Особенности строения и свойств волокнообразующих полимеров.
Современные способы формования нитей также заключаются в продавливании исходных растворов или расплавов полимеров через тончайшие отверстия фильер.
Несмотря на некоторые различия в получении химических волокон и нитей разных видов, общая схема их производства состоит из следующих основных этапов:
1. Получение сырья и его предварительная обработка
2. Приготовление прядильного раствора (расплава)
3. Формование волокна
4. Вытягивание и термообработка волокна
5. Отделка сформованного волокна
Следует отметить, что благодаря техническому прогрессу в области производства химических волокон, наряду с «классическими» видами волокон, созданы их модифицированные виды с оптимизированными характеристиками. Появились высокотехнологичные химические волокна нового поколения со специальными функциями: пониженной горючести, антимикробные, антиаллергические, изменяющие цвет в зависимости от температуры и освещения, терморегулирующие, защищающие от статического электричества и ультрафиолетовых лучей, и т. д. Модификация волокон может проводиться на любой стадии производства.
«Физически модифицированные волокна», "Микроволокна", "Текстильные ноу-хау".
Из растворов или расплавов полимеров формируют:
· мононити - одиночные нити
· комплексные нити, состоящие из ограниченного числа элементарных нитей (от 3 до 200), используются для выработки тканей и трикотажных изделий
· жгуты, состоящие из очень большого количества элементарных нитей (сотни тысяч), используются для получения штапельных волокон определенной длины (от 30 до 200 мм), из которых вырабатывается пряжа
· пленочные материалы
штампованные изделия (детали одежды, обуви) химическое строения волокнообразующего полимера осуществляется введение в полимер новых активных групп путем сополимеризации (в структуру основного полимера вводятся звенья сополимера на стадии подготовки прядильного раствора и формования нити) или последующей химической обработкой уже сформованных волокон или текстильных полотен (изделий).
Химическое модифицирование предпочтительнее на стадии отделки текстильных полотен. При этом происходит модификация именно волокон, хотя мы говорим — полотен (тканей и др.). Химическое модифицирование полотен широко используется на практике как для полотен на основе химических волокон, так и из природных волокон или их смесок. Оно производится с применением самых разных реагентов и методов.
Введение в полимер новых активных групп позволяет улучшить потребительские свойства текстильных материалов и изделий: повысить окрашиваемость, гигроскопичность, снизить сминаемость и загрязняемость, а также придать антистатичность, огнезащищенность, бактерицидность и другие новые функциональные характеристики.
Полимеры (от греч. polymeres, «поли»- много, «мерос»- часть) - химические соединения, макромолекулы которых состоят из большого числа повторяющихся группировок (мономерных звеньев). Звенья связаны друг с другом очень прочно большими химическими силами, поэтому полимеры обладают исключительной прочностью. Но при этом полимерные молекулы очень гибкие. Сочетание высокой прочности с гибкостью – характерное свойство полимерных материалов.
По происхождению полимеры делятся на: природные (биополимеры) и синтетические. Природные полимеры лежат в основе всех натуральных и искусственных волокон.
К волокнообразующим полимерам предъявляют следующие основные требования: молекулярная масса в пределах 15000-150000 (верхний предел лимитируется вязкостью растворов или расплавов, из которых может быть получено волокно, нижний - необходимыми механическими свойствами волокна); сравнительно узкое ММР; способность плавиться без разложения или растворяться в доступных, легко регенерируемых растворителях.
Волокна химические формуют из расплавов или растворов, отфильтрованных от примесей и дегазированных. Расплав или раствор продавливают через отверстия фильеры (диаметр отверстий 50-500 мкм) в среду, в которой струйки полимера затвердевают, превращаясь в волокна.
При формовании из расплава затвердевание струек происходит вследствие их охлаждения воздухом ниже температуры плавления полимера. Этот способ используют в тех случаях, когда полимер плавится без заметного разложения, например в производстве волокон из полиолефинов, полиэфиров, алифатических полиамидов.
Формование из раствора применяют при получении химических волокон и нитей из полимеров, температура плавления которых лежит выше температуры их разложения или близка к ней. Волокно образуется в результате испарения летучего растворителя ("сухой" способ формования) или осаждения полимера в осадительной ванне ("мокрый" способ), иногда после прохождения струек раствора через воздушную прослойку ("сухо-мокрый" способ).
Сухим способом формуют, например, ацетатные и полиакрилонитрильные волокна, мокрым - вискозные, полиакрилонитрильные, поливинилхлоридные и другие, сухо-мокрым - волокна из термостойких полимеров.
Наиболее производителен (скорость 500-1500 м/мин, иногда до 7000 м/мин), прост и экологически безопасен способ формования из расплава. Наименее производителен (скорость 5-100 м/мин) и наиболее сложен мокрый способ формования из раствора, требующий регенерации реагентов и очистки выбросов. Скорость формования по сухому способу 300-800 м/мин.
Сформованные химические волокна подвергают ориентационному вытягиванию в 3-10 раз и термообработке (релаксации) с целью повышения их прочности, а также уменьшения деформируемости и усадки в условиях эксплуатации. Оптимальная температура этих операций лежит вблизи температуры максимальной скорости кристаллизации полимера, их продолжительность определяется скоростями релаксационных процессов и кристаллизации.
Заключительные операции получения химических волокон или нитей включают их промывку, сушку, обработку замасливателями, антистатиками и другими текстильно-вспомогательными веществами. В число заключительных операций входит иногда и химическое модифицирование химических волокон, например: ацеталирование поливинилспиртовых волокон формальдегидом для придания им водостойкости; прививка на волокна (особенно из полимеров, макромолекулы которых содержат реакционноспособные боковые группы) различных мономеров с целью гидрофилизации химических волокон или, наоборот, их гидрофобизации и повышения устойчивости в агрессивных средах.
При получении химических волокон из нерастворимых полимеров (например, из ароматических полиимидов) для формования используют их растворимые аналоги, которые на завершающих стадиях процесса подвергают полимераналогичным превращениям (циклизации). К новым методам получения химических волокон относятся, например, фибриллирование (расщепление) одноосно ориентированных пленок, главным образом полиолефиновых, а также формование из дисперсий полимеров.
Большинство химических волокон имеет фибриллярную аморфно-кристаллическую структуру со степенью кристалличности 50-95% и углом среднемолекулярной разориентации 25-10°. В формировании механических, термических, сорбционных и других свойств волокон важную роль играет строение аморфных областей полимера (число "проходных" макромолекул, их ориентация, разнодлинность). Существенное значение имеет также микроструктура волокон (наличие пор, трещин, характер поверхности), от которой зависят их переработка и эксплуатационные свойства текстильных изделий.