Лекція 8. Синтетичні волокна та нитки.

Зміст лекції

1.Загальна характеристика синтетичних  хімічних волокон.

1.Процес виробництва синтетичних волокон складається з отримання початкового матеріалу, формування та операцій обробки. Синтетичні волокна  формують з розчину, сплаву, м'якого полімеру. Під час формування синтетичне волокно  сильно витягують (від 2 до 20 разів) з метою підвищення  його механічних властивостей.  Для забезпечення рівномірності синтетичних волокон, стабільності лінійних розмірів, зменшення збігання, підвищення пружності після витягування проводять операцію термостабілізації. Термічна фіксація волокон здійснюється за різних температур у різних середовищах (вода, повітря, пара). Синтетичні волокна, на відміну від природних і штучних, по­вільно вбирають вологу, тому вироби з них швидко сохнуть. Фізико-механічні властивості практично  не змінюються під дією воевно. Синтетичні волокна стійкі до дії бактерій, мікроорганізмів, плісняви,  не пошкоджуються міллю. Негативна властивість – низька гігроскопічність. Мають високі пружні властивості, майже не зминаються. Синтетичні волокна використовують здебільшого в поєднанні з натуральними та штучними волокнами.

Поліамідні волокна  ( ПА) – капрон, анід, енант.

Вихідними речовинами для отримання волокна капрон можуть бути продукти переробки кам'яного вугілля, такі як фенол, бензол. Фенол або бензол  переробляють на капролактам. Шляхом полімеризації капролактаму одержують капронову смолу. Волокна формують сухим способом. Волокна мають  хороші фізико-механічні властивості:     легкість, висока пружність, висока міцність і стійкість до зношування і витирання  ( наприклад, стійкість до багаторазового згинання поліамідних ниток у 100 разів вища  від віскозних, стійкість до витирання у 10 разів вища від бавовняних  волокон, міцність на розрив цих волокон досить висока). До недоліків поліамід­них волокон слід віднести досить малу (порівняно з целю­лозними та білковими волокнами) гігроскопічність 3— 5 %  і, як наслідок, підвищену здатність електризуватися, підвищену жорсткість. Волокна мають  надмірну гладкість поверхні та малу здатність зчіплюватися, в результаті чого вони погано змішуються з іншими волокнами. Поліамідні волокна не горять, а спікаються,  утворюючи  світлу, тверду кульку, відчувається запах фенолу (сургучу).  Волокна нестійкі до нагрівання. При 160—170 °С вони розм'якшуються, а при температурі  215 °С плавляться. Вироби з них не можна прасувати праскою, нагрітою до високої температури – 100, 110 С.

Поліамідні волокна стійкі до дії мікроорганізмів та до дії багатьох хімічних реагентів. Вони не розчиняються в лугах, ацетоні, бензині,  спирті, але добре розчиня­ються у концентрованих розчинах кислот та у фенолі.  Деякі властивості поліамідних волокон покращують за допомогою  модифікації, застосуванням особливих способів формування. Шелон — це  модифіковане поліамідне, дуже легке волокно, яке використовують для шовкоподібних блузкових і платтяних тканин. Мегалон — хімічно модифіковане поліамідне волокно, близьке за гігроскопічністю до бавовни (7,3 %), але міцніше й стійкіше до зношування порівняно з бавовною майже втричі. Трілобал — це профільовані поліамідні нитки, які імітують натуральний шовк.

Поліефірні волокна  ( ПЕ ) – лавсан.

Формують з розплаву поліетилентерефталату за схемою, подібною до формування поліамідних волокон. Завдяки комплексу позитивних властивостей посідають перше місце серед синтетичних волокон: волокна є високо еластичними, формостійкими, не зминаються. У мокрому стані міцність волокон  не зменшується. Поліефірні волокна виключно стійки до дії тепла та хо­лоду. Саме тому вони є кращими серед усіх природних і хімічних волокон. Поліефірні волокна досить стійкі до дії  світла і світло погоди, під дією світла не змінюють свій колір, стійкі до дії мікроорганізмів та цвілі, не пошкоджуються міллю.

Порівняно з іншими поліефірні волокна відносно стійкі до дії розведених кислот та розчинів кислот середніх концентрацій,  розчинів вибілювальних препаратів, холодних розчинів лугів. 

Використовують поліефірні волокна у чистому вигляді і в сумішах з бавовняними,  віскозними, лляними, вовняними та іншими волокнами для виробництва тканин, три­котажу, нетканих та інших матеріалів, а також широкого асортименту виробів технічного призначення (канати, риболовецькі сітки, струни для тенісних ракеток тощо). До основних недоліків  ПЕ волокон відносять труднощі з їх фарбуванням, підвищену здатність до електризації, низьку гігроскопічність 0,5 %, здатність до пілінгу (у процесі експлуатації створювати на поверхні виробів кульки із закручених волокон на ніжках). При горінні лавсан плавиться, коптить, утворюючи тверду чорну кульку.

Поліакрилонітрильні волокна ( ПАН )  - нітрон.

Сировиною для виготовлення нітрону є продукти переробки кам'яного вугілля, нафти, газу. Початковим полімером для виготовлення поліакрилонітрильних волокон є поліакрилонітрил. Прядильний розчин отримують шляхом розчинення поліакрилнітрилу,  волокна  формують сухим або мокрим способом.

Поліакрилонітрильні волокна мають вовноподібний вигляд, низьку теплопровідність, показники якої досить близькі до теплопровідності вовни, тому вони використовуються  як замінники вовни при виробництві тканин, трикотажу, штучного хутра, а також як добавка до вовняних волокон при виготовленні текстильних матеріалів.

До недоліків поліакрилонітрильних волокон слід віднести їх низьку гігроскопічність 1,5 %,  велику жорсткість, підвищену крихкість та малу стійкість до витирання, високу здатність до електризації, утворення пілінгу, забруднення, їх поверхня важко фарбується.

Нітрон стійкий до кислот, органічних розчинників, дії бактерій, плісняви, його не пошкоджує  міль, руйнується лугами. Досить стійкий  до світла й атмосферних впливів. Після впливу світла та погоди протягом року ці волокна втрача­ють лише 20 % початкової міцності, тоді як міцність бавовни зни­жується на 95 %, а поліамідні, віскозні, ацетатні, шовкові волок­на повністю руйнуються.

Для зміни властивостей волокон застосовують різні методи модифікації,  внаслідок яких покращується здатність до фарбування, збільшується  еластичність волокон, стійкість їх до витирання та багатократних де­формацій. При температурі 200…250 °С  розм'якшується, горить жов­тим кіптявим полум'ям, утворюючи тверду кульку, яка руйнується.

Поліуретанові волокна ( ПУ )  - спандекс, лайкра.

Сучасні поліуретанові волокна  займають особливе місце у виробництві текстильних матеріалів як високо еластичні волокна (спандекс). Ці волокна здатні розтягуватися як каучук та гумка, на 600—800 % без втрати міцності з практично миттєвим поверненням до вихідного стану. За по­казником волого поглинання волокна близькі до поліамідів. При температурі, вищій ніж 120 °С відбувається значна втрата міцності, що зумовлює оптимальну темпе­ратуру (90 °С) для процесів заключної обробки. Під дією світла поліуретанові волокна жовтіють, однак механічна міцність при цьому майже не  втрачається.  Гігроскопічність 0,9 %. Волокна типу спандекс випускаються у вигляді безперервної нитки і рідше — у вигляді штапелю. Часто  ПУ нитка обплітається нитками із бавовни, віскоз­ного та поліамідного волокна, що захищає її від дії світла. У сумішах ПУ з нерозтяжними нитками отримують тканини та трикотажні полотна для виробів швейної промисловості. Так, для забезпечення еластичної розтяжності на рівні 15—30 % вміст  ПУ ниток складає 2—4 % . Найвідоміше сьогодні  ПУ волокно – лайкра. Горить спандекс аналогічно лавсану.

Полівінілспиртові волокна ( ПВс ) – вінол. Волокна виготовляють з полівінілового спирту.  Вінол — це найдешевше, гігроскопічне (5…8 %) синтетичне волокно, стійке до тертя, в мокрому стані втрачає І5…25 % міцності. При температурі 200 °С збігається від тепла, при 220… 230 °С розм'якшується. Використовують вінол як у чистому вигляді, так і в поєднанні з віскозними або натуральними волокнами для виготовлення тканин побутового призначення. Водорозчинні ПВс волокна і нитки вико­ристовують у медицині як шовні матеріали, які розсмоктуються у тілі людини через певний час. Водонерозчинні волокна мають хороші санітарно-гігієнічні властивості, що забезпечує комфортність виробів у експлуатації; це вигідно відрізняє ПВс від інших синтетичних волокон. Водночас волокна мають високу хемостійкість (кислоти, луги), вони стійкі до мікроорганіз­мів, дії світла і світло погоди. Волокна  морозо- та теплостійкі. Зі зниженням температури їх міцність зростає, а подовження зменшується, однак жорсткість при цьому різко збільшується. У вогні спікається, горить жовтим полум'ям, утворюючи тверду кульку світло-бурого кольору.

Питання для самоконтролю

1. Яка стійкість синтетичних волокон до дії бактерій, мікроорганізмів, плісняви?

2.Якими фізико-механічними властивостями володіють поліамідні волокна(ПА)?

3. Які синтетичні волокна використовують як замінники вовни при вироб­ництві тканин?