкие продольные полосы (рис 2.9)

СЭ

Рис.

2.9.

Продольный вид и поперечный срез ацетатных нитей

Ацетатные нити производятся толщиной от 11 до 22 текс,

плотность 1,32 г/см

Ацетатные волокна. Диацетатное волокно имеет хорошие

деформационные свойства (разрывное удлинение его 23-25%),

меньше набухает в воде и меньше теряет прочность а мокром со-

стоянии по сравнению с вискозным. Благодаря термопластичности

(при температурах выше 140-150° С начинает деформироваться )

диацетатная комплексная нить пригодна для получения текстури-

рованных нитей. Удельная плотность волокна и нити 1,31 мг/мм

против 1,50 мг/мм

у вискозного волокна, оно более устойчиво к

действию микроорганизмов и плесени.

Недостатками его являются меньшая прочность при растя-

жении (разрывное, напряжение 18 дан/мм

), невысокая устойчи-

вость к истиранию, электризуемость, затрудняющая его переработ-

ку и нежелательная при эксплуатации изделий /выработанных из

него.

Однако ввиду высокой экономичности (требуется в 1,5 раза

меньше капиталовложений по сравнению с вискозным производст-

вом) и относительной безвредности производства, выработка ди-

ацетатных нитей в дальнейшем будет возрастать.

Триацетатное волокно имеет прочность при растяжении,

близкую к прочности диацетатного волокна, хорошую устойчи-

вость к действию света и нагреву

изделия из него хорошо сохра-

няют форму и не усаживаются при

.стирках*

:не

сминаются. Недос-

татками являются меньшая по сравнению с вискозным и диацетат-

ным волокном способность поглощать пары воды из окружающей

среды (в нормальных атмосферных условиях содержание влаги 4,5-

5,0 %) и значительно меньшая устойчивость к истиранию. Хорошие

электроизоляционные свойства его в атмосфере сухого и влажного

воздуха позволяют использовать в технике для электроизоляции

проводов.

2.4.1.4. Медноамиачные волокна

Исходным сырьем является хлопковый пух или облагоро-

женная древесная целлюлоза. Очищенную целлюлозу смешивают с

гидроокисью меди в присутствии концентрированного водного

раствора аммиака. Из получаемого вязкого прядильного раствора

формуют волокна по двухванному мокрому способу.

Медноамиачное волокно в сечении имеет круглую форму и

оно довольно ровномерно по всей длине (рис. 2.10.)

Рис.

2.10.

Продольный вид

поперечный срез медноаммиачного волокна

Медноаммиачные волокна имеют длину 65-90 мм, толщину

0,3-0,7текс и плотность

1,50г/см

Медноаммиачное волокло характеризуется свойствами,

близкими к свойствам обычного вискозного с той разницей, что

оно обладает меньшей потерей прочности в мокром состоянии

отсутствием "стеклянного" блеска и мягкостью. Кроме того, отсут-

ствует вредность, имеющая место в вискозном производстве. Одна-

ко ввиду того, что для его получения необходимы дефицитные ма-

териалы - медный купорос и аммиак, и производство вискозного

волокна все более совершенствуется, медноаммиачное волокно

производится в очень небольших количествах.

2.4.2.

Синтетические волокна

2.4.2.1.

Полиамидное волокно (капрон)

Капроновые волокна и нити получают из синтетического

линейного полимера- поликапроамида, синтезированного из ка-

пролактама, получаемого из бензола, фенола или циклогексана.

Степень полимеризации 200.

Капроновые волокна вырабатывают в резаном виде или в

форме жгута, нити, в виде текстильных мононитей, текстурирован-

ных, комплексных, кордных и технических. Капроновые волокна и

нити сравнительно неоднородны по слоям, но имеют высокую упо-

рядочность и ориентацию структурных элементов вдоль оси. Во-

локна довольно неравномерны по толщине. Форма поперечного

сечения круглая (рис 2.11), за исключением специально профили-

рованных.

Рис.

2.11.

Продольный вид и поперечное сечение полиамидных волокон и нитей

Длина волокон составляет 35 - 110 мм, толщина от 0.3 до 1,0

текс,

линейная плотность нитей 1,7 - 16 текс, технических и корд-

ных от 5 до 187 текс. Плотность 1,14 г/см

Полиамидные - капроновые волокна и нити характеризуются

высокой прочностью и хорошими деформационными свойствами

Ж1

(разрывное напряжение их составляет 40-45 дан/мм

, разрьшное

удлинение - 25-30%), высокой

упругостью (при деформировании

нагрузкой, составляющей 25-30 % от разрывной, доля всей обрати-

мой деформации составляет 0,90 - 0,95 от обще]|

;(

деформации),

очень высокой устойчивостью к истиранию и многократному из-

гибу.':

/а.-.--

Капроновые волокна и нити устойчивы

к,

действию микроор-

ганизмов, имеют малую потерю прочности в мокром ^состоянии (5-

10%).

Они-устойчивы к действию щелочей, но неустойчивы к дей-

ствию минеральных кислот. ,;

;

К числу недостатков следует отнести недостаточную гигро-

скопичность (содержание влаги в нормальных атмосферных усло-

виях4,5-5,0%), недостаточную светостойкость, а также термостой-

кость (при температуре выше 100° С начинается уменьшение раз-

рывной нагрузки и увеличение разрывного удлиненя. При темпера-

туре 170-235° С имеет место размягчение, а 215-255° С - плавление).

Капроновые волокна не подвержены гниению, довольно хо-

рошо окрашиваются и они являются термрпластичными, т.е. перед

плавлением размягчаются что позволяет задавать им определенную

форму, которая затем фиксируется.

2.4.2.2. Полиэфирные волокна (лавсан)

Лавсановыми называют синтетические волокна и нити, по-

лучаемые из сложного полиэфира, полиэтилентерефталат, степень

полимеризации 100-150,. Лавсановые волокна производят в резан-

ном виде или в форме жгута. Лавсановые нити используются ввиде

комплексных, текстильных мононитей, текстурированных и техни-

ческих.

Лавсановые волокна й нити'имеют сравнительно неоднород-

ное строение внешнего и внутренних слоев, а элементы структуры

хорошо ориентированы и имеют высокую степень упорядоченно-

сти.

Поверхность волокон гладкая, а по толщине они очень равно-

мерные, форма поперечного сечения круглая и по. виду под микро-

скопом их не отличишь от капроновых (см. рис 2.11),

;

Лавсановые волокна производятся длиной 36

-• ,90

мм, а тол-

щиной

0,2-0,7

текс, лидейная плотность нитей

5-16,6

текс, техни-

ческих от 27 до 111 текс. Плотность волокон 1,38 г/см

Полиэфирные - лавсан и др. имеют высокие химические

свойства (разрывное напряжение 50-60 дан/мм

, разрывное удли-

нение 15-30%), которые не ухудшаются в мокром состоянии. По

упругости, свето и термостойкости полиэфирные волокна и нити

превосходят капроновые: потеря прочности начинается лишь при

160-170° С, а при нагреве до 180° С они сохраняют около половины

первоначальной прочности при растяжении, которая затем при

охлаждении до

20°

С полностью восстанавливается. При нагреве до

150° С на воздухе в течение 500 и 1000 часов прочность при растя-

жений их сохраняется на 20-30%, в то время как полиамидные и

гидратцеллюлозные волокна в этих условиях полностью разруша-

ются. Они более устойчивы по сравнению с полиамидными и к

действию низких температур:

Полиэфирные волокна и нити достаточно устойчивы к дей-

ствию горячих концентрированных растворов органических ки-

слот (уксусной, щавелевой,муравьиной и

др.).

Так, при воздействии

их в течении 100 часов потеря разрывной нагрузки при растяжении

не превышает 10-15%. Одновременно они неустойчивы к действию

минеральных кислот (серной, азотной) высокой концентрации, а

также полностью разрушаются при кипячении в концентрирован-

ных растворах щелочей. К действию щелочей умеренных концен-

траций (5-10%) при комнатной температуре они имеют удовлетво-

рительную устойчивость . Лавсановые волокна имеют хорошую

формоустойчивость.

Основным недостатком их являются низкая гигроскопич-

ность (содержание влаги в нормальных атмосферных условиях

'^оставляет 0,4-0,5%), что приводит к повышенной электризации и

трудной окрашиваемости полиэфирных волокон и недостаточноч-

ной устойчивости к многократным изгибам. Лавсановые волокна

обладают повышенной пилингуемостью.

2.4.2.3. Полиакрилонитрильные волокна (нитрон)

Нитроновыми волокнами называют синтетические волокна,

получаемые на основе полимеров и сополимеров акрилонитрила.

Сополимеры получают введением в макромолекулу полиакрило-

нитрила мономерных звеньев типа метилакрилата, стирола и дру-

гих. Степень полимеризации 1000-2000. Волокна сравнительно

однородные, форма поперечного сечения неправильно-удлиненная,

дугообразная или округлая с крупными выступами (Ъис 2.12)

Puc.2.12.

Продольный вид и

поперечный

разрез полиакрилонитрильных волокон

Нитроновые волокна имеют длину 36 4- 95 мм, выпускаются

линейной плотностью 0,2 - 0,8 текс, а нити толщиной 28 текс.

Плотность

] 7

г/см

Полиакридонитрильные волокна имеют среднюю прочность

при растяжении (30-35 дан/мм

), средюю устойчивость к истира-

нию (она ниже, чам у полиамидных и полиэфирных волокон и ни-

тей),

хорошую термостойкость (могут использоваться при тампе-

ратурах до 180° С без снижения прочности). По устойчивости к

двействию света и атмосферных условий занимают первое место

среди всех натуральных и химических волокон и нитей, обладают

хорошей формоустойчивостью.

К недостаткам их следует отнести низкую гигроскопичность

(в нормальных атмосферных условиях содержание влаги составля-

ет всвго около

1,0-1,5%)

трудную окрашиваемость, электризуе-

мость и сравнительно невысокую хемостойкость, сравнительно

низкая устойчивость к истиранию. Волокна нитрона имеют шер-

стоподобный вид.

2.4.2.4. ЙолившШлХлдридныё волокна.

Поливинилхлоридными называют' синтетические волокна

получаемые из винилхлорйда путем пблймеризаЦйИ^в полйвйнил-

хлорид. Степень полимеризации 800-1000. Волокна довольно одно-

родные по слоям. Форма поперечного сечения круглая.

Длина вырабатываемых волокон 65-75 мм, толщина 0,22-

0,33 текс, плотность 1,35 г/см

Поливинилхлоридные волокна и нити, в частности, хлорин,

характеризуются удовлетворительными механическими свойствами

(разрывное напряжение 20-22 дан/мм

, разрывное удлинение

20%

ся>

высокой устойчивостью к истиранию и действию различных хими-

ческих реагентов (кислот, щелочей, большинства органических

растворителей, за исключением ацетона). Кроме того, они негорю-

чи,

водоустойчивы, не повреждаются (как-и

;

все синтетические)

микроорганизмами и молью, обладают низкой теплопроводно-

стью.

К недостаткам следует отнести: недостаточную светостой-

кость, термоустойчивость (при 60-65° С размягчаются и усажива-

ются),

низкую гигроскопичность (содержание влаги в нормальных

атмосферных условиях не превышает

0,2-0,3%

) и трудную окраши-

ваемость. Очень высокая злектризуемость. Ввиду указанных недос-

татков производство хлоринового волокна мало парспективно.

2.4.2.5. Поливинилспиртовые волокна (Винол)

Поливинилспиртовые волокна производят на базе поливи-

нилового спирта, получаемого из винилацетата, синтезированного

из ацетилена и уксусной кислоты. Выпускается в виде волокон и

комплексной нити. Плотность 1,26 г/см

Поливинилспиртовые волокна-характеризуются высокой

прочностью при растяжении и разрьгоным удлинением (разрывное

напряжение 40-50 дан/мм

, разрывное удлинение 20-25%), не очень

большой потерей прочности во влажном состоянии (15-20 %), вы-

сокой устойчивостью и лучшей, чем у всех других синтетических

волокон, гигроскопичностью (в нормальных атмосферных услови-

ях содержание влаги составляет 5-6%). Важно и то, что среди всех

синтетических волокон и нитей они являются и самыми дешевыми.

Недостатком их является существенная потеря свойств в результате

старения, главным образом из-за низкой светостойкости.

2.4.2.6. Полиуретановые нити (спандекс)

Спандексом называют синтетические нити, получаемые из

линейных высокоэластичных полиуретанов. Степень полимериза-

ции 100 - 150. Нити спандекс очень неоднородны по слоям,они

имют жесткую, прочную оболочку и эластичную внутреннюю

часть. Форма поперечного сечения близкая к круглой. Нити выпус-

каются толщиной от 2,2 до 500 текс, плотность 1,25 г/см

, влаж-

ность 1% , температура плавления 200-220° С. Нити имеют доволь-

но низкую прочность,а разрывное напряжение 7-10 дан/мм

, прак-

тически не уменьшается в мокром виде. Очень высокоэластичные

нити с разрывным удлинением до 800%. Нити спандекс хемостой-