Способ получения синтетических волокон

Производство химических волокон

Все волокна, производимые на свет человеком, называются « Man-made fiber». В России принято разделять химические волокна на искусственные и синтетические.

Искусственные волокна получают из природных высокомолекулярных соединений (целлюлозы, фиброина, кератина). Синтетические волокна получают из полимеров, синтезированных из продуктов переработки нефти, газа и каменного угля (бензола, фенола, синильной кислоты).
Полимер — вещество, состоящее из множества однотипных частей (молекул) от греч. «поли» — много и «мера» — части. Представьте очень длинный поезд, все вагоны которого похожи друг на друга — это и будет полимер.

Технология получения искусственных и синтетических волокон

Полимеризация . Для получения волокон твердые исходные вещества должны быть преобразованы в жидкое состояние, которое достигается нагреванием (если полимеры термопластичны) — и называется прядильный расплав, или растворением в подходящем растворителе — прядильный раствор. При производстве искусственных волокон (вискозы, купры, лайоселя) и некоторых синтетических волокон (например, акрила) применяют прядильный раствор, а при производстве полиамидных (нейлон), полиэфирных (полиэстер), полиофиновых и стеклянных волокон — прядильный расплав.
Для получения прядильного расплава исходные вещества в форме шариков или гранул закладываются в автоклав — гигантскую скороварку с большим давлением. Здесь происходит первая технологическая операция в производстве волокна — полимеризация. Находящиеся в расплаве молекулы ингредиента соединяются, образуя гигантскую цепочку, называемую линейным полимером.

Экструзия. Прядильный расплав или раствор продавливается через специальное решето — спинарет. Микроскопические отверстия в спинарете называются фильеры. Количество фильер может достигать 40000. Размер и форма фильер (круглые, квадратные, треугольные и др.) определяют внешний вид поперечного сечения нового волокна. Струйки, вытекающие из фильер, затвердевают, образуя нити.
При получении нити из расплава их затвердевание происходит в камерах, где они охлаждаются потоком инертного газа или воздуха.
При получении нитей из растворов их затвердевание может происходить в сухой среде в потоке горячего воздуха (сухой способ формования) или в мокрой среде в осадительной ванне (мокрый способ формования).

Вытягивание . Сформованные из одной фильеры нити соединяются в комплексные и подвергаются вытягиванию и термообработке. В результате вытягивания молекулярная структура полимера упорядочивается — становится более линейной, а нити более прочными и крепкими, но менее растяжимыми.
Текстурирование. После вытягивания нити подвергаются текстурированию. Целью этого процесса является придание большего объема и упругости пряже за счет превращения ее в «волнистую» — молекулы полимера, сохраняя линейную ориентацию, приобретают изогнутую форму. Это идеально подготавливает пряжу к окрашиванию.

Отделка.Затем проводится отделка нитей с целью удаления с их поверхности посторонних примесей и загрязнений и придания им различных свойств (белизны, мягкости, шелковистости, снятия электризуемости). После отделки нити перематываются в паковки и сортируются.

Технология производства химических волокон позволяет получать как непрерывную (комплексную) или, как ее еще называют, филаментную нить так и штапельное волокно, из которого затем получается пряжа. Штапельные волокна — «штапельки» — это отрезки длиной 30 — 200 мм, на которые с помощью специальных дисковых ножей нарезают непрерывную нить, чтобы новые волокна было удобно смешивать с натуральными.

Источник

Способ получения синтетических волокон

Химические текстильные волокна нельзя найти в природе в готовом виде. Эти волокна получаются из органических природных и синтетических полимеров. В зависимости от вида исходного сырья они разделяются на искусственные и синтетические.

Химические волокна — волокна (нити), получаемые промышленными способами в заводских условиях.

Химические волокна

Современные способы формования нитей 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:

• Сырье для искусственных волокон получают путем выделения из веществ, образующихся в природе. Предварительная обработка — очистка от механических примесей, химическая обработка по превращению природного полимера в новое полимерное соединение.
• Сырье для синтетических волокон получают путем реакций синтеза полимеров из простых веществ (мономеров) на предприятиях химической промышленности. Предварительной обработки не требуется.

• Смешивание полимеров из различных партий;
• Фильтрация раствора;
• Обезвоздушивание раствора;
• Введение различных добавок.

• Продавливание прядильного раствора через отверстия фильер;
• Затвердевание вытекающих струек;
• Наматывание полученных нитей на приемные устройства.

• Вытягивание приводит к увеличению прочности и улучшению текстильных свойств нити;
• При т ермофиксации происходит частичная усадка нитей.

• Удаление примесей и загрязнений;
• Беление нитей или волокон;
• Поверхностная обработка (авиваж, аппретирование, замасливание);
• Сушка нитей после мокрого формования и обработки различными жидкостями;
• Текстильная переработка (с кручивание и фиксация крутки, п ерематывание, с ортировка).

Химические волокна получают из растворов или расплавов.

1. Ф ормирование волокна из раствора полимера. На сегодняшний день используются два метода промышленного ф ормирование волокна из раствора полимера :

• Сухой способ — тонкие струйки раствора затвердевают в волокна под действием циркулирующего теплого воздуха в обогреваемой шахте, и при этом растворитель улетучивается;
• Мокрый способ — струйки раствора полимера из фильеры затвердевают в волокна под действием различных химических веществ, содержащихся в осадительной ванне.

2. Формование волокна из расплава полимера — тонкие струйки расплава из отверстий фильеры охлаждаются потоком воздуха и затвердевают в специальной шахте.

Из растворов или расплавов полимеров формируют:

• моноволокна (одиночное волокно большой длины);
• комплексные (филаментные) нити — пучок из большого числа тонких и очень длинных волокон (от 3 до 200), соединённых посредством крутки, используются для выработки тканей и трикотажных изделий
• штапельного волокна (короткие отрезки тонких волокон от 30 до 200 мм) — жгуты, состоящие из очень большого количества элементарных нитей (сотни тысяч).

Благодаря новым технологиям в области производства химических волокон, производятся как «классические» волокна, так и их модифицированные виды с оптимизированными характеристиками. Модификация волокон может проводиться на любой стадии производства.

Рассмотрим более подробно Процессы, реакции, формулы получения химических волокон на следующей странице

На странице использованы материалы сайта «Искусство шить»

Источник

Производство синтетических волокон

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:

— Получение сырья и его предварительная обработка

— Приготовление прядильного раствора (расплава)

— Вытягивание и термообработка волокна

— Отделка сформованного волокна

Получение сырья и его предварительная обработка.

Сырье для синтетических волокон получают путем реакций синтеза (полимеризации и поликонденсации) полимеров из простых веществ (мономеров) на предприятиях химической промышленности. Предварительной обработки это сырье не требует.

Полимеризация — процесс получения полимеров путём последовательного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера) к активному центру на конце растущей цепи. Молекула мономера, входя в состав цепи, образует её мономерное зерно. Число таких звеньев в макромолекуле называется степенью полимеризации.

Полипропилен получают полимеризацией пропилена в присутствии металлокомплексных катализаторов, например, катализаторов Циглера—Натта (например, смесь TiCl₄ и AlR₃):

Поликонденсация — процесс получения полимеров из би- или полифункциональных соединений (мономеров), сопровождающийся выделением побочного низкомолекулярного вещества (воды, спирта, галогеноводорода и др.).

Лавсан(полиэтилентерефталат) — представитель полиэфиров:

Получают реакцией поликонденсации терефталевой кислоты и этиленгликоля:

Приготовление прядильного раствора (расплава).

Раствор или расплав полимера, из которого формируются нити, называетсяпрядильным раствором.

При изготовлении синтетических волокон необходимо из исходного твердого полимера получить длинные тонкие нити с продольной ориентацией макромолекул, т.е. нужно переориентировать макромолекулы полимера. Для этого переводят исходный полимер в вязкотекучее состояние (раствор или расплав). В жидком (раствор) или размягченном (расплав) состоянии нарушается межмолекулярное взаимодействие, увеличивается расстояние между молекулами и появляется возможность их свободного перемещения относительно друг друга.

Растворение полимера осуществляют для полимеров, имеющих дешевый и доступный растворитель. Растворы используются для полиакрилонитрильных, поливинилспиртовых, поливинилхлоридных волокон.

Расплавление полимера применяют для полимеров с температурой плавления ниже температуры разложения. Расплавы готовят для полиамидных, полиэфирных и полиолефиновых волокон.

Для приготовления прядильного раствора также выполняют следующие операции:

— Смешивание полимеров из различных партий. Выполняют для повышения однородности раствора, чтобы получить волокна равномерные по своим свойствам на всем протяжении. Смешивание возможно как после получения раствора, так и в сухом виде до растворения (расплавления) полимера.

— Фильтрация раствора. Заключается в удалении механических примесей и нерастворившихся частиц полимера путем многократного прохождения раствора через фильтры. Фильтрация необходима для предотвращения засорения фильер и улучшения качества нитей.

— Обезвоздушивание раствора. Выполняется для удаления из пузырьков воздуха, которые, попадая в отверстия фильер, обрывают образующиеся волокна. Обезвоздушивание осуществляется путем выдерживания раствора в вакууме. Расплав обезвоздушиванию не подвергается, так как в расплавленной массе воздуха практически нет.

— Введение различных добавок. Добавление небольшого количества низкомолекулярных веществ, обладающих специфическими свойствами, позволяет изменить свойства получаемых волокон. Например, для повышения степени белизны вводится оптические отбеливатели, для приобретения матовости добавляют двуокись титана. Введение добавок можно придать волокнам бактерицидные, огнестойкие и другие свойства. Добавки, не вступая в химическое взаимодействие с полимером, располагаются между его молекулами.

Процесс формования волокон состоит из следующих этапов:

— продавливание прядильного раствора через отверстия фильер,

— затвердевание вытекающих струек,

— наматывание полученных нитей на приемные устройства.

Прядильный раствор подаётся на прядильную машину для формования волокон. Рабочими органами, непосредственно осуществляющими процесс формования химических волокон на прядильных машинах, являются фильеры. Изготавливаются фильеры из тугоплавких металлов – платины, нержавеющей стали и др. – в форме цилиндрического колпачка или диска с отверстиями.

В зависимости от назначения и свойств формуемого волокна количество отверстий в фильере, их диаметр и форма могут быть различными (круглые, квадратные, в виде звездочек, треугольников и т.п.). При использовании фильер с отверстиями фигурного сечения получают профилированные нити с различной конфигурацией поперечного сечения или же с внутренними каналами. Для формирования бикомпонентных (из двух и более полимеров) нитей отверстия фильер разделены перегородкой на несколько (две или более) частей, к каждой из которых подаётся свой прядильный раствор.

При формировании комплексных нитей используют фильеры с небольшим числом отверстий: от 12 до 100. Сформованные из одной фильеры элементарные нити соединяются в одну комплексную (филаментную) нить и наматываются на бобину. При получении штапельных волокон применяют фильеры с количеством отверстий в несколько десятков тысяч. Собранные вместе с нескольких фильер нити образуют жгут, который затем разрезается на штапельные волокна определенной длины.

Прядильный раствор дозировано продавливается через отверстия фильер. Вытекающие струйки попадают в среду, вызывающую затвердевание полимера в виде тонких волокон. В зависимости от среды, в которой происходит затвердевание полимера, различают мокрый и сухой способы формования.

При формовании волокон из раствора полимера в нелетучем растворителе (например, поливинилспиртовые волокона) нити затвердевают, попадая в осадительную ванну, где происходит их химическое или физико-химическое взаимодействие со специальным раствором, содержащим различные реагенты. Это «мокрый» способ формования (Рис 2а).

Если формование проводят из раствора полимера в летучем растворителе, средой затвердевания является горячий воздух, в котором растворитель испаряется. Это «сухой» способ формования (Рис 2б).

При формовании из расплава полимера (например, полиамидных, полиэфирных, полиолефиновых волокон) средой, вызывающей затвердевание полимера, служит холодный воздух или инертный газ (Рис 2в).

Скорость формования зависит от толщины и назначения волокон, а также от метода формования.

Прядильный раствор в процессе превращения струек вязкой жидкости в тонкие волокна одновременно вытягивается, этот процесс называется фильерная вытяжка.

Вытягивание и термообработка волокна.

Химические волокна и нити непосредственно после формования не могут быть использованы для производства текстильных материалов. Они требуют дополнительной обработки.

В процессе формования образуется первичная структура нити. В растворе или расплаве макромолекулы имеют сильно изогнутую форму. Так как при формовании степень вытягивания нити невелика, то макромолекулы в нити расположены с малой долью распрямленности и ориентации вдоль оси нити. Для распрямления и переориентации макромолекул в осевом направлении нити выполняется пластификационная вытяжка, в результате которой ослабляются межмолекулярные связи, и образуется более упорядоченная структура нити. Вытягивание приводит к увеличению прочности и улучшению текстильных свойств нити.

Но в результате большой распрямленности макромолекул нити становятся менее растяжимыми. Такие волокна и изделия из них подвержены последующей усадке во время сухих и мокрых обработок при повышенных температурах. Поэтому возникает необходимость подвергнуть нити термофиксации- тепловой обработке в натянутом состоянии. В результате термофиксации происходит частичная усадка нитей из-за приобретения макромолекулами изогнутой формы при сохранении их ориентации. Форма пряжи стабилизируется, последующая усадка, как самих волокон, так и изделий из них во время ВТО снижается.

Отделка сформованного волокна.

Характер отделочных операций зависит от условий формования и вида волокна.

— Удаление примесей и загрязнений необходимо при получении нитей мокрым способом. Операция осуществляется путем промывки нитей в воде или различных растворах.

— Беление нитей или волокон проводится путем обработки оптическими отбеливателями* для последующего окрашивания волокон в светлые и яркие цвета.

— Поверхностная обработка (авиваж, аппретирование, замасливание) необходима для придания нитям способности к последующим текстильным переработкам. При такой обработке повышаются скольжение и мягкость, поверхностной склеивание элементарных нитей и уменьшается их обрывистость, снижается электризуемость и т.п.

— Сушка нитей после мокрого формования и обработки различными жидкостями выполняется в специальных сушилках.

— Текстильная переработка включает в себя следующие процессы:
Скручивание и фиксация крутки — для соединения нитей и повышения их прочности.
Перематывания – для увеличения объема паковок нитей.
Сортировка – для оценки качества нитей.

Источник