Производство синтетических волокон, их основные свойства
Химические волокна из синтетических полимеров. Высокая прочность, водостойкость, износостойкость, эластичность и устойчивость к действию химических реагентов как характеристики синтетических волокон. Технология производства и свойства капрона и лавсана.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Производство синтетических волокон, их основные свойства
Синтетические волокна
С 1931 года кроме бутадиенового каучука, синтетических волокон и полимеров еще не было, а для изготовления волокон использовались единственно известные тогда материалы на основе природного полимера — целлюлозы.
Революционные изменения наступили в начале 60-х годов, когда после объявления известной программы химизации народного хозяйства промышленность нашей страны начала осваивать производство волокон на основе поликапроамида, полиэфиров, полиэтилена, полиакрилонитрила, полипропилена и других полимеров.
В то время полимеры считали лишь дешевыми заменителями дефицитного природного сырья — хлопка, шелка, шерсти. Но вскоре пришло понимание того, что полимеры и волокна на их основе подчас лучше традиционно используемых природных материалов — они легче, прочнее, более жаростойки, способны работать в агрессивных средах. Поэтому все свои усилия химики и технологи направили на создание новых полимеров, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками, и методов их переработки. И достигли в этом деле результатов, порой превосходящих результаты аналогичной деятельности известных зарубежных фирм.
В начале 70-х за рубежом появились поражающие воображение своей прочностью волокна кевлар (США), несколько позже — тварон (Нидерланды), технора (Япония) и другие, изготовленные из полимеров ароматического ряда, получивших собирательное название арамидов. На основе таких волокон были созданы различные композиционные материалы, которые стали успешно применять для изготовления ответственных деталей самолетов и ракет, а также шинного корда, бронежилетов, огнезащитной одежды, канатов, приводных ремней, транспортерных лент и множества других изделий.
Эти волокна широко рекламировались в мировой печати. Однако только узкому кругу специалистов известно, что в те же годы российские химики и технологи самостоятельно создали арамидное волокно терлон, не уступающее по своим свойствам зарубежным аналогам. А потом здесь же были разработаны методы получения волокон СВМ и армос, прочность которых превышает прочность кевлара в полтора раза, а удельная прочность (то есть прочность, отнесенная к единице веса) превосходит прочность высоколегированной стали в 10-13 раз! И если прочность стали на разрыв составляет 160-220 кг/мм 2 , то сейчас активно ведутся работы по созданию полимерного волокна с прочностью до 600 кг/мм2.
Другой класс полимеров, пригодных для получения высокопрочных волокон — жидкокристаллические ароматические полиэфиры, то есть полимеры, обладающие свойствами кристаллов в жидком состоянии. Волокнам на их основе свойственны не только достоинства арамидных волокон, но еще и высокая радиационная стойкость, а также устойчивость к воздействию неорганических кислот и различных органических растворителей. Это идеальный материал для армирования резины и создания высоконаполненных композитов; на его основе созданы образцы световодов, качество которых соответствует высшему мировому уровню. А ближайшая задача — создание так называемых молекулярных композитов, то есть композиционных материалов, в которых армирующими компонентами служат сами молекулы жидкокристаллических полимеров.
Молекулы обычных полимеров содержат, помимо углерода, еще и атомы других элементов — водорода, кислорода, азота. Но сейчас разработаны методы получения волокон, представляющих собой, по сути дела, чистый полимерный углерод. Такие волокна обладают рекордной прочностью (свыше 700 кг/мм 2 ) и жесткостью, а также чрезвычайно малыми коэффициентами термического расширения, высокой стойкостью к износу и коррозии, к воздействию высоких температур и радиации. Это позволяет успешно использовать их для изготовления композиционных материалов — углепластиков, применяемых в самых ответственных конструкционных узлах скоростных самолетов, ракет и космических аппаратов.
Применение углепластика оказывается экономически весьма выгодным. На единицу веса изготовленного из него изделия нужно затратить в 3 раза меньше энергии, чем на изделие из стали, и в 20 раз меньше, чем из титана. Тонна углепластика может заменить 10-20 тонн высоколегированной стали. Турбина насоса, изготовленная из углепластика и пригодная для перекачки минеральных кислот при температурах до 150оС, оказывается вдвое дешевле и служит в шесть раз дольше. Уменьшается и трудоемкость изготовления деталей сложной конфигурации.
Производство синтетических волокон развивается более быстрыми темпами, чем производство искусственных волокон. Это объясняется доступностью исходного сырья и быстрым развитием сырьевой базы, меньшей трудоёмкостью производственных процессов и особенно разнообразием свойств и высоким качеством синтетических волокон. В связи с этим синтетические волокна постепенно вытесняют не только натуральные, но и искусственные волокна в производстве некоторых товаров народного потребления и технических изделий.
В 1968 мировое производство синтетических волокон составило 3760,3 тыс. т (около 51,6% от общего выпуска химических волокон). Впервые выпуск синтетических волокон в промышленном масштабе организован в середине 30-х гг.20 в. в США и Германии.
Капрон
Капрон или капроновое волокно — бело-прозрачное, очень прочное вещество. Эластичность капрона на много выше шелка. Капрон относится к полиамидным волокнам. Капрон изготовляется синтетическим путем на наших фабриках и из наших материалов. Исходное сырье — производные аминокислот. Капрон можно рассматривать как продукт внутримолекулярного взаимодействие карбоксильной группы и аминогруппы молекулы 6-аминогексановой кислоты:
Упрощенно превращение капролактама в полимер, из которого производят капроновое волокно, можно представить следующим образом:
Капролактам в присутствии воды превращается в 6-аминогексановую кислоту, молекулы которой реагируют друг с другом. В результате этой реакции образуется высокомолекулярное вещество, макромолекулы которого имеют линейную структуру. Отдельные звенья полимера являются остатками 6-аминогексановой кислоты. Полимер представляет собой смолу. Для получения волокон её плавят, пропускают через фильеры. Струи полимера охлаждаются потоком холодного воздуха и превращаются в волоконца, при скручивании которого образуются нити.
После этого капрон подвергается дополнительной химической обработке. Прочность капрона зависит от технологии и тщательности производства. Окончательно выделанный капрон бело-прозрачный и очень прочный материал. Даже капроновая нить, диаметром 0,1 миллиметра выдерживает 0,55 килограммов.
За рубежом синтетическое волокно типа капрон именуется перлон и нейлон. Капрон вырабатывается нескольких сортов; хрустально-прозрачный капрон более прочен, чем непрозрачный с мутно-желтоватым или молочным оттенком.
Наряду с высокой прочностью капроновые волокна характеризуются устойчивостью к истиранию, действию многократной деформации (изгибов).
Капроновые волокна не впитывают влагу, поэтому не теряют прочности во влажном состоянии. Но у капронового волокна есть и недостатки. Оно малоустойчиво к действию кислот — макромолекулы капрона подвергаются гидролизу по месту амидных связей. Сравнительно невелика и теплостойкость капрона. при нагревании его прочность снижается, при 215 0 С происходит плавление.
Изделия из капрона, и в сочетании с капроном, стали уже обычными в нашем быту. Из капроновых нитей шьют одежду, которая стоит намного дешевле, чем одежда из натуральных природных материалов. Из капрона делают рыболовные сети, леску, фильтровальные материалы, кордную ткань. Из кордной ткани делают каркасы авто — и авиапокрышек. Шины с кордом из капрона более износоустойчивы, чем шины с вискозным и х/б кордом. Капроновая смола используется для получения пластмасс, из которых изготавливают различные деталь машин, шестерни, вкладыши для подшипников и т.д. Российская промышленность вырабатывает искусственное волокно еще более прочное, чем капрон, например сверхпрочный ацетатный шелк, который своей прочностью превосходит стальную проволоку. Этот шелк на один квадратный миллиметр выдерживает 126 кг, а стальная проволока — 110 кг.
синтетическое волокно капрон лавсан
Лавсан
Волокно лавсан добавляют к шерсти для изготовления немнущихся высококачественных тканей и трикотажа. Его применяют также для производства транспортерных лент, ремней, занавесей, парусов и т
Подобные документы
Применение химических или физико-химических процессов переработки природных и синтетических высокомолекулярных соединений (полимеров) при производстве химических волокон. Полиамидные и полиэфирные волокна. Формования комплексных нитей из расплава.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 20.11.2010
Классификация химических волокон. Свойства и качества искусственных их разновидностей: вискозы и ацетатного волокна. Полиамидные и полиэфирные их аналоги. Сфера применения капрона, лавсана, полиэфирного и полиакрилонитрильного волокон, акриловой пряжи.
презентация [537,4 K], добавлен 14.09.2014
Характеристика волокон синтетического происхождения. Положительные стороны и недостатки капрона, лавсана, спандекса. Классификация натуральных волокон. Описание хлопка и шерсти. Искусственные волокна органического и неорганического происхождения.
презентация [828,3 K], добавлен 06.05.2015
История и основные этапы в развитии производства химического волокна. Характеристика искусственных и синтетических волокон. Промышленные методы их получения. Свойства и способы получения полиуретановых нитей. Структура и ассортимент материала из лайкры.
реферат [19,1 K], добавлен 01.12.2010
Этапы производства химических волокон. Графит и неграфитированные виды углерода. Высокопрочные, термостойкие и негорючие волокна и нити (фенилон, внивлон, оксалон, армид, углеродные и графические): состав, строение, получение, свойства и применение.
контрольная работа [676,2 K], добавлен 06.07.2015
Стеклянное волокно, его применение. Общие сведения о базальтовом волокне. Структуры, образующиеся при окислении ПАН-волокна. Плотность и теплопроводность арамидных волокон. Основные свойства полиолефиновых волокон. Поверхностные свойства борных волокон.
контрольная работа [491,1 K], добавлен 16.12.2010
Сравнение физико-химических свойств волокон натурального шелка и лавсана. Строение волокон, его влияние на внешний вид и свойства. Сравнение льняной системы мокрого прядения льна и очесочной системы сухого прядения. Гигиенические свойства тканей.
контрольная работа [26,7 K], добавлен 01.12.2010
Синтетические волокна
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 12 Декабря 2013 в 18:00, реферат
Описание работы
Химические волокна, волокна, получаемые из органических природных и синтетических полимеров. В зависимости от вида исходного сырья химические волокна подразделяются на синтетические (из синтетических полимеров) и искусственные (из природных полимеров). Иногда к химическим волокнам относят так же волокна, получаемые из неорганических соединений (стеклянные, металлические, базальтовые, кварцевые). Химические волокна выпускаются в промышленности в виде: 1) моноволокна (одиночное волокно большой длины);
Файлы: 1 файл
Синтетические волокна.doc
Министерство науки и образования Республики Казахстан
Карагандинский государственный университет имени Е.А Букетова
Кафедра органической химии и полимеров
Тема: Синтетические волокна
Подготовил: студент группы ХТОВ-32
Последние разработки в области химии синтетических волокон……4
Шёлк и штапельное волокно…………………………………………. 11
Химические волокна, волокна, получаемые из органических природных и синтетических полимеров. В зависимости от вида исходного сырья химические волокна подразделяются на синтетические (из синтетических полимеров) и искусственные (из природных полимеров). Иногда к химическим волокнам относят так же волокна, получаемые из неорганических соединений (стеклянные, металлические, базальтовые, кварцевые). Химические волокна выпускаются в промышленности в виде: 1) моноволокна (одиночное волокно большой длины); 2) штапельного волокна (короткие отрезки тонких волокон); 3)филаментных нитей (пучок, состоящий из большого числа тонких и очень длинных волокон, соединенных посредством крутки). Филаментные нити в зависимости от назначения разделяются на текстильные и технические, или кордные нити (более толстые нити повышенной прочности и крутки).
Последние разработки в области химии синтетических волокон.
Последние достижения химической технологии позволяют надеяться на получение полых химических волокон в самом ближайшем будущем. Такая технология уже осваивается для использования новых материалов в мембранных технологиях.
Голландская химическая компания «DCM» в начале 80-х годов наладила выпуск нового полимерного сверхпрочного материала — полиэтиленового волокна. При испытаниях его прочность на разрыв оказалась раз в 10 выше, чем у стальной проволоки такой же толщины.
В 1985 году, согласно сообщению авторитетного журнала «Design News», была разработана технология выпуска сверхпрочного волокна, получившего название «Спектр — 900». Оно формируется из желеобразного высокомолекулярного полиэтилена с помощью центрифуг. Кроме высокой степени прочности, это волокно обладает высокой абразивной стойкостью, влагонепроницаемостью, лёгкостью. Поэтому из него можно сделать и ракетные корпусы, и сосуды высокого давления, и искусственные суставы, и паруса…
Метод получения сверхпрочных синтетических волокон значительной длины из карбида кремния разработал японский химик Сейси Ядзима. Эти волокна прочнее лучших сортов стали в 1,5 раза. Причём прочность материала не теряется даже при длительно м нагревании до +1200˚С.
В 1983 году в мировой прессе появились сообщения о создании синтетической ткани, которая оставалась термостойкой при нагревании до + 1400˚С.
Ранее был известен синтетический органический материал, выдерживающий температуру до 10 тыс. градусов. Он был получен ещё в начале 60-х годов и вошёл в историю под названием плутон. Молекула его состояла из атомов углерода, водорода, кислорода и азота. В то же время плутон обладал малой прочностью, уступала капрону в 9-10 раз. Самое термостойкое волокно вырабатывается сегодня в промышленности под торговым названием кевлар.
Полиэфирные волокна типа лавсан имеют высокие показатели по светло -, плесене — и атмосферостойкости. К тому же этот синтетический материал обладает отличным показателем стойкости и не реагирует на органические растворители. Лавсану принадлежит ещё один рекорд. Его удельное электрическое сопротивление от 10 до 10 Ом·м, выше которого нет у всех других веществ. Именно эти показатели и «виновны» в том, что мировое производство волокон превысило 6 млн. тонн в год.
Повышенной атмосферостойкостью и наибольшей устойчивостью к действию сильных кислот обладают полиакрилонитрильные волокна. Они широко применяются в производстве ковров, мехов, брезентов, обивочных и фильтровальных материалов.
По плесенестойкости нет равных поликапроамидному волокну. А поливинилспиртовое и поливинилхлоридное волокна, нашедшие достаточное распространение в практике, отличаются от других синтетических материалов тем, что абсолютно не поддаются никаким разрушительным действиям микроорганизмов.
Совместными усилиями специалистов из Московского НИИ автотракторных материалов, Ивановского завода «Искож» и Ивановского НИИ плёночных материалов в середине 80-х годов был создан новый материал «Теза-М». Это – синтетическая ткань, помещённая между слоями поливинилхлоридной плёнки. Самое главное, что этот материал не боится ни огня, ни воды, ни сильных морозов. Из него не шьют, а сваривают различные изделия, в первую очередь тенты для грузовых машин «КамАЗ».
Наибольшим сопротивлением ударным нагрузкам и предельно низкой гигроскопичностью обладают полиамидные волокна. Ценность их повышается ввиду одновременно высокой прочности, эластичности и износостойкости. А полиундеканамидное волокно из этого класса полимеров имеет один из лучших показателей по электроизоляционности.
Французскими исследователями во главе с Ж.-М. Леном в середине 80-х годов были созданы электропроводящие материалы сверхтонкой структуры. Толщина этих тончайших проводников электрического тока в диаметре намного тоньше человеческого волоса. Длины молекулярной цепочки достаточно, чтобы ею пронизать весь двойной липидный слой мембраны. Подобные электронити на уровне молекулярного масштаба могут быть использованы в качестве элементов связи в микроэлектронике.
Наибольшую растяжимость из всех распространённых синтетических материалов демонстрирует полиуретановое волокно. Относительное удлинение его составляет 500-700%, то есть это волокно способно растягиваться подобно резиновым нитям, да к тому же имеет ещё более высокие показатели прочности, износостойкости, упругого восстановления и меньшую толщину. Поэтому оно незаменимо в производстве спортивной одежды, купальных, корсетных и других изделий.
Японские специалисты в 1982 году создали новое синтетическое волокно с необычными свойствами: сшитая из него одежда способна защищать человека от нейтронного излучения. Это достижение стало ответом прогрессивной научной мысли на создание в СССР и США нейтронной бомбы.
А спецодежда и технические ткани, изготовленные из другого синтетического волокна, предельно устойчивы к действию гамма-излучения. Это поликарбонатное волокно.
К ионизирующему излучению более всего устойчив поли–м-фениленизофталамид, который выпускают в промышленности под названием фенилон. Кроме того, этот материал – один из самых термически стойких. Поэтому он находит применение в производстве особых высокопрочных пластмасс и термостойких волокон.
Возможность получения химических волокон из различных веществ (клей, смолы) предсказывалась ещё в 17-18 веках, но только в 1853 году англичанин Аудемарс впервые предложил формовать бесконечные тонкие нити из раствора нитроцеллюлозы в смеси спирта с эфиром, а в 1891 году французский инженер И. де Шардонне впервые организовал выпуск подобных нитей в производственном масштабе. С этого времени началось быстрое развитие производства химических волокон. В 1893 году освоено производство медноаммиачного волокна из растворов целлюлозы в смеси водного аммиака и гидроокиси меди. В 1893 году англичанами Кроссом, Бивеном и Бидлом предложен способ получения вискозных волокон из водно-щелочных растворов ксантогената целлюлозы, осуществлённый в промышленном масштабе в 1905году. В 1918-20 годах разработан способ производства ацетатного волокна из раствора частично омыленной ацетилцеллюлозы в ацетоне, а в 1935 году организовано производство белковых волокон из молочного казеина. Производство синтетических волокон началось с выпуска в 1932 году поливинилхлоридного волокна (Германия). В 1940 году в промышленном масштабе выпущено наиболее известное синтетическое волокно – полиамидное (США). Производство в промышленном масштабе полиэфирных, полиакрилонитрильных и полиолефиновых синтетических волокон осуществлено в 1954-60 годах.
Химические волокна часто обладают высокой разрывной прочностью (до1200 Мн/кв. м(120 кгс/кв.мм)), значительным разрывным удлинением, хорошей формоустойчивостью, несминаемостью, высокой устойчивостью к многократным и знакопеременным нагружениям, стойкостью к действиям света, влаги, плесени, бактерий, хемо -, и термостойкостью. Физико-механические и физико-химические свойства химических волокон можно изменять в процессах формования, вытягивания, отделки и тепловой обработки, а так же путём модификации, как исходного сырья (полимера), так и самого волокна. Это позволяет создавать даже из одного исходного волокнообразующего полимера химические волокна, обладающие разнообразными текстильными и другими свойствами (смотри таблицу №1). Химические волокна можно использовать в смесях с природными волокнами при изготовлении новых ассортиментов текстильных изделий, значительно улучшая качество и внешний вид последних.
Для производства химических волокон из большого числа существующих полимеров применяют лишь те, которые состоят из гибких и длинных макромолекул, линейных или слаборазветвлённых, имеют достаточно высокую молекулярную массу и обладают способностью плавиться без разложения или растворяться в доступных растворителях. Такие полимеры принято называть волокнообразующими. Процесс складывается из следующих операций: 1) приготовления прядильных растворов или расплавов; 2) формования волокна; 3) отделки сформованного волокна.
Приготовление прядильных растворов (расплавов). Этот процесс начинают с перевода исходного полимера в вязкотекучее состояние (раствор или расплав). Затем раствор (расплав) очищают от механических примесей и пузырьков воздуха и вводят в него различные добавки для термо — или светостабилизации волокон, их матировки и т. п. Подготовленный таким образом раствор или расплав подаётся на прядильную машину для формования волокон.
Формование волокон заключается в продавливании прядильного раствора (расплава) через мелкие отверстия фильеры в среду, вызывающую затвердевание полимера в виде тонких волокон. В зависимости от назначения и толщины формируемого волокна количество отверстий в фильере и их диаметр могут быть различными. При формовании химических волокон из расплава полимера (например, полиамидных волокон) средой, вызывающей затвердевание полимера, служит холодный воздух. Его формование проводят из раствора полимера в летучем растворителе (например, для ацетатных волокон), такой средой является горячий воздух, в котором от толщины и назначения волокон, а также от метода формования. При формовании из расплава растворитель испаряется (так называемый «сухой» способ формования). При формовании волокна из раствора полимера в нелетучем растворе (например, вискозного волокна) нити затвердевают, попадая после фильеры в специальный раствор, содержащий различные реагенты, так называемую осадительную ванну («мокрый» способ формования). Скорость формования зависит скорость достигает 600-1200 м/мин, из раствора по «сухому» способу – 300-600 м/мин, по «мокрому» способу – 30-130 м/мин. Прядильный раствор (расплав) в процессе превращения струек вязкой жидкости в тонкие волокна одновременно вытягивается (фильерная вытяжка). В некоторых случаях волокно дополнительно вытягивается непосредственно после выхода с прядильной машины, (астификационная вытяжка), что приводит к увеличению прочности химических волокон и улучшению их текстильных свойств.
Отделка химических волокон заключается в обработке свежесформованных волокон различными реагентами. Характер отделочных операций зависит от условий формования и вида волокна. При этом из волокон удаляются низкомолекулярные соединения (например, из полиамидных волокон), растворители (например, из полиакрилонитрильных волокон), отмываются кислоты, соли и другие вещества, увлекаемые волокнами из осадительной ванны (например, вискозными волокнами). Для придания волокнам таких свойств, как мягкость, повышенное скольжение, поверхностная склеиваемость одиночных волокон и других, их после промывки и очистки подвергают авиважной обработке или замасливанию. Затем волокна сушат на сушильных роликах, цилиндрах или в сушильных камерах. После отделки и сушки некоторые химические волокна подвергают дополнительной тепловой обработке – термофиксации (обычно в натянутом состоянии при 100-180˚С), в результате которой стабилизируется форма пряжи, а также снижается последующая усадка, как самих волокон, так и изделий из них во время сухих и мокрых обработок при повышенных температурах.