Дипломная работа: Производство химических волокон

Карбоцепные волокна. К этому классу синтетических волокон относят волокна, макромолекулы которых содержат в основной цепи только атомы углерода.

Вырабатываемые карбоцепные волокна подразделяются на полиакрилонитрильные, поливинилхлоридные, поливинилспиртовые, полиолефиновые и фторсодержащие.

Полиакрилонитрильные волокна (нитрон, орлон и др.) получают из полимера и сополимеров нитрила акриловой кислоты.

Поливинилхлоридные волокна вырабатывают из полимеров и сополимеров ВХ (волокно типа ровиль) и винилденхлорида (волокно совиден, саран и др.), а также из хлорированного ПВХ (волокно хлорин).

Поливинилспиртовы, полиолефиновые и фторсодержащие волокна получают соответственно из поливинилового спирта (волокно винол, куралон), полиолефинов (полиэтиленовые и полипропиленовые волокна) и фторсодержащих полимеров (волокно тефлон, фторлон).

Важные преимущества химических волокон перед волокнами природными - широкая сырьевая база, высокая рентабельность производства и его независимость от климатических условий. Многие химические волокна обладают также лучшими механическими свойствами (прочностью, эластичностью, износостойкостью) и меньшей сминаемостью. Недостаток некоторых химических волокон, например полиакрилонитрильных, полиэфирных, - низкая гигроскопичность.

1. Химические волокна

1.2 Полиамидные и полиэфирные волокна

Волокна используют главным образом для изготовления одежды. Кроме этого, значительное количество их расходуется на изготовление всевозможных технических тканей и изделий, высокопрочной кордной ткани, фильтровальных тканей, рыболовных снастей, веревок, канатов и тд. Натуральных волокон не достаточно для удовлетворения все возрастающих потребностей населения в текстильных товарах, а для технических изделий натуральные волокна во многих случаях непригодны, т.к не обладают необходимым комплексом особых свойств (высокой термостойкостью, прочностью, хемостойкостью, биостойкостью и т.д.). Кроме того, производство натуральных волокон является очень трудоемким и дорогостоящим. Поэтому возникла необходимость в разработке промышленных способов получения волокон искусственным путем.

Производство химических волокон ввиду их высокой рентабельностью и огромной сырьевой базы растет очень интенсивно. Быстрому росту производства химических волокон в большой степени способствует их высокие характеристики.

Наиболее быстрыми темпами развития производства синтетических волокон - полиамидных (капрон, анид), полиэфирных (лавсан), что объясняет их ценными свойствами (высокая прочность в эластичности, устойчивость к многократным деформациям и т.д.) полиамидные и полиэфирные волокна выпускаются в виде текстильной и высокопрочной кордных нитей, волокна и мононитей различной линейной плотности. Особенно большое значение имеют синтетические волокна для производства некоторых видов технических изделий. Например, корд для авиационных и тяжелых грузовых пневматических шин, электроизоляционные материалы, фильтровальные ткани для химической промышленности и т.д. Так же высокопрочные нити или ткани из капрона и нейлона применяются для изготовления каркаса автомобильных и авиационных резиновых шин. Такие шины обладают повышенной ходимостью и надежностью.

1.2 Полиамидные волокна

Полиамидными волокнами называются синтетические волокна, получаемые из линейных полимеров, макромолекулы которых содержат амидные группы . Широкое промышеленное развитие получили полиамидные волокна, изготовливаемые из алифатических полиамидов. Макромолекулы этих полиамидов, наряду с амидными группами, содержат метиленовые группы .

Поликапроамидные волокна формуют из поликапроамида - полимера, полимера синтезированного из капролактама. Эти волокна выпускаются в разных странах под различными названиями, например "капрон" (СССР), "дедерон" (Германия), "найлон 6" (США).

Поликапроамид представляет собой твердый белый полупрозрачный продукт с ММ 15000 - 25000. При повышенной температуре в присутсвии кислорода поликапроамид подвергается деструкции.

Полигексаметиленадипамидные волокна ( "анид" (СССР), "найлон 6,6" (США) и др.), . Этот полимер получают из соли АГ:

Полиэнатоамидные волокна ( энант (СССР), "найлон 7" (США)) формируют из полиэнантоамида - полимера, полученного поликонденсацией ω - аминоэнантовой кислоты.

Полиундеканамидные волокна ( ундекан, найлон 11, киана), вырабатываемые из полиундеканамида - полиамида, синтезированного из

ω - аминоундекановой кислоты.

1.3 Полиэфирные волокна

Название данного вида синтетического волокна определено химической природой полимера - сложного полиэфира, из которого получают эти волокна. К сложным полиэфирам относятся высокомолекулярные вещества с общей формулой , макромолекулы которых состоят из элементарных звеньев, соединенных между собой сложноэфирной связью . Этот класс включает как натуральные (янтарь, шелк и др.) синтетические полиэфиры. Полиэфирные волокна на основе полиэтилентерефталата (ПЭТ) выпускаются под названиями "лавсан" (СССР), "дакрон" (США), "тетерон" (Япония), "териталь" (Испания).

ПЭТ представляет собой твердое белое непрозрачное вещество, способное плавится при нагревании. При быстром охлаждении расплава полимера образуется твердый прозрачный продукт, кристаллизующийся при температуре выше 80ºС. Полимер стоек во многих органических растворителях (ацетоне, этилацетате, ксилоле, диоксане и т.д.), но растворяется в фенолах и их хлорзамещенных. В щелочах и концентрированных растворах аммиака полимер разрушается.

Химические волокна имеют в основном текстильное назначение и должны характеризоваться очень большим отношением длины к диаметру (>10 000), а также своеобразными механич. свойствами:

1) высокой прочностью (до 1 Гн/м^{2 (} 100 кгс/мм² ));

2) большим относительным удлинением (>5%);

3) эластичностью и быстрым исчезновением деформаций, возникающих под воздействием внешних сил;

4) минимальными пластическими (остаточными) деформациями после снятия нагрузки;

5) максимальной устойчивостью к многократным и знакопеременным нагрузкам. Поэтому для производства химических волокон в качестве сырья используют лишь волокнообразующие полимеры, которые состоят из гибких макромолекул линейной или слаборазветвленной формы, обладающих большой молекулярной когезией. Молекулярная масса этих полимеров должна быть более 15 000, а молекулярно-массовое распределение достаточно узким. Кроме того, эти полимеры должны плавиться без разложения, растворяться в доступных растворителях или переводиться в вязкотекучее состояние какими-либо другими способами.

Таблица 1. Сравнительная характеристика физико-механических свойств химических и натуральных волокон

Волокна	Плотность, кг/м3	Равновесная влажность,%	Относительная разрывная нагрузка, МПа	Относительное удлинение при разрыве,%	Устойчивость к многократным изгибам, число циклов	Устойчивость истиранию (при нагрузке 3кПа)	Тпл , ºС
Капрон
Обычная нить	1140	3.5-3,9	46-51	20-32	25000-28000	1500-2170	196-216
Прочная нить	1140	69-85.5	15-16	16000-30000	1400-2230	196-216
Найлон
Обычная нить	1140	3,3-3,8	39-46	23-32	11000-14000	1000-1040	235-255
Прочная нить	1140	74-79	14-16	27700-34000	3600-4100	235-255
Лавсан
Обычная нить	1380	0.4-0,5	48-62	15-20	9000-12000	1250-1360	235-255
Упрочненная нить	1380	0,4-0,5	69-83	9-12	7200-14000	450-680	235-255
Волокно	1380	41-55	25-40	21000-30000	-	235-255
Хлопок	1520	7,5-9.0	40-60	7-8	-	-	-
Шерсть	1320	13-15	15-20	30-40	-	-	-
Шелк натуральный	1320	11	33-42	20-25	-	-	-

2. Производство капроновых нитей и волокон

Процесс получения капроновых нитей и волокон хорошо изучен и непрерывно развивается. Ассортимент нитей, рассчитанный на удовлетворение потребностей различных отраслей народного хозяйства, включает нити текстильного и технологического назначения.