Общие принципы получения химических волокон

ХВ текстильного назначения характеризуются:

- очень большим отношением длины к диаметру (более 10000),

- высокой прочностью до 1 кПа/мм²,

- большим относительным удлинением (более 5%),

- эластичностью и быстрым исчезновением деформаций, возникающих под воздействием нагрузки,

- минимальными остаточными деформациями после снятия нагрузки,

- высокой устойчивостью к многократным и знакопеременным нагрузкам.

Для производства ХВ могут использоваться только полимеры, состоящие из гибких макромолекул линейной или слабо разветвленной формы, с высокой молекулярной когезией, обеспечивающей прочное сцепление макромолекул под воздействием сил межмолекулярного притяжения, молекулярной массой в пределах 10·10³ – 10⁵ и достаточно узким молекулярно-массовым распределением.

Такие волокнообразующие полимеры должны также удовлетворять следующим требованиям:

- плавиться и переходить в вязкотекучее состояние без разложения, или растворяться в растворителях с образованием концентрированных растворов;

- образовывать тонкие жидкие и без нарушения сплошности нити при продавливании расплавов или растворов через фильеры;

- приобретать высокоориентированную структуру при растяжении;

- кристаллизоваться или образовывать упорядоченные области макромолекул;

- не содержать примесей мономеров и инородных включений.

- эластичностью и быстрым исчезновением деформаций, возникающих под воздействием нагрузки,

- минимальными остаточными деформациями после снятия нагрузки,

- высокой устойчивостью к многократным и знакопеременным нагрузкам.

Для производства ХВ могут использоваться только полимеры, состоящие из гибких макромолекул линейной или слабо разветвленной формы, с высокой молекулярной когезией, обеспечивающей прочное сцепление макромолекул под воздействием сил межмолекулярного притяжения, молекулярной массой в пределах 10 10³ – 10⁵ и достаточно узким молекулярно-массовым распределением.

Такие волокнообразующие полимеры должны также удовлетворять следующим требованиям:

- плавиться и переходить в вязкотекучее состояние без разложения, или растворяться в растворителях с образованием концентрированных растворов;

- образовывать тонкие жидкие и без нарушения сплошности нити при продавливании расплавов или растворов через фильеры;

- приобретать высокоориентированную структуру при растяжении;

- кристаллизоваться или образовывать упорядоченные области макромолекул;

- не содержать примесей мономеров и инородных включений.

Производство химических волокон состоит из следующих стадий:

1. Приготовление прядильной массы.

2. Формование волокна.

3. Отделка сформованного волокна.

Выбор конкретных способов производств ХВ зависит от свойств сырья (полимера) и требований к получаемому волокну.

Прядильная масса готовится в виде расплава или высококонцентрированного (7 - 25%) раствора полимера в метаноле, этаноле, ацетоне, дифенилформамиде. Полученный расплав или раствор фильтруется для удаления твердых примесей, которые могут забить отверстия фильер, и вакуумируется для удаления газовых пузырьков, нарушающих сплошность формуемой струи. В прядильную массу вводятся добавки: термо- и светостабилизаторы, красители, матирующие волокно вещества и др.

Формование волокна (прядение) осуществляется на прядильных машинах и заключается в продавливании прядильной массы через мелкие отверстия в фильере в среду, в которой струйка полимера затвердевает и образует тонкое волокно. В зависимости от природы прядильной массы прядение возможно вести из расплава или из раствора.

При прядении из расплава такой средой является холодный воздух, при обдувании которым струйки полимера он затвердевает. Этим методом формуются волокна из полиамидов, полиэфиров и полиолефинов.

При прядении полимера из раствора в летучем растворителе волокно образуется в результате испарения растворителя в горячем воздухе («сухое» прядение). При прядении полимера из раствора в нелетучем растворителе формование волокна происходит в осадительной ванне, содержащей реагенты, регенерирующие полимер в виде волокна из раствора («мокрое» прядение).

В процессе прядения волокна могут подвергаться скручиванию с образованием нитей. Скорость прядения зависит от метода прядения, толщины и назначения волокна. При прядении из расплавов она составляет от 10 до 20 м/с; при прядении из растворов скорость прядения значительно ниже и равна 5 – 10 м/с при «сухом» методе и всего 0,5 – 2,0 м/с при «мокром» методе прядения.

Процесс формования волокна может быть двухванным и однованным. При двухванном процессе физико-химические и химические процессы протекают раздельно. В первой ванне полимер высаживается из раствора (коагулирует), во второй – изменяется химический состав полимера. При однованном методе физико-химические и химические процессы протекают одновременно в одной ванне.

Сформованное волокно подвергается операции вытягивания в пластичном состоянии (ориентированию) для увеличения механической прочности и снижения относительного удлинения, после чего наматывается на бобины или катушки.

Отделка волокна включает операции промывки для удаления остатков мономера и растворителя, кислот и солей, увлекаемых волокном из ванны в процессе формования, сушки, замасливания для устранения электризации, окраски, а в некоторых случаях – тепловой обработки в растянутом состоянии с целью снижения последующей усадки и стабилизации формы пряжи. На рис. 26 представлена общая схема производства ХВ.

Контрольные вопросы

1. Какие ПМ называются пластическими массами (ПлМ)?

2. По каким признакам классифицируются ПлМ?

3. Какие наполнители могут входить в состав ПлМ и какова их роль?

4. К какому типу ПлМ относятся полиэтилен? полистирол? Фенолформальдегидные полимерные материалы?

5. На какие группы делятся химические волокна? Приведите примеры.

6.Какие требования предъявляются к полимерам, используемым в производстве химических волокон?

7.Из каких основных операций состоит процесс получения химических волокон?

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРА

1. Эрих В.Н., Расина М.Г., Рудин М.Г. Химия и технология нефти и газа. – Л.: Химия, 1985, 408 с.

2. Гуревич И.Л. Технология переработки нефти и газа. Ч.1. М.: Химия, 1972, 360 с.

3. Рудин М.Г., Сомов В.Е., Фомин А.С. Карманный справочник нефтепереработчика. / Под редакцией М.Г.Рудина.- М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2004, 336 с.

4. Ахметов С.А.Технология глубокой переработки нефти и газа: Учеб.пособие для вузов. –Уфа: Гилем, 2002, 672 с.

5. Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа.- М.: Химия, 1980, 272 с.

6. Практикум по технологии переработки нефти. / Под ред. Е.В.Смидович и И.П.Лукашевич. Изд. 3-е, пер. и доп. – М.: Химия, 1978, 288 с.

7. Технология переработки нефти. В 2-х частях. Часть первая. Первичная переработка нефти / Под ред. О.Ф.Глаголевой и В.М.Капустина. – М.: Химия, 2006, 400с.

8. Багиров И.Т. Современные установки первичной переработки нефти. - М.: Химия, 1974, 240 с.

9. Смидович Е. В. Технология переработки нефти и газа. ч. 2, - М.: Химия, 1968.

10. Альбом технологических схем процессов переработки нефти и газа. / Под ред. Б.И.Бондаренко. - М.: Химия, 1983, 128 с.

11. Черножуков Н.И. Технология переработки нефти и газа. Ч.3 –М.: Химия, 1978, -424 с.

СОДЕРЖАНИЕ