Модификация химических волокон

Физическая (структурная) модификация заключается в направленном изменении строения и надмолекулярной структуры нитей:

-ориентация и вытягивание нитей;

-введение низкомолекулярных добавок в прядильный раствор или расплав. Таким образом можно изменить блеск, повысить степень белизны, придать бактерицидные свойства нитям, повысить устойчивость к фотохимической и термической деструкции и т. д.;

-формование волокон и нитей из смеси полимеров. В этом случае необходимым условием является наличие общего растворителя. Примером может служить волокно ацетохлорин;

-получение бикомпонентных волокон и нитей. Метод заключается в использовании фильер особой конструкции. В каждое отверстие фильеры поступают отдельно оба полимера (раствора или расплава), соединяясь в нити на поверхности раздела. После различных обработок из-за разницы в усадке полимеров нити могут получить устойчивую извитость.

Химическая модификация волокон и нитей заключается в частичном направленном изменении химического состава полимера:

- синтез волокнообразующих сополимеров, когда каждая макромолекула может включать в себя звенья того и другого мономера. Полученные волокна и нити, как правило, отличаются повышенной растворимостью, улучшенной накрашиваемостью, большей гигроскопичностью и эластичностью (санив, виньон, дайнел);

-синтез привитых сополимеров. Процесс заключается в прививке к боковым реакционноспособным группам основного полимера звеньев сополимера и используется для модификации не только химических, но и натуральных волокон (мтилон, мтилон В);

-сшивание, т.е. образование между макромолекулами поперечных химических связей. Это ведет к повышению термостойкости, уменьшению набухаемости и растворимости волокон и нитей.

7. ХИМИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА

Вискозные волокна и нити. Исходным сырьем для получения вискозных волокон и нитей является древесная целлюлоза. На заводах искусственного волокна целлюлоза в виде

картонных листов обрабатывается 18 %-ным раствором едкого натра. Щелочная целлюлоза проходит процесс предсозревания, т. е. выдерживания в течение 10 — 30 ч при температуре 25 — 30°С (для понижения степени полимеризации). Затем ее обрабатывают сероуглеродом и получают ксантогенат целлюлозы, который растворяют в 4 — 5 %-ном растворе NaOH и получают прядильный раствор. После процесса созревания (выдерживания в течение 18 — 30 ч) осуществляется формование вискозных нитей и волокон по мокрому способу. В состав осадительной ванны входят: вода, серная кислота, сульфаты натрия и цинка. В результате взаимодействия ксантогената целлюлозы и серной кислоты образуется гидрат целлюлозы. Так как одновременно идут и другие реакции, приводящие к выделению сероуглерода, сероводорода, серы и других соединений, полученные нити подвергаются отделке, включающей в себя промывку, десульфацию (удаление серы), отделку, кисловку, авиваж.

Отвердевание (коагуляция) струйки происходит неравномерно, что приводит к образованию так называемых оболочки и ядра волокна. Наиболее прочной (в 3,5 раза) является оболочка (рис. 1.15). Плотность волокна 1,52 м/мм.

Под микроскопом вискозное волокно представляет собой цилиндр с большим количеством продольных полос (выступы и впадины по-разному отражают свет).

Длина волокна в зависимости от назначения может быть

34 — 120 мм.

Линейная плотность волокон — 0,2 — 0,7 текс. Линейная плотность комплексных нитей зависит от количества элементарных нитей.

Разрывная нагрузка волокна (средняя 3 — 5 сН).Относительная разрывная нагрузка обычного волокна 16 — 20 сН/текс, высокопрочного — до 45 сН/текс. В мокром состоянии разрывная нагрузка снижается на 50 — 60 %.

Разрывное удлинение — 18 — 24 %. Волокно имеет хорошие гигроскопические свойства. При нормальных условиях оно поглощает приблизительно 13% влаги от своей массы. Имеет большую усадку при набухании — до 12 — 16%. Волокно обладает хорошей светостойкостью и средней стойкостью к истиранию.

Волокно не термопластично. Изделия могут в течение небольшого времени эксплуатироваться при температуре 100 — 120° С без потери прочности. Характер горения волокна аналогичен горению хлопка. Волокно имеет невысокую стойкость к действию кислот и щелочей.

Ацетатное волокно. Сырьем для получения ацетатного волокна является целлюлоза хлопкового пуха. После очистки, щелочной варки и промывки ее подвергают ацетилированию. В результате имеем первичный ацетат (или триацетат), который используется для получения триацетатного волокна. Ацетатное волокно производят из вторичного ацетата, полученного путем частичного омыления первичного ацетата. Формование осуществляется из раствора сухим способом. Растворителем может служить смесь ацетона и этилового спирта (85:15) или ацетона и воды (95:5).

Под микроскопом волокно представляет собой цилиндр с небольшим количеством полос, так как может иметь несколько крупных впадин (рис. 1.16). Плотность ацетатного волокна 1,32 мг/мм3. Оно имеет меньшую, чем вискозное волокно, прочность, относительную разрывную нагрузку 11 — 13 сН/текс, меньшую потерю прочности в мокром состоянии

(до 30%), разрывное удлинение — 20—30%. Упругость ацетатного волокна значительно больше, чем вискозного, и поэтому ткани из этого волокна меньше сминаются. Волокна

значительно меньше набухают в воде, обладают хорошими теплоизоляционными свойствами, высокой светостойкостью, пропускают ультрафиолетовые лучи, равномерно и глубоко окрашиваются.

При нормальных условиях волокно поглощает 6 — 6,5% влаги, температура плавления 250 — 260° С. Волокна имеют малую стойкость к истиранию, повышенную электризуемость,

недостаточную теплостойкость, приводящую к появлению на изделиях дефектов при температуре свыше 140 — 150 °С, сминаемы при стирке, малоустойчивы к действию разбавленных кислот и щелочей.

Триацетатное волокно. Получается из первичного ацетата, который растворяется в смеси метиленхлорида и этилового спирта (95:5). Формуют волокно из раствора сухим способом. Плотность волокна 1,28 мг/мм3.

Триацетатное волокно по всем свойствам (кроме гигроскопических) превосходит ацетатное и является более перспективным. Оно имеет большую прочность, более высокую

теплостойкость A50 — 160°С), температуру плавления — 300°С.

Волокно имеет меньшую потерю прочности в мокром состоянии, малую сминаемость при стирке. При нормальных условиях поглощает 4,5 — 5 % влаги. Устойчиво к действию разбавленных кислот и щелочей.

Существенным недостатком волокна является малая стойкость к истиранию, меньшая гигроскопичность, значительная жесткость и электризуемость.

Капрон. Волокно известно под такими названиями, как силон, стилон, перлон, грилон, найлон 6, найлон, лилион и др.; относится к полиамидным волокнам. Кроме капрона к

полиамидным волокнам относятся анид, рильсан, энанд.

Мономером для получения капрона является капролактам, который синтезируется из фенола и бензола. В результате реакции ступенчатой полимеризации из капролактама при

температуре 250 — 260° С (при соблюдении определенных условий) получают полимер — поликапролактам (в виде ленты). Ленту рубят в крошку, удаляют низкомолекулярные примеси, промывая ее в горячей воде, и высушивают.

Формование капроновых волокон и нитей осуществляется из расплава. Температура плавления 260 — 270°С. Полученные нити подвергаются вытягиванию, кручению, термофиксации, сушке и перемотке. Плотность капрона 1,14 мг/мм3; имеет цилиндрическую форму с гладкой поверхностью, в сечении — круг. Волокно высокопрочно, относительная разрывная нагрузка 40 — 50 сН/текс, но может быть и 70 — 75 сН/текс, разрывное удлинение 20 — 25 %.

Капрон обладает самой высокой стойкостью к истиранию; если его устойчивость принять за 100 %, то у хлопка она будет составлять 10%, у шерсти — 5%, а у вискозного волокна —

2 %. Капрон имеет очень высокую стойкость к многократным деформациям растяжения и изгиба, устойчив к действию микроорганизмов. Прочность в мокром состоянии снижается не

более чем на 10 %,

К недостаткам необходимо отнести следующие свойства: низкую гигроскопичность (при нормальных условиях поглощает 3,5 — 4,5 % влаги), низкую Светостойкость и термостойкость (уже при температуре 65° С начинает необратимо терять прочность). Температура плавления 215 — 255°С. Волокно имеет плохой гриф, т. е. недостаточно упруго на ощупь, повышенную гладкость, нестойко к действию щелочей и концентрированных минеральных кислот.

Лавсан. Волокно известно под такими названиями, как терилен, тезил, дакрон, эстер и др.; относится к полиэфирным волокнам и получается путем поликонденсации терефталевой

кислоты и этиленгликоля, сырьем для которых служат ксилол и толуол.

Процесс поликонденсации осуществляется в глубоком вакууме при температуре 270 — 275 °С. Полученный полимер, так же как и при получении капрона, выдавливается в виде

ленты. Лента измельчается в крошку. Волокна и нити формуют из расплава при температуре 270 — 275 "С.

Плотность волокна 1,38 мг/мм3. Лавсан является прочным волокном, относительная разрывная нагрузка 40 — 50 сН/текс, а высокопрочного — 60 — 80 сН/текс; разрывное

удлинение 20 — 25 %. Лавсан обладает высокими устойчивостью к смятию (приблизительно в 2 раза большей, чем шерсть), упругими свойствами (при удлинении на 5 — 6 %

деформация является полностью обратимой); хорошей формоустойчивостью (хорошо сохраняет приданную форму: плиссе, гофре). Волокно имеет высокую стойкость к истиранию, хотя она и меньше, чем у капрона, в 4 — 4,5 раза. Лавсан обладает высокой светостойкостью (по этому показателю уступает только полиакрилонитрильным волокнам), имеет шерстопо-

добный внешний вид, теплостоек и превосходит по этому показателю все химические и натуральные волокна, кроме специальных термостойких. Небольшое снижение прочности

наблюдается лишь при температуре 160 — 170 °С.

Основным недостатком является низкая гигроскопичность. При нормальных условиях поглощает 0,4 — 0,5 % влаги, электризуется, плохо окрашивается.

Волокно стойко к действию кислот (кроме азотной и серной) и нестойко к действию щелочей.

Нитрон. Волокно известно под такими названиями, как панакрил, акрилан, орлон, пан, дралон, куртель, крилион и др.; относится к полиакрилонитрильным соединениям. Мономер акрилонитрил чаще получается путем синтеза из пропилена и аммиака. Полимеризация акрилонитрила проводитсяв растворителе, в котором растворяется мономер и

образующийся полимер. Нитроновое волокно формуется, как правило, из раствора мокрым способом. Сухой способ используется для формования комплексных нитей. Однако в промышленности в основном выпускается нитроновое волокно (рз 99,5%), комплексная же нить составляет всего и 0,5 % от общего выпуска нитрона. Плотность нитрона 1,16 — 1,18 мг/мм3.

Волокно имеет достаточно высокую прочность, но меньшую, чем у капрона и лавсана, разрывное удлинение 18 — 25 %. По упругим свойствам волокно находится между

капроном и лавсаном; обладает самой высокой светостойкостью (кроме фторлона), по теплостойкости не уступает лавсану (непродолжительное время может эксплуатироваться при температуре 180 — 200°С). Оно шерстоподобно, имеет хороший и теплый гриф, по теплопроводности приближается к шерсти, легко подвергается чистке, не изменяет свои свойства в мокром состоянии.

К недостаткам следует отнести легкую электризуемость, низкую гигроскопичность (при нормальных условиях поглощает 0,8 — 1 % влаги), трудность окрашивания, малую стойкость к истиранию. Волокна легко поддаются модификации, что дает возможность устранять их отрицательные свойства.

Хлорин. Может иметь названия ровиль, термовиль, ПЦ, толон и др.; относится к поливинилхлоридным волокнам. Исходным сырьем для получения поливинилхлорида является ацетилен и соляная кислота. Полученный полимер подвергается дополнительному хлорированию.

Относительная разрывная нагрузка 22 — 27 сН/текс, разрывное удлинение 25 — 35 %. Хлориновое волокно гидрофобно й при нормальных условиях поглощает 0,1 — 0,15%

влаги. Оно является хорошим диэлектриком и обладает высокой стойкостью к большинству реагентов. По хемостойкости превосходит все химические волокна (кроме фторполимеров).

При трении волокно приобретает высокий отрицательный заряд, поэтому изделия из хлорина используются в качестве лечебного белья при таких заболеваниях, как радикулит, ревматизм, артрит и др. Недостаточно свето-, термостойко и начинает деформироваться при температуре 90 — 100° С, поэтому изделия из него могут эксплуатироваться при температуре не выше 70 °С.

!?Винол. Может иметь названия винал, винилон, винилан, мевлон и др.; относится к поливинилспиртовым волокнам. Поливиниловый спирт получают путем омыления поливинилацетата: Волокно молено формовать из раствора сухим и мокрым способом. Относительная разрывная нагрузка 30 — 40 сН/текс, относительное разрывное удлинение 20 — 30 %. Этот вид волокна является единственным гидрофильным синтетическим волокном, вырабатываемым в производственных масштабах. По гигроскопичности приближается к хлопку, имеет высокую стойкость к истиранию

!?Полиэтилен и полипропилен. Относятся к группе полиолефинов. Для их производства используются этилен и пропилен. Эти волокна можно формовать из расплавов и из растворов. Они имеют достаточно высокую прочность, хорошее удлинение. Плотность полипропиленового волокна является наиболее низкой,91 мг/мм3) среди всех природных и

химических волокон. Эти волокна не тонут в воде; по хемостойкости приближаются к хлорину. Так же как и другие синтетические волокна, они устойчивы к действию микроорганизмов. Устойчивость к истиранию полипропиленового волокна ниже, чем полиэтиленового. По данному показателю эти волокна значительно уступают капрону.

Термо- и теплостойкость полипропилена недостаточно высока, что является одним из основных его недостатков. Полипропиленовое волокно размягчается при 140° С и плавится

при 160 — 165 °. Полиэтилен более термостоек; так, например, при 100°С прочность его заметйо не изменяется, в то время как полипропиленовое волокно после нагрева до 80° С теряет 12 — 20 % прочности.

Спандекс. спандекс, лайкра, вирен и др. Эти нити относятся к синтетическим полиуретановым, в химический состав которых входят уретановые группы и гибкие сильнорастяжимые блоки. Формование осуществляют из расплавов или из растворов. Нити обладают большой обратимой растяжимостью (в 2 — 3 раза и более) при сравнительно высокой прочности и малой плотности. Их широко используют для производства трикотажных и тканых изделий бытового, спортивного, медицинского и других

назначений. Эти нити часто вырабатываются с предохраняющей их обмоткой из пряжи различных видов или комплексных нитей.

Высокоэластичные полиуретановые нити имеют ряд существенных преимуществ перед резиновыми нитями: они являются более прочными (в 2 — 3 раза), обладают большей

эластичностью (в 2 — 3 раза), имеют пониженную плотность G = 1,2 мг/мм3), более высокую устойчивость к истиранию и значительно более высокую устойчивость к многократным

деформациям (в 10 — 20 раз). Существенным недостатком является их сравнительно невысокая термостойкость: при нагревании до 150° С они желтеют, так как начинается

термическая деструкция.

В настоящее время в текстильной и легкой промышленности нашло широкое применение волокно лайкра. Лайкра обычно используется в комбинации с другими видами волокон, как натуральными, так и химическими. Полученные изделия приобретают повышенную мягкость, делаются более изящными, повышается их формоустойчивость, увеличивается срок эксплуатации. При носке одежды появляется ощущение большей комфортности.

Нить лайкра может быть оплетена оболочкой из другого волокна или пряжи.

(для нижнего белья, отдельных элементов чулочно-носочных изделий, купальников, манжет и других трикотажных изделий.)

8. Прядение. Прядением называется совокупность технологических процессов, при помощи которых из волокнистой массы (хлопка, шерсти, химических волокон и т. д.) получается пряжа.

Систему прядения образует совокупность машин и процессов, с помощью которых волокнистый материал перерабатывается в пряжу. Система прядения зависит от вида

волокна, его свойств, линейной плотности пряжи, ее назначения и т. д. Можно выделить четыре системы прядения.

1. Гребенная система прядения без кардочесания (для переработки трепаного льна, длинноволокнистых отходов шелка).

2. Гребенная система прядения с кардочесанием (для переработки тонковолокнистого хлопка, тонкой и грубой шерсти, коротковолокнистого льна, коротковолокнистых отходов

шелка).

3. Кардная система прядения (для переработки среднево- локнистого хлопка, льняных очесов и коротковолокнистого льна).

4. Аппаратная система прядения (для переработки коротких и неравномерных по длине волокон всех видов). Особенно широко используется в шерстопрядении при выработке

пряжи для сукон и драпов.

В хлопкопрядении пряжу в соответствии с системой прядения называют гребенной, кардной и аппаратной. На рис. 2.1 представлена последовательность технологических процессов.

• Разрыхление. Цель — создание лучших условий для очистки волокна от сорных примесей и пороков, а также подготовки его к смешиванию и кардочесанию. Сущность процесса — превращение спрессованного волокна в рыхлую волокнистую массу.

• Смешивание. Цель — получение большой партии хорошо перемешанных компонентов, что дает возможность в течение длительного времени вырабатывать пряжу определенного стабильного качества. Сущность процесса — равномерное распределение волокон каждого компонента в смеси и перемешивание их.

• Трепание. Цель — интенсивная очистка волокна от сорных примесей и пороков, а также дальнейшее его разрыхление. Сущность процесса — нанесение по волокну большого

количества ударов рабочими органами машины.

• Кардочесание. Цель — подготовка волокна к процессу вытягивания в вытяжных приборах. Сущность процесса — разъединение клочков на отдельные волокна, распрямление, параллелизация их, очистка от оставшихся мелких и цепких сорных примесей и пороков, а также хорошее перемешивание волокна. На чесальной машине из тонкого слоя прочесанных

волокон формируется продукт в виде ленты.

Основными органами чесальной машины являются цилиндрические валики, обтянутые цельнометаллической или эластичной игольчатой лентой. Иглы расположены под определенным углом.

Для осуществления процесса кардочесания необходимо взаимодействие двух рабочих органов машин, покрытых кардной гарнитурой; они установлены на очень близком расстоянии друг от друга (доли миллиметра), и в промежуток между ними поступает волокнистый материал. Необходимо различать параллельное и перекрестное расположение

кардных поверхностей (рис. 2.2). В первом случае будет происходить чесание, а во втором — переход волокон с одной поверхности на другую.

Прочесанное волокно с поверхности съемного барабана по всей ширине снимается быстрокачающейся гребенкой и поступает в круглую воронку, формируясь в чесаную ленту.

• Гребнечесание. Применяется при выработке тонкой пряжи. Цель — получение ленты, состоящей из длинных, равномерных по длине, хорошо очищенных, распрямленных и

параллельно расположенных волокон. Сущность процесса —удаление из продукта коротких волокон. Гребнечесание осуществляется отдельными порциями, которые последовательно прочесываются с двух сторон и накладываются друг на друга со сдвигом (рис. 2.3). Поэтому полученная лента имеет периодическую неровноту.

• Сложение и вытягивание лент. Цель — получение продукта, более равномерного по толщине. Сущность процесса в том, что ленту складывают в несколько сложений и вытягивают. Этот процесс повторяют несколько раз, в результате чего неровнота по толщине полученного продукта снижается.

•Предпрядение. Цель — получение из ленты ровницы. Сущность процесса — утонение ленты в несколько раз, скручивание и намотка.

• Прядение. Цель — получение из ровницы пряжи. Сущность процесса — окончательное утонение ровницы до требуемой тонины; полученная мычка скручивается и приобретает

необходимую прочность, превращаясь в пряжу, которая наматывается на паковку, удобную для дальнейшей переработки продукта.

На ленточных, ровничных и прядильных машинах происходит утонение продукта с помощью вытяжного прибора. Простейший вытяжной прибор состоит из двух пар цилиндрических органов (рис. 2.4): питающей пары и выпускной, расстояние между которыми называется разводкой R. Во сколько раз скорость выпускной пары V2 больше питающей v1, во столько раз толщина выходящего продукта будет меньше (а длина больше), чем входящего. Отношение скорости выпускной пары к скорости питающей (V1/v2 = е) называется вытяжкой.

Схема прядильной машины приведена на рис. 2.5. Процесс прядения на машине осуществляется следующим образом. Катушки с ровницей 1 надевают на деревянные шпильки и устанавливают в рамку машины. Разматывание ровницы происходит за счет ее натяжения при захвате питающей парой вытяжного прибора 3. Установленная перед вытяжной парой водилка 2 сообщает ровнице возвратно-поступательное движение вдоль линии зажима питающей пары, что обеспечивает равномерный износ эластичных покрытий валиков вытяжного прибора. Ремешки в зоне вытягивания (между питающей и выпускной парами) осуществляют контроль за движением волокон, обеспечивая получение пряжи с минимальной неровнотой по толщине. Выходящая из вытяжного прибора мычка скручивается в пряжу 4, которая проходит в нитепроводник 5 и бегунок 6, сидящий на кольце 7, и наматывается на патрон 8, надетый на веретено 9. Кольцо 7 установлено на кольцевой планке 10. При вращении веретена с патроном бегунок приводится в движение по кольцу нитью, которая наматывается на патрон. За каждый оборот бегунка нить получает одно кручение, при этом она вращается вокруг веретена, образуя так называемый баллон. Раскладка витков намотки вдоль патрона осуществляется за счет возвратно-поступательного движения кольцевой планки в вертикальной плоскости.

Недостатком кольцевого способа прядения является совмещение процессов кручения и наматывания пряжи.

Наиболее широкое практическое применение получил пневмомеханический способ прядения, сущность которого заключается в следующем. Лента из таза подается питающими

валиками к специальному устройству (дискретизирующему барабанчику), который своими зубьями разъединяет ленту на отдельные волокна. Эти волокна снимаются с зубьев

барабанчика воздушным потоком и транспортируются в прядильную камеру. Под действием центробежной силы волокна отбрасываются в желоб вращающейся 40 — 45 тыс. оборотов в

минуту) прядильной камеры, образуя в ней волокнистую ленточку, которая при выводе ее из камеры формируется в пряжу (рис. 2.6).

Применение пневмомеханических прядильных машин БД-200 дает большой экономический эффект. Повышается скорость прядения, уменьшаются площади, занимаемые

машинами, за счет отсутствия ровничных машин — в 2,5 раза, число рабочих, обслуживающих машины, — в 3 раза. Производительность труда прядильщиц повышается в 2 — 3 раза, а расход энергии уменьшается.