Волокна минулого, сьогодення та майбутнього. Вибір шляху – не просте завдання. Хімічні волокна та нитки Неткані матеріали з хімічних волокон

Використання: виготовлення неорганічних волокон, розчинних у фізіологічних рідинах. Описані неорганічні волокна, вакуумні попередні заготівлі яких мають усадку 3,5% або менше при експонуванні при 1260°С протягом 24 год. збільшення усадки вище 3,5%. Переважний діапазон волокон має усадку 3,5% або менше при експонуванні при 1500°С протягом 24 год і може містити, мас.%: SrO 53,2-57,6, Al 2 O 3 30,4-40,1, SiO 2 5,06-10,1. Технічне завдання ізоретенія - зменшення усадки заготівлі. 2 с. та 15 з.п. ф-ли, 4 табл.

Винахід стосується штучних волокон із неорганічного оксиду. Винахід стосується також продуктів, виготовлених з таких волокон. Неорганічні волокнисті матеріали добре відомі і широко застосовуються для багатьох цілей (наприклад, як теплоізоляція або акустична ізоляція у насипній формі, у формі матів або покриву, у вигляді утворених у вакуумі форм, у вигляді утворених у вакуумі картону та паперу та у вигляді канатів, пряжі або текстилю; У більшості цих застосувань властивості, через які використовують неорганічні волокнисті матеріали, вимагають стійкості до тепла та часто стійкості до агресивного хімічного середовища. Неорганічні волокнисті матеріали можуть бути склоподібними, або кристалічними. Азбест є неорганічним волокнистим матеріалом, одна з форм якого, як передбачається, причетна до респіраторного захворювання. Все ще неясно, яким є причинний механізм, який зв'язує деякі види азбесту із захворюванням, проте деякі дослідники вважають, що цей механізм є механічним і пов'язаний із розміром частинок. Азбест з критичним розміром частинок може проникати в клітини в тілі і таким чином, за допомогою тривалого пошкодження клітини, що повторюється, надавати несприятливу дію на здоров'я. Чи є цей механізм істинним чи ні, але регулюючі органи наказали вимогу, щоб будь-який неорганічний волокнистий продукт, що має респіраторну фракцію, був класифікований як шкідливий для здоров'я, незалежно від того, чи є якийсь доказ на підтримку такої класифікації. На жаль, для багатьох додатків, для яких використовують неорганічні волокна, немає реальних замінників. Таким чином, існує потреба в неорганічних волокнах, які будуть надавати найменшу можливу небезпеку (якщо така буде) і для яких є об'єктивні причини, щоб вважати їх безпечними. Було запропоновано один напрямок у дослідженнях, що полягає в тому, що були б виготовлені неорганічні волокна, які були достатньо розчинними у фізіологічних рідинах, щоб їхній час перебування в тілі людини був коротким; у цьому випадку пошкодження не мало б місця або, принаймні, було зведено до мінімуму. Оскільки небезпека пов'язаного з азбестом захворювання залежить, мабуть, дуже сильно від тривалості експозиції з ним, ця ідея є розумною. Азбест є виключно нерозчинним. Оскільки міжклітинною рідиною в природі є сольовий (фізіологічний) розчин, давно було визнано важливість розчинення волокон у сольовому розчині. Якщо волокна розчиняються у фізіологічному сольовому розчині, то за умови, що розчинені компоненти не є токсичними, волокна повинні бути безпечнішими, ніж волокна, які нерозчинні. Чим коротший час перебування волокна в тілі, тим менше пошкодження може викликати. Такі волокна наведені як приклади у більш ранніх Міжнародних Патентних заявках заявника WO93/15028 та WO94/15883, які описують розчинні в сольовому розчині волокна, що використовуються при температурах 1000 o C та 1260 o C відповідно. Інший напрямок досліджень передбачає, що волокна, що гідратуються, які втрачають свою волокнисту природу в рідинах тіла, можуть представляти інший шлях до "безпечних" волокон, у тому випадку, коли причиною, що викликає пошкодження, є форма і розмір волокон. Цей шлях описаний в Європейських Патентних заявках N 0586797 і N 0585547, метою яких є забезпечення композицій, що не містять діоксиду кремнію і які описують дві композиції алюмінату кальцію (одну, що містить 50/50 мас.% оксиду алюмінію/кальцинованої вапна, а іншу, /30 мас.% оксиду алюмінію/кальцинованого вапна з добавками 5% CaSO 4 і 2% інших оксидів). Такі волокна легко гідратуються з втратою їх волокнистої природи. Азбест не гідратується і, мабуть, зберігає свою волокнисту структуру рідинах тіла ефективно протягом необмеженого часу. Було виявлено, що композиції алюмінату стронцію, мабуть, не утворюють волокон, коли продукти з розплаву, в той час як такі композиції, що включають добавки, такі як діоксид кремнію, дійсно утворюють волокна при дутті з розплаву. Очевидно, такі волокна гідратуються подібно до волокон з алюмінату кальцію і, крім того, виявляють потенціал для високотемпературного використання. Утворені у вакуумі попередні заготовки (форми) деяких таких волокон виявляють усадки 3,5% або менше при експонуванні при 1260 o C протягом 24 годин; деякі виявляють усадки 3,5% або менше при експонуванні при 1400 o C протягом 24 годин, і деякі навіть виявляють усадки 3,5% або менше при експонуванні при 1500 o C протягом 24 годин. Такі волокна забезпечують високотемпературні гідратовані волокна, застосовні у зазначених вище продуктах. Відповідно до цього даний винахід забезпечує неорганічне волокно, вакуумно відлита попередня заготівля (форма) якого має усадку 3,5% або менше при експонуванні при 1260 o C протягом 24 годин, волокно, що містить SrO, Al 2 O 3 і достатню кількість волокноутворювальної добавки для утворення волокна, але недостатня (не така велика) для збільшення усадки вище 3,5%. Переважно волокноутворююча добавка містить SiO 2 і складові SrO, Al 2 O 3 і SiO 2 становлять щонайменше 90 мас.% (більш переважно щонайменше 95 мас.%) композиції волокна. Обсяг даного винаходу чітко визначений у формулі винаходу, що додається, з посиланням на наступний опис. У наступному викладі в тих випадках, коли згадується розчинне в сольовому розчині волокно, слід розуміти, що йдеться про волокно, що має загальну розчинність більше 10 ppm (м.д.) в сольовому розчині при вимірі описаним нижче способом і, переважно, має більш високу розчинність. Експериментальні результати описані нижче з посиланням на таблиці 1, 2 та 3. Таблиця 1 показує ряд композицій, які були розплавлені та продуті загальноприйнятими способами. Ті композиції, які вказані як "&", не утворювали волокна потрібною мірою, але утворювали сферичний порошок. Для кожної з цих композицій показаний проаналізований склад мас. % (отриманий за допомогою рентгенівського флуоресцентного аналізу). Якщо дана цифра "<0,05", это означает, что соответствующий компонент не мог быть обнаружен. Благодаря природе рентгеновских флуоресцентных измерений (которые чувствительны к окружающей среде) общее количество материала, обнаруживаемого этим анализом, может доходить до 100% или превышать 100%, и в данной патентной заявке (в том числе в описании, формуле изобретения и реферате) эти числа не были нормализованы до 100%. Однако для каждой композиции указывается общее количество анализируемого материала и можно видеть, что отклонение от 100% является небольшим. В столбце, названном "Относительный мас. процент", указаны мас. % SrO, Al 2 O 3 и SiO 2 по отношению к сумме этих компонентов. За исключением случаев, когда контекст дает иные указания, любые проценты, указанные в данной заявке, являются процентами, полученными рентгеновским флуоресцентным анализом, а не абсолютными процентами. Таблица 2 показывает (в том же порядке, что и в Таблице 1) данные усадки и растворимости для волокнообразующих композиций. Растворимость выражена как части на млн. В растворе, как измерено описанным ниже способом. Все указанные выше композиции и включая линию A Таблиц 1 и 2 включительно содержат 2,76 мас.% или менее SiO 2 . Можно видеть, что большинство этих композиций не образовывали волокна. Некоторые из этих волокон включают в себя Na 2 O в количествах 2,46 мас.% или более для содействия образованию волокна, но обнаруживают плохие характеристики усадки при температурах более 1000 o C (т.е. имеют усадку более 3,5% при измеренной температуре). Одно волокно (SA5 (2,5% K 2 O/SiO 2)), содержащее 1,96% K 2 O и 2,69% SiO 2 , имеет приемлемую усадку при 1260 o C. Таким образом, можно видеть, что "чистые" алюминаты стронция не образуют волокон, тогда как посредством добавления волокнообразующих добавок, например, SiO 2 и Na 2 O, могут быть образованы волокна. Характеристики усадки полученных волокон зависят от примененных добавок. Волокна, представленные ниже линии A и выше и включая линию В, имеют содержание SrO менее 35 мас.% и имеют плохие характеристики усадки. Волокна, показанные ниже линии В, имеют содержание SrO более 35 мас.% и, в случае измерения, обнаруживают приемлемую усадку при 1260 o C. Волокно линии С содержит 2,52 мас.% CaO и это, по-видимому, вредит характеристикам при 1400 o C. Волокна, представленные ниже линии D и выше и на линии E, имеют содержание Al 2 O 3 более 48,8 мас.%, что, по-видимому, неблагоприятно влияет на характеристики волокон при 1400 o C. Волокно ниже линии E имеет содержание SiO 2 14,9 мас.%, что, по-видимому, плохо для характеристик при 1400 o C (см. ниже для показателя при 1500 o C). Дальнейший ограниченный диапазон композиций (показанных жирным текстом в столбце 1400 o C) проявляет тенденцию к приемлемой усадке при 1400 o C. Эти композиции лежат ниже линии C и выше и на линии D Таблиц 1 и 2. Два волокна, указанных в этом диапазоне, которые не удовлетворяют требованию усадки 3,5%, могут быть просто неправильными результатами. Волокна, лежащие ниже линии C и выше линии D и на линии D, были отобраны по относительному мас.% SrO (как определено выше), и можно видеть, что композиции с относительным мас.% SrO, большим, чем 53,7%, и меньшим, чем 59,6%, имеют тенденцию к приемлемым усадкам при 1500 o C. Волокно в этой области, которое не имеет приемлемой усадки при 1500 o C, является волокном с высоким содержанием SiO 2 (12,2 мас.% SiO 2), что подтверждает неблагоприятное действие слишком большого содержания SiO 2 упомянутое выше. Два волокна (SA5a и SA5aII) обнаруживают приемлемую усадку при 1550 o C. Кроме того, можно видеть, что некоторые из этих волокон проявляют очень высокие растворимости и, таким образом, могут обеспечивать применимые трудно перерабатываемые (устойчивые) волокна, которые будут растворяться в жидкостях тела. Все волокна показали гидратацию при введении в водные жидкости. Действительно, они имели тенденцию к некоторой гидратации при образовании предварительных заготовок, которые были использованы для испытания усадки. После 24 часов испытания растворимости в жидкостях физиологического типа гидратация была очень явной. Гидратация имеет форму видимого растворения и переосаждения кристаллов на поверхности волокон, что приводит к потере их волокнистой природы. Для некоторых из композиций при изготовлении вакуумных предварительных заготовок для испытаний использовали диспергирующий и смачивающий агент (Troy EX 516-2 (Trade markof Troy Chemical Corporation)), который является смесью неионогенных поверхностно-активных веществ и химически модифицированных жирных кислот. Это было попыткой уменьшить время экспонирования с водой и, следовательно, степени гидратации. Из таблицы 3 можно видеть (Таблица 3 показывает тот же тип информации, что и Таблица 2), что композиции, в которых использовали диспергирующий агент (указанный как "troy"), имели тенденцию к более высокой усадке, чем идентичная композиция без диспергирующего агента. Предполагается, что это может быть обусловлено частичным гидратационным "смыканием" волокон вместе, так что любое отдельное волокно должно иметь усадку против растяжения поддерживающих волокон вдоль его длины: такое растяжение может приводить к утончению волокна скорее, чем к продольной усадке. В случае использования диспергирующего агента волокна свободны для усадки вдоль их длины. Далее подробно описаны способы измерения усадки и растворимости. Усадку измеряли посредством предложенного ISO стандарта ISO/TC33/SC2/N220 (эквивалент British Standard BS 1920, part 6.1986) с некоторыми модификациями с учетом малого размера образцов. Способ в кратком изложении содержит изготовление вакуумно отлитых предварительных заготовок, с использованием 75 г волокна в 500 куб. см 0,2% раствора крахмала, в приспособлении 120х65 мм. Платиновые штифты (приблизительно 0,5 мм в диаметре) помещали отдельно в 4 углах в виде прямоугольника 100х45 мм. Самые большие длины (L1 и L2) и диагонали (L3 и L4) измеряли с точностью 1 5 мкм, используя передвижной микроскоп. Образцы помещали в печь и доводили до температуры на 50 o C ниже температуры испытания при скорости 300 o C/час и при скорости 120 o C/час для последних 50 o C до температуры испытания и оставляли в течение 24 часов. Величины усадки даны в виде среднего из 4 измерений. Следует отметить, что хотя это стандартный способ измерения усадки волокна, он имеет присущую ему изменчивость, заключающуюся в том, что конечная плотность предварительной заготовки может меняться в зависимости от условий отливки. Кроме того, следует отметить, что волоконный материал будет обычно иметь более высокую усадку, чем предварительная заготовка, изготовленная из того же самого волокна. Поэтому цифру 3,5%, упоминаемую в данной заявке, следует толковать как более высокую усадку в конечном полотне из этого волокна. Растворимость измеряли согласно следующему способу. Волокно сначала нарезали с использованием сита 10 меш. и сферический порошок удаляли ручным просеиванием также через сито 10 меш. Устройство для испытания растворимости содержало вибрационную термостатную водяную баню и раствор для испытаний имел состав, приведенный в табл. 4. Вышеуказанные вещества разбавляли до 1 литра дистиллированной водой для образования солевого раствора, подобного физиологическому раствору. 0,500 г, "равных" 0,003 г нарезанного волокна, взвешивали в пластиковую пробирку центрифуги и добавляли 25 мл (см 3) указанного выше солевого раствора. Волокно и солевой раствор встряхивали тщательно и вводили в вибрационную термостатную водяную баню, поддерживаемую при температуре тела (37 o C 1 o C). Скорость вибратора устанавливали при 20 оборотов/мин. После 24 часов пробирку центрифуги удаляли, всплывающую жидкость декантировали и жидкость пропускали через фильтр (мембрана из фильтровальной бумаги из нитрата целлюлозы 0,45 микрон [типа WCN из Whatman Labsales Limited]) в прозрачный пластиковый флакон. Затем жидкость анализировали одним из двух способов. Первым используемым способом было атомное поглощение с применением машины Thermo Jarrell Ash Smith - Hiefje II. Условия работы были такие же, какие установлены в более ранних Международных Патентных заявках заявителя WO93,15028 и WO 94/15883. Для SrO условия работы были следующими:

ДОВжина ХВИЛІ, (нм) 460,7

ШИРИНА СМУГИ, 0

СТРУМ, (мА) 12

Полум'я, збіднене паливо

Стронцій вимірювали щодо стандартного розчину атомного поглинання (Aldrich 970 мкм/мл). Готували три стандарти, до яких додавали 0,1% KCl (Sr [м.д.] 9,7, 3,9 та 1,9). Зазвичай готували розведення в 10 і 20 разів для вимірювання рівня Sr у зразку. Потім SrO розраховували як 1183xSr. Усі вихідні розчини зберігали у пластикових суліях. У другому використаному способі (який, як було показано, давав результати, що узгоджуються з результатами першого способу), концентрації елементів визначали за допомогою індуктивно зв'язаної плазмової - атомної емісійної спектроскопії відповідно до відомого способу. Описане вище дозволило обговорювати стійкість до усадки попередніх заготовок, експонованих при 1260 o C протягом 24 годин. Це максимальна температура використання волокна. На практиці волокна характеризуються максимальною температурою безперервного використання та більш високою максимальною температурою експонування. Зазвичай у промисловості, при виборі волокна для використання при заданій температурі, вибирають волокно, що має більш високу температуру безперервного використання ніж температура, номінально необхідна для призначеного використання. Це робиться для того, щоб будь-яке випадкове збільшення температури не пошкодило волокна. Цілком звичайною є різниця 100-150 o C. Заявники поки не визначають, яка кількість інших оксидів або інших домішок буде впливати на характеристики волокон, описаних вище, і формула винаходу, що додається, допускає, у разі, якщо волокноутворюючою добавкою є SiO 2 , до 10 мас .% матеріалів, інших, ніж SrO, Al 2 O 3 і SiO 2 хоча це не слід розглядати як обмеження. Хоча наведений вище опис посилається на виготовлення волокон дуттям з розплаву, цей винахід не обмежується дуванням, але також охоплює витягування та інші способи (технології), в яких волокна утворюються з розплаву, а також включає волокна, виготовлені будь-яким іншим способом.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Неорганічне волокно, що містить SrO і Al 2 O 3 відрізняється тим, що вакуумна попередня заготівля волокна має усадку 3,5% або менше при витримці при 1260 o С протягом 24 год і волокно має склад алюмінату стронцію, що включає SrO, Al 2 O 3 і волокноутворюючу добавку, достатню для утворення волокна, але не настільки велику, щоб збільшити усадку вище 3,5% і у разі, коли є SiO 2 , кількість SiO 2 менш ніж 14,9 мас.%. 2. Неорганічне волокно по п.1, яке відрізняється тим, що волокноутворююча добавка містить SiO 2 і складові SrO, Al 2 O 3 і SiO 2 складають щонайменше 90 мас.% складу волокна. 3. Неорганічне волокно по п.2, яке відрізняється тим, що складові SrO, Al 2 O 3 і SiO 2 складають щонайменше 95 мас.% складу волокна. 4. Неорганічне волокно за будь-яким попереднім пунктом, яке відрізняється тим, що містить 35 мас.% або більше SrO. 5. Неорганічне волокно за будь-яким попереднім пунктом, яке відрізняється тим, що містить SrO 41,2 - 63,8 мас.% і Al 2 O 3 29,9 - 53,1 мас.%. 6. Неорганічне волокно по п.5, яке відрізняється тим, що містить більш ніж 2,76 мас.% SiO 2 . 7. Неорганічне волокно за будь-яким попереднім пунктом, яке відрізняється тим, що вакуумна попередня заготовка має усадку 3,5% або менше при витримці при 1400 o С протягом 24 год. 8. Неорганічне волокно за п. 7, яке відрізняється тим, що кількість Al 2 O 3 становить 48,8 мас.% або менше. 9. Неорганічне волокно за будь-яким попереднім пунктом, яке відрізняється тим, що вакуумна попередня заготовка має усадку 3,5% або менше при витримці при 1500 o С протягом 24 год. SrO щодо загальної кількості SrO плюс Al 2 O 3 плюс SiO 2 знаходиться в межах від більш ніж 53,7 мас.% до менш ніж 59,6 мас.%. 11. Неорганічне волокно по п.10, яке відрізняється тим, що містить, мас. %:

SrO - 53,2 - 57,6

Al 2 O 3 - 30,4 - 40,1

SiO 2 - 5,06 - 10,1

12. Неорганічне волокно за будь-яким попереднім пунктом, яке відрізняється тим, що містить Na 2 O в кількості менш ніж 2,46 мас.%. 13. Неорганічне волокно за будь-яким попереднім пунктом, яке відрізняється тим, що вакуумна попередня заготовка має усадку 3,5% або менше при витримці при 1550 o С протягом 24 год. мас. %:

SrO - 53,2 - 54,9

Al 2 O 3 - 39,9 - 40,1

SiO 2 - 5,06 - 5,34

15. Неорганічне волокно за будь-яким попереднім пунктом, яке відрізняється тим, що воно є розчинним у сольовому розчині волокном. 16. Неорганічне волокно за будь-яким попереднім пунктом, яке відрізняється тим, що воно є розчинним гідратованим в сольовому розчині волокном. 17. Спосіб отримання волокон з розплаву, який відрізняється тим, що розплав містить переважно SrO і Al 2 O 3 , який для утворення волокон додають незначні кількості SiO 2 .

Крім перерахованих існують волокна з природних неорганічних сполук. Вони діляться на натуральні та хімічні.

До натуральних неорганічних волокон відноситься азбест-тонковолокнистий силікатний мінерал. Азбестові волокна вогнестійкі (температура плавлення азбесту досягає 1500 ° С), лужно-і кислототривкі, нетеплопровідні.

Елементарні волокна азбесту об'єднані в технічні волокна, які є основою для ниток, що використовуються для технічних цілей та при виробленні тканин для спеціального одягу, здатних витримувати високі температури та відкритий вогонь.

Хімічні неорганічні волокна поділяють на скловолокна (кремнієві) і металовмісні.

Кремнієві волокна, або скловолокна, виготовляють із розплавленого скла у вигляді елементарних волокон діаметром 3-100 мкм та дуже великої довжини. Крім них виготовляють штапельне скловолокно діаметром 0,1-20 мкм та довжиною 10-500 мм. Скловолокно негорюче, хемостійке, має електро-, тепло-, звукоізоляційні властивості. Використовується для виготовлення стрічок, тканин, сіток, нетканих полотен, волокнистих полотен, вати для технічних потреб у різних галузях господарства країни.

Металеві штучні волокна виробляють у вигляді ниток шляхом поступового витягування (волочіння) металевого дроту. Так одержують мідні, сталеві, срібні, золоті нитки. Алюмінієві нитки виготовляють нарізуючи плоску алюмінієву стрічку (фольгу) на тонкі смужки. Металеві нитки можна надати різні кольори нанесенням на них кольорових лаків. Для надання більшої міцності металевим ниткам їх обвивають нитками із шовку чи бавовни. Коли нитки покривають тонкою синтетичною захисною плівкою, прозорою або кольоровою, отримують комбіновані металеві нитки - метлон, люрекс, алюніт.

Виробляються металеві нитки наступних видів: округла металева нитка; плоска нитка у вигляді стрічки – плющенка; кручена нитка - мішура; плющенка, скручена з шовковою або бавовняною ниткою, - пасмо.

Крім металевих виготовляють металізовані нитки, які є вузькими стрічками з плівок з металевим покриттям. На відміну від металевих металізовані нитки більш пружні та легкоплавкі.

Металеві та металізовані нитки використовують для вироблення тканин та трикотажу для вечірніх суконь, золотошвейних виробів, а також для декоративного оздоблення тканин, трикотажу та штучних виробів.

Кінець роботи -

Ця тема належить розділу:

Загальні відомості про волокна. Класифікація волокон. Основні властивості волокон та їх розмірні характеристики

При виробництві швейних виробів використовують найрізноманітніші матеріали це тканини трикотаж неткані матеріали натуральна і штучна.. знання будови цих матеріалів вміння визначати їх властивості.

Якщо Вам потрібний додатковий матеріал на цю тему, або Ви не знайшли те, що шукали, рекомендуємо скористатися пошуком по нашій базі робіт:

Що робитимемо з отриманим матеріалом:

Якщо цей матеріал виявився корисним для Вас, Ви можете зберегти його на свою сторінку в соціальних мережах:

Твітнути

Всі теми цього розділу:

Лекція 1
Вступ. Волокнисті матеріали 1. Цілі та завдання курсу «Матеріалознавство швейного виробництва». 2. Загальні відомості про

Бавовняне волокно
Бавовною називають волокна, що покривають насіння однорічної рослини бавовнику. Бавовник - рослина теплолюбна, що споживає велику кількість вологи. Виростає у спекотних районах. Изв

Натуральні волокна тваринного походження
Основною речовиною, що становить натуральні волокна тваринного походження (вовни і шовку), є білки, що синтезуються в природі, - кератин і фіброїн. Відмінність у молекулярній структурі

Натуральний шовк
Натуральним шовком називають тонкі безперервні нитки, що виділяються залозами гусениць шовкопрядів при завивці кокона перед лялечкою. Основне промислове значення має шовк одомашненого тутового.

Б. Хімічні волокна
Ідея створення хімічних волокон знайшла своє втілення наприкінці ХІХ ст. завдяки розвитку хімії. Прототипом процесу одержання хімічних волокон послужило утворення нитки шовкопряд.

Штучні волокна
До штучних відносять волокна з целюлози та її похідних. Це віскозне, триацетатне, ацетатне волокна та їх модифікації. Віскозневолокно виробляється з целюлоз

Синтетичні волокна
Поліамідні волокна. Волокно капрон, що застосовується найбільш широко, одержують із продуктів переробки кам'яного вугілля та нафти. Під мікроскопом поліамідні волокна є

Види текстильних ниток
Базовим елементом тканини чи трикотажного полотна є нитка. За структурою текстильні нитки діляться на пряжу, комплексні нитки та мононитки. Ці нитки називаються первинними

Основні процеси прядіння
Волокниста маса натуральних волокон після збирання та первинної обробки надходить на прядильну фабрику. Тут із відносно коротких волокон виробляють безперервну міцну нитку - пряжу. Цей п

Ткацьке виробництво
Тканиною називають текстильне полотно, утворене переплетенням двох взаємно перпендикулярних систем ниток на ткацькому верстаті. Процес утворення тканини називають ткацтвом

Оздоблення тканин
Тканини, зняті з ткацького верстата, називають суворими або суворими тканинами. Вони містять різні домішки та забруднення, мають некрасивий зовнішній вигляд та непридатні для виготовлення швейних виробів.

Бавовняні тканини
При очищенні та підготовці бавовняні тканини піддаються прийманню та розбраковуванню, обпалюванню, розшліхтуванню, відбілюванню (білінню), мерсеризації, ворсуванню. Очищення та по

Льняні тканини
Очищення та підготовку лляних тканин зазвичай ведуть так само, як у бавовняному виробництві, але обережніше, повторюючи операції кілька разів. Це пов'язано з тим, що лляне во

Вовняні тканини
Вовняні тканини поділяють на гребінні (камнольні) і суконні. Вони відрізняються один від одного на вигляд. Гребінні тканини тонкі, з чітким малюнком ткацького переплетення. Суконні - більше тол

Натуральний шовк
Очищення та підготовка натурального шовку здійснюється в наступному порядку: приймання та розбракування, обпалювання, відварювання, біління, пожвавлення вибілених тканин. При при

Тканини із хімічних волокон
Тканини зі штучних та синтетичних волокон не мають природних домішок. На них можуть перебувати в основному легкозмивні речовини, такі як шліхта, мило, мінеральна олія та ін.

Волокнистий склад тканин
Для виготовлення одягу використовують тканини, виготовлені з натурального (вовна, шовк, бавовна, льон), штучного (віскозний, полінозний, ацетатний, мідно-аміачний і т. д.), синтетичного (лавса

Способи визначення волокнистого складу тканин
Органолептичним називається спосіб, при якому волокнистий склад тканин встановлюють, користуючись органами почуттів - зором, нюхом, дотиком. Оцінюють зовнішній вигляд тканини, її туші, зминання

Переплетення тканин
Розташування ниток основи та качка щодо один одного, їх взаємозв'язок визначають будову тканини. Потрібно підкреслити, що на будову тканин впливають: вид та будова ниток основи та качка тканини

Оздоблення тканин
Оздоблення, що надає товарний вигляд тканинам, впливає на такі її властивості, як товщина, жорсткість, драпірованість, зминання, повітропроникність, водостійкість, блиск, усадка, вогнестійкість

Щільність тканини
Щільність є суттєвим показником будови тканин. Від щільності залежать маса, зносостійкість, повітропроникність, теплозахисні властивості, жорсткість, драпірованість тканин. Кожне з

Фази будови тканин
При переплетенні основні та уткові нитки взаємно згинають одна одну, у результаті розташовуються хвилеподібно. ступінь вигину основних та уткових ниток залежить від їх товщини та жорсткості, виду п

Структура поверхні тканини
Залежно від структури лицьового боку тканини поділяються на гладкі, ворсові, ворсисті та валяні. Гладкими називаються тканини, що мають чіткий малюнок переплетення (бязь, ситець, сатин). У процесі про

Властивості тканин
План: Геометричні властивості Механічні властивості Фізичні властивості Технологічні властивості Тканини, вироблені з ниток і пряжі

Геометричні властивості
До них відносять довжину тканини, її ширину, товщину та масу. Довжину тканини визначають її виміром у напрямку ниток основи. При настиланні тканини перед розкроєм довжина шматка

Механічні властивості
У процесі експлуатації одягу, а також під час переробки тканини піддаються різноманітним механічним впливам. Під цими впливами тканини розтягуються, згинаються, зазнають тертя.

Фізичні властивості
Фізичні властивості тканин діляться на гігієнічні, теплозахисні, оптичні та електричні. Гігієнічними прийнято вважати властивості тканин, що істотно впливають на кому

Зносостійкість тканини
Зносостійкість тканин характеризується їхньою здатністю протистояти руйнівним факторам. У процесі використання швейних виробів на них діють світло, сонце, волога, розтягування, стиснення, кручення.

Технологічні властивості тканин
У процесі виробництва та експлуатації одягу проявляються такі властивості тканин, які обов'язково треба враховувати при конструюванні одягу. Ці властивості суттєво впливають на технологічно

Прокладочні матеріали
5. Клейові матеріали. 1. Асортимент тканин По виду сировини весь асортимент тканин ділиться на бавовняні, лляні, вовняні та шовкові. До шовкових відносяться

Клейові матеріали
Напівжорстка прокладна тканина з точковим поліетиленовим покриттям - це бавовняна тканина (бязь або мадаполам), покрита з одного боку порошком поліетилену під високим тиском.

Вибір матеріалів для швейного виробу
При виробництві швейних виробів використовують найрізноманітніші матеріали: тканини, трикотажні та неткані полотна, дубльовані, плівкові матеріали, натуральне та штучне хутро, натуральну та майстерність.

Якість продукції
При виготовленні одягу та інших швейних виробів використовують тканини, трикотажні та неткані полотна, плівкові матеріали, штучні шкіру та хутро. Усю сукупність цих матеріалів називають асортиментом.

Якість матеріалів для одягу
Для виготовлення гарного одягу необхідно використовувати високоякісні матеріали. Що таке якість? Під якістю виробу розуміють поєднання властивостей, які характеризують ступінь придатності.

Сортність матеріалів
Усі матеріали на заключному етапі виробництва контролюються. При цьому оцінюють рівень якості матеріалу та встановлюють сорт кожного шматка. Сортом називають градацію якості продукції.

Сортність тканин
Велике значення має визначення сортності тканин. Сорт тканини визначають комплексним методом оцінки рівня якості. При цьому відхилення показників фізико-механічних властивостей від норм,

Пороки зовнішнього вигляду тканин
порок Вид пороку Опис Етап виробництва, при яких виникає порок Засо

Стаття Г.Е.Кричевського, Д.т.н., проф., засл.діяч науки РФ

Вступ

Нині найрозвиненіші країни переходять у 6-му технологічному укладу, а й за ними підтягуються що розвиваються. В основі цього устрою (постиндустріальне суспільство) лежать нові, проривні технології та, насамперед, нано-, біо-, інфо-, когніто-, соціальні технології. Ця нова парадигма розвитку цивілізації зачіпають усі галузі практик людини, що впливає на всі технології попередніх укладів. Останні не зникають, але суттєво видозмінюються, модернізуються. Але, головне, якісна зміна – це поява нових технологій, перехід їх на комерційний рівень, впровадження продуктів цих технологій та модифікованих традиційних технологій у повсякденне життя цивілізованої людини (медицина, транспорт усіх видів, будівництво, одяг, інтер'єр та аксесуари вдома, спорт, армія) , засоби комунікації та ін.).

Кричевський Г.Є. - Професор, доктор технічних наук, заслужений діяч РФ, експерт ЮНЕСКО, академік РІА та МІА, Лауреат Держпремії МСР, член Нанотехнологічного товариства Росії.

Не оминув цей тектонічний, технологічний зсув і область виробництва волокон, без яких не тільки виробництво текстилю всіх видів, але багатьох технічних виробів традиційних і нетрадиційних областей застосування (композити, медичні імплантати, дисплеї та ін.) не можливе.

Історія

Історія волокон - це історія людства, від первісного існування до сучасного постіндустріального суспільства. Без одягу, домашнього інтер'єру, без технічного текстилю немислимий побут, культура, спорт, наука, техніка, медицина. Але всі види текстилю не існують без волокон, які в той же час є лише сировиною, але без якої неможливо зробити всі види текстилю та інші матеріали, що містять волокна.

Цікаво відзначити, що багато тисяч років тому, починаючи з кінця ери палеоліту (~ 10-12 тис. років до н.е.) і до кінця 18-го століття, людина використовувала виключно, тільки природні (рослинного та тваринного походження) волокна . І тільки перша промислова революція (другий технологічний уклад - середина 19-го століття) і, звичайно, успіхи в науці і, перш за все, хімії та хімічних технологій породили перше покоління хімічних волокон (гідратцелюлозних - мідноаміачних та віскозних). З цього моменту і до теперішнього часу виробництво хімічних волокон розвивалося надзвичайно швидко в кількісному (обігнали за 100 років виробництво природних волокон) та по ряду позицій у якісному відношенні (суттєве покращення споживчих властивостей). Коротко історія волокон представлена ​​таблиці 1, з якої випливає, що історія хімічних волокон пройшла три етапи, а останній ще не закінчився і третє, молоде покоління хімічних волокон проходить етап свого формування. НЕБІЛЬКИЙ ТЕРМІНОЛОГІЧНИЙ ВІДСТУП

Є розбіжність у російських (раніше радянських) та міжнародних термінах. Відповідно до радянської, російської термінології волокна діляться на природні (рослинні, тварини) і хімічні (штучні та синтетичні).

Задамо собі питання «а хіба все суще, що нас оточує, не складається з хімічних елементів та речовин?». І тому є хімічними і, отже, природні волокна теж хімічні. Чудові радянські вчені, які запропонували цей термін «хімічні», були, насамперед, хіміками-технологами і вкладали в цей термін сенс того, що їх виготовляє не природа (біохімія), а виробляє за хімічними технологіями людина. На перше місце поставлено, домінує у цьому терміні хімічна технологія.

Міжнародна термінологія всі штучні та синтетичні волокна (полімери) позначає на противагу природним (natural) – нерукотворним, як зроблені руками людини (рукотворні) – manmade fibres. Таке визначення на мій погляд більш правильне. З розвитком хімії полімерів та технологій виробництва волокон термінологія у цій галузі теж розвивається, уточнюється, ускладнюється. Використовуються такі терміни, як полімерні волокна і неполімерні, органічні, неорганічні, нанорозмірні волокна, волокна, наповнені наночастинками, отримані з використанням генної інженерії та ін.

Приведення у відповідність термінології з досягненнями у виробництві волокон третього покоління триватиме; за цим треба стежити і виробникам та споживачам волокон, щоб розуміти одне одного.

Нове, третє покоління високоефективних волокон.

Волокна третього покоління з такими властивостями у зарубіжній літературі називають ВЕВ – високоефективними волокнами (HPF – High Performance Fibers) та до них поряд з новими полімерними волокнами відносять вуглецеві, керамічні та нові види скляних волокон.

Третє, нове покоління волокон почало формування в кінці 20-го століття і продовжує розвиватися в 21-му столітті, і характеризується підвищеною вимогою до їх експлуатаційних властивостей у традиційних та нових сферах застосування (аерокосмічна, автомобілебудування, інші види транспорту, медицина, спорт, армія , Будівництво). Ці сфери застосування пред'являють підвищені вимоги до фізико-механічних властивостей, термо-, вогне-, біо-, хемо-, радіаційної стійкості.

Задовольнити повністю цей комплекс вимог асортиментом природних та хімічних волокнами 1-го та 2-го покоління не вдається. На допомогу приходять успіхи в галузі хімії та фізики полімерів, фізики твердого тіла та виробництво на цій основі ВЕВ.

З'являються (синтезуються) полімери з новими хімічною будовою та фізичною структурою, отримані за новими технологіями. Встановлення залежності, причинно-наслідкових зв'язків між хімією, фізикою волокон та їх властивостями лежить в основі створення волокон 3-го покоління із заздалегідь заданими властивостями і, насамперед, з високою розривною міцністю, міцністю до тертя, вигину, тиску, пружністю, термо- та вогнестійкістю.

Як видно з табл.1, де представлена ​​історія волокон, розвиток волокон відбувається таким чином, що попередні види волокон з появою нових не зникають, а продовжують використовуватися, але значущість їх зменшується, а нових зростає. Це закон історичної діалектики та переходу продукції з одного технологічного укладу до іншого зі зміною пріоритетів. До цих пір використовуються всі природні волокна, хімічні волокна 1-го та 2-го покоління, але починають набирати силу нові волокна 3-го покоління.

Виробництво синтетичних волокон, волокноутворюючих полімерів, як більшість сучасних органічних низько-і високомолекулярних речовин, засноване на нафто- та газохімії. На схемі малюнка 1 показані численні продукти первинної та глибокої переробки природного газу та нафти аж до волокноутворювальних полімерів, волокон 2-го та 3-го покоління.

Як можна бачити з нафти та природного газу при глибокій обробці можна отримувати пластики, плівки, волокна, ліки, барвники та інші речовини.

У радянські часи все це й вироблялося, і СРСР займав провідні (2–5) місця у світі з виробництва волокон, барвників, пластмас. На жаль, зараз російським газом і нафтою користуються вся Європа і Китай і виробляють з нашої сировини безліч цінних продуктів, у тому числі волокна.

До появи хімічних волокон у ряді технічних областей використовували природні волокна (бавовна), що мають характеристики міцності 0,1-0,4 Н/текс і модуль пружності 2-5 Н/текс.

Перші віскозні та ацетатні волокна мали міцність не вище, ніж природні (0,2–0,4 Н/текс), але до 60-х років 20-го століття вдалося підняти їхню міцність до 0,6 Н/текс та розривне подовження до 13% (за рахунок модернізації класичної технології).

Цікаве рішення було знайдено у випадку волокна Fortisan: еластомірне ацетатне волокно омиляли до гідратцелюлози і досягали міцності 0,6 Н/текс і пружності модуля 16 Н/текс. Цей тип волокна протримався світовому ринку період 1939–1945 гг.

Високі показники міцності досягаються не тільки за рахунок специфічної хімічної будови полімерних ланцюгів волокноутворюючих полімерів (ароматичні поліаміди, полібензокзазоли та ін), але і за рахунок особливої, впорядкованої фізичної надмолекулярної структури (формування з рідкокристалічного стану), за рахунок високої молекулярної енергія міжмолекулярних зв'язків), як у разі нового виду поліетиленових волокон.

Оскільки сучасні уявлення про механізми руйнування полімерних матеріалів і волокон зокрема зводиться до співвідношення міцності хімічних зв'язків у головних ланцюгах полімеру та міжмолекулярних зв'язків між макромолекулами (водневі, ван-дер-ваальсові, гідрофобні, іонні та ін.), то гра на підвищення на два фронти: високоміцні одинарні ковалентні зв'язки в ланцюзі та висока міцність сумарних міжмолекулярних зв'язків між макромолекулами.

Поліамідні та поліефірні волокна прийшли на світовий ринок (Дюпон) у 1938 р. і присутні на ньому досі, займаючи велику нішу у традиційному текстилі та в багатьох галузях техніки. Сучасні поліамідні волокна мають міцність 0,5 Н/текс і модуль пружності 2,5 Н/текс, поліефірні волокна мають близьку міцність і вищий модуль пружності 10 н/текс.

Подальше підвищення показників міцності цих волокон в рамках існуючих технологій реалізувати було неможливо.

Синтез і виробництво пара-арамідних волокон, що формуються з рідкокристалічного стану з характеристиками міцності (міцність 2 н/текс і модуль пружності 80 н/текс) було розпочато Дюпон в 60-ті роки 20 століття.

В останні десятиліття минулого століття з'явилися вуглецеві волокна з міцністю ~ 5 гПа (~ 3 Н/текс) та модулем пружності 800 гПа (~ 400 Н/текс), скляні волокна нового покоління (міцність ~ 4 гПа, 1,6 Н/текс), модуль пружності 90 гПа (35 Н/текс), керамічні волокна (міцність ~3 гПа, 1 Н/текс), модуль пружності 400 гПа (~100 Н/текс).

Таблиця 1 Історія волокон

*№ п.**	*Вигляд волокна**	*Час використання**	Технологічний уклад	Галузь застосування
I	ПРИРОДНІ – НЕРУКОТВОРНІ
1а	Рослинні: бавовна, льон, пенька, рамі, сизаль та ін.	Освоєно 10–12 тис. років тому; використовуються до теперішнього часу	Усі доіндустріальні технологічні та всі індустріальні технологічні	Одяг, будинок, спорт, медицина, армія, обмежений у техніці та ін.
1б	Тварини: шерсть, шовк
II	ХІМІЧНІ – РУКОТВОРНІ
1	Перше покоління
1а	Штучні: гідратцелюлозні, мідноаміачні, віскозні	Кінець 19-ого - перша половина 20-го століть, до теперішнього часу	1-6ий технологічні уклади	Одяг, будинок, спорт, медицина, обмежений у техніці
1б	Ацетатні
2	Друге покоління
2а	Штучні: ліоцелл (гідратцелюлозні)	4-а чверть 20-го століття до теперішнього часу	4-6ий технологічні уклади	Одяг, медицина та ін.
2б	Синтетичні: поліамідні, поліефірні, акрилові, полівінілхлоридні, полівінілспиртові, поліпропіленові	30-ті - 70-ті роки 20-ого століття по теперішній час		Одяг, будинок, техніка та ін.
3	3-тє покоління
3а	Синтетичні: ароматичні (пара-, мета-) поліаміди, поліетиленові з високою молекулярною масою, полібензоксазольні, полібензімідазольні, вуглецеві		5-ий технологічні уклади	Техніка, медицина
3б	Неорганічні: нові види скляних волокон, керамічні	кінець 20-го - початок 21-го століть	6ий технологічний уклад	Техніка
3в	Нанорозмірні та нанонаповнені волокна

3-тє покоління хімічних волокон у зарубіжній літературі називають не тільки високоефективними (ВЕВ), а й поліфункціональними, розумними. Всі ці та інші назви, терміни не точні, спірні, принаймні, не наукові. Тому що всі існуючі і природні та хімічні волокна, безумовно, в тій чи іншій мірі високоефективні і поліфункціональні, і недурні. Взяти хоча б природні волокна бавовну, льон, шерсть, то жодне хімічне волокно не може перевершити їх високих гігієнічних властивостей (дихають, поглинають потовиділення, а льон ще біологічно активний). Всі волокна мають не одну, а кілька функцій (поліфункціональні). Як бачимо, зазначені вище терміни є досить умовними.

Фізико-механічні властивості ВЕВ

Оскільки основні області використання нового покоління волокон (корд для шин, композити для літако-, ракето-, автомобілебудування, будівництво) висувають високі вимоги до властивостей волокон і, перш за все, до фізико-механічних властивостей, зупинимося докладніше на цих властивостях ВЕВ.

Які фізико-механічні властивості є важливими для нових областей використання волокон: розривна міцність, міцність на стирання, стиснення, перекручування. При цьому важливо волокнам витримувати багаторазові (циклічні) деформаційні впливи, адекватні умов експлуатації виробів, що містять волокна. Дуже наочно на малюнку 2 показано відмінність у вимогах до фізико-механічних властивостей (розривна міцність, модуль пружності), які пред'являють до волокон три області використання: традиційний текстиль, традиційний технічний текстиль, нові сфери застосування в техніці.

Як можна бачити, вимоги до властивостей волокон міцності з боку нових і традиційних областей застосування істотно зростають, і ця тенденція збережеться з розширенням областей використання волокон. Яскравий приклад – космічний ліфт, про який говорять уже не лише фантасти, а й інженери. А цей проект можна реалізувати, тільки використовуючи надміцні троси з нановолокон 3-го покоління та волокон типу павукового шовку (міцніше за сталеву нитку).

Малюнок 2

Пояснення до рис.2: Модуль пружності та розривна міцність оцінюються в одних одиницях. Модуль пружності – міра жорсткості матеріалу, що характеризується опором розвитку пружних деформацій. Для волокон визначається як початкова лінійна залежність між навантаженням та подовженням. Ден (денье) – одиниця виміру лінійної щільності нитки (волокна) = маса 1000 метрів у м. Текс – одиниця (позасистемна) виміру лінійної щільності волокна (нитки) = г/км.

У таблиці 2 наведено порівняльні характеристики фізико-механічних властивостей різних волокон, зокрема ВЕВ.

Таблиця 2. Порівняльні характеристики фізико-механічних властивостей різних волокон

Слід пам'ятати, що фізико-механічні властивості треба оцінювати по одному показнику, а по крайнього заходу, за сукупністю двох показників, тобто. міцність та пружність при різних видах деформаційного впливу.

Так, згідно з даними табл.2, сталева нитка виграє по пружності, але програє за питомою щільністю (дуже важка). Враховуючи всі показники в сукупності, можна вибирати області використання волокон. Так трос для космічного ліфта має бути не лише суперміцним, а й легким.

Тканина для куленепробивного жилета повинна бути легкою, пружною (драпірованість) і здатною гасити кінетичну енергію кулі (залежить від енергії розриву, тобто здатності дисепірувати енергію). Композит для болідів гоночних машин має бути міцним до ударів і водночас легким; ремені безпеки повинні бути з міцних волокон з високою пружністю.

Вимоги до фізико-механічних характеристик волокон, як до набору, поєднання двох і більше показників можна продовжити. Цей набір властивостей та факторів формулює користувач, виходячи з умов експлуатації виробів, що містять волокна. Простежимо зміну поколінь волокон на прикладі шинного корду, вимоги до фізико-механічних характеристик якого постійно зростали.

З появою перших автомобілів (1900 р.) як шинний корд використовували бавовняну пряжу; з появою гідратцелюлозних віскозних волокон у період 1935–1955 років. вони повністю замінили бавовну. У свою чергу, поліамідні волокна (нейлон різних видів) замінили віскозні волокна. Але й класичні поліамідні волокна сьогодні не відповідають за властивостями міцності вимогам автопрому, особливо у випадку шин для важкого транспорту, для авіації. Тому поліамідний корд заміщений сьогодні на сталеві нитки.

Максимум міцності комерційних поліамідних та поліефірних волокон досягає ~ 10 г/ден (~ 1ГПа, ~ 1 Н/текс). Комбінація помірної високої міцності та пружності забезпечує високу енергію розриву (робота розриву) та високу стійкість до багаторазових шокових деформацій. Однак ці показники поліамідних та поліефірних волокон не задовольняють вимогам певних нових областей використання волокон.

Наприклад, поліамідні та поліефірні волокна внаслідок високого зростання жорсткості при високих швидкостях деформації не дозволяє їх використовувати в антибалістичних виробах.

У той же час поліефірні волокна дуже підходять для високоміцних рибальських снастей (мотузки, канати, сітки та ін.), оскільки для них характерно відносно висока міцність та гідрофобність (не змочується водою); канати із поліефірних волокон використовують на бурових для роботи на глибині до 1000–2000 м, де вони здатні витримувати вантаж до 1,5 тонн.

Поєднання високої міцності та високого модуля пружності забезпечується трьома групами ВЕВ: 1. на основі арамідів, високомолекулярного поліетилену, інших лінійних полімерів, вуглецевих волокон; 2. неорганічні волокна (скляні, керамічні); 3. на основі термореактивних полімерів, що утворюють сітчасту тривимірну структуру.

ВЕВ на основі лінійних полімерів

Перша група ВЕВ в основі яких лежать лінійні (1D мірні) полімери і найпростіший поліетилен.

Для матеріалів з лінійних полімерів ще в 1930 р. Staudinger запропонував ідеальну модель надмолекулярної структури, що забезпечує високий модуль пружності вздовж головних ланцюгів (11000 кг/мм2) та лише 45 кг/мм2 між макромолекулами, пов'язаними силами ванн-дер-ваальса.

Малюнок 3. Ідеальна фізична структура лінійного полімеру за Staudinger.

Як можна бачити (рис. 3) міцність структури визначається витягнутістю та високою орієнтацією ланцюгів макромолекул вздовж осі волокна.

Технологія (стан прядильного розчину та розплаву, умови витяжки) виробництва волокон має бути побудована таким чином, щоб не утворювалися складки макромолекул. Волокнообразующие полімери при певному хімічному будові макромолекул вже у розчині утворюють витягнуті, орієнтовані структури, об'єднані блоки (рідкі кристали). При формуванні волокон з такого стану, посиленого високим ступенем витяжки, формується структура близька до ідеальної по Staudinger (рис.3). Така технологія вперше була реалізована фірмою Дюпон (США) при виробництві волокон Kevlar на основі поліпараараміду та поліфенілентерефталатаміду. У цих високоміцних волокнах ароматичні цикли з'єднані амідними групами

Наявність циклів у ланцюзі забезпечує гнучкість, а амідні групи утворюють міжмолекулярні водневі зв'язки, відповідальні за розривну міцність.

За близькою технологією (рідкокристалічний стан у розчині, високий ступінь витяжки при формуванні ВЕВ виробляють з різних полімерів різними фірмами, в різних країнах під різними торговими назвами: Technora (Taijin, Японія), Vectran (Gelanese, США), Тверлана, Терлон (СРСР, Росія), Mogelan-HSt та інші.

Вуглецеві волокна та графенові шари

Великих 2D-мірних молекул у природі не буває. Монофункціональні молекули у реакціях дають молекули малих розмірів; біфункціональні дають лінійні (1D-мірні) полімери; три-і більш функціональні реагенти утворюють 3D-мірні, сітчасті зшиті структури (термопласти). Тільки специфічна геометрія напряму зв'язків, здатних утворюватися атомами вуглецю, призводить до шаруватих молекул. Графен – гексональна, планарна сітка із вуглецевих атомів – перший приклад такої структури.

Вуглецеві волокна зазвичай одержують високотемпературною обробкою (крекінг) органічних волокон (целюлозні, поліакрилонітрильні) при натягу. Отримують міцні, пружні волокна, в яких одновимірні шари орієнтовані паралельно до осі волокна.

3D-мірні сітчасті структури

Полімери з 3D-мірною сітчастою структурою зазвичай називають термопластами, оскільки вони утворюються термокаталітичних реакціях конденсації поліфункціональних мономерів.

3D термопласти можна отримати у формі волокон. Маючи термостійкість, такі волокна не відрізняються високою міцністю. Прикладами таких волокон є волокна на основі меламіно-формальдегідного та фенол-альдегідного полімерів*.

Неорганічні 3D-мірні сітчасті структури (скляні та керамічні) та на їх основі волокна, а також на основі оксидів та карбідів металів відрізняються високою міцністю, пружністю, термо- та вогнестійкістю.

• Основний полімер волокна вовни - кератин - теж сітчастий рідкісний природний полімер. Відрізняється унікальними пружно-еластичними властивостями (стійкість до стиснення). Зшивання лінійного полімеру целюлози рідкими поперечними зв'язками надає волокну і тканин з нього стійкість до зминання, яким не мають целюлозні волокна спочатку. Але при цьому знижується (~15%) міцність на розрив та стирання.

  На рисунках 4–10 наведено порівняльні фізико-механічні характеристики ЗЕВ.

У таблиці 3 наведено основні експлуатаційні характеристики природних та хімічних волокон.

Рисунок 4. Криві навантаження – подовження для звичайних волокон та ВЕВ.

Малюнок 5. Зв'язок між питомою міцністю та модулем пружності ВЕВ.

Малюнок 6. Залежність міцності маса від міцності/об'єм для ВЕВ.

Рисунок 8. Криві навантаження – розтяг композиту на основі ВЕВ в епоксидній матриці.

Малюнок 9. Розривна довжина за кілометри для ВЕВ.

Малюнок 10. ЗЕВ. Основні сфери використання.

Таблиця 3. Основні експлуатаційні характеристики природних і хімічних волокон (Hearle).

№	Тип волокна	Щільність г/см3	Вологість при 65% вологості	Точка плавлення, ° С	Міцність, Н/текс	Модуль пружності, Н/текс	Робота розриву, Дж/г	Розривне подовження, %
1	Бавовна	1,52	7	185*	0,2–0,45	4–7,5	5–15	6–7
2	Льон	1,52	7	185*	0,54	18	8	3
3	Вовна	1,31	15	100**/300*	0,1–0,15	2–3	25–40	30–40
4	Нат.шовк	1,34	10	175*	0,38	7,5	60	23
5	Віскозна	1,49	13	185*	0,2–0,4	5–13	10–30	7–30
6	Поліамідні	1,14	4	260***	0,35–0,8	1,–5	60–100	12–25
7	Поліефірні	1,93	0,4	258	0,45–0,8	7,–13	20–120	9–13
8	Поліпропіле-нові	0,91	0	165	0,6	6	70	17
9	n-арамідні	1,44	5	550*	1,7–2,3	50–115	10–40	1,5–4,5
10	m-арамідні	1,46	5	415*	0,49	7,5	85	35
11	Vectran	1,4	< 0,1	330	2–2,5	45–60	15	3,5
12	HMPE	0,97	0	150	2,5–3,7	75–120	45–70	2,9–3,8
13	PBO	1,56	0	650*	3,8–4,8	180	30–90	1,5–3,7
14	Вуглецеві	1,8–2,1	0	>2500	0,4–3,9	20–370	4–70	0,2–2,1
15	Скляні	2,5	0	1000–12000****	1–2,5	50–60	10–70	1,8–5,4

продовження табл. 3

16	Керамічні	2,4–4,1	0	>1000	0,3–0,95	55–100	0,5–9	0,3–1,5
17	Хемостійкі	1,3–1,6	0–0,5	170–375*****	0–0,65	0,5–5	15–80	15–35
18	Термостійкі	1,25–1,45	5–15	200–500****	0,1–1,3	2,5–9,5	10–45	8–50

• - Деструкція; ** – розм'якшення; *** - для найлон 66, найлон 6 - 216 °; **** – розрідження;

***** - вилка температур

Економіка ВЕВ

У 50-ті роки минулого століття поліамідні та поліефірні волокна були буквально «чудом» для споживача, що зголодніло по безлічі виробів з текстилю з новими властивостями. Після промислового освоєння волокон цього найбільшим хімічним концерном світу Дюпон (США) навздогін кинулися всі провідні хімічні фірми розвинених капіталістичних країн, що почали випускати подібні волокна під різними назвами.

Не залишилася осторонь і хімічна промисловість СРСР, яка взяла орієнтир однією тип поліамідного волокна – капрон з урахуванням поликапроамида. Технологія ця за репараціями була вивезена з Німеччини у 1945 р. У демонтажі німецьких заводів, що випускали це волокно під назвою перлон, брав участь видатний радянський вчений – полімерник, професор Захар Олександрович Роговін. Він разом із групою радянських учених та інженерів налагодив виробництво капрону на ряді заводів у різних містах СРСР (Клин, Калінін (Твер)).

Поліефірні волокна на основі поліетилентерефталату вироблялися в широких масштабах у СРСР під торговою маркою лавсан – абревіатура – ​​лабораторія високомодульних сполук академії наук. Ці два волокна стали основними багатотоннажними і залишаються ними досі у світі. Ці волокна дуже широко самі по собі або суміші з іншими волокнами використовуються як у виробництві одягу, домашнього текстилю, так і в технічному секторі.

Світовий баланс виробництва та споживання волокон у 2010 році показано на малюнку 11.

Малюнок 11.

Малюнок 12.

Поліефір. 2000 р. - 19,1 млн.тонн;

2010 р. - 35 млн.тонн;

2020 р. - 53,4 млн.тонн.

Бавовна. 2000 р. - 20 млн.тонн;

2010 р. - 25 млн.тонн;

2020 р. - 28 млн.тонн.

Малюнок 13.

Малюнок 14.

Малюнок 15.

Малюнок 16.

Малюнок 17.

Малюнок 18.

Перш ніж переходити до економіки ВЕВ скажемо, як будувалася цінова та інвестиційна політика виробництва поліамідних та поліефірних волокон. На початку (30-40-ті роки 20-го століття) виходу на ринок поліамідні та поліефірні волокна були в кілька разів дорожчими за природні волокна бавовни і навіть вовни. У це зараз важко повірити, коли картина обернена і відповідає реальному співвідношенню собівартості виробництва цих волокон. Але це була абсолютно правильна цінова політика, характерна для початку виходу ринку потенційно масового продукту. Ця цінова політика дозволяє значні доходи спрямовувати на подальші дослідження щодо розвитку, удосконалення виробництва нових видів волокон, у тому числі ВЕВ. В даний час поліамідні та поліефірні волокна випускаються безліччю компаній у багатьох країнах багатотоннажно. Така конкуренція, великі тиражі цих волокон призвели до цін досить близьким до собівартості.

Інша, складніша ситуація у разі економіки ЗЕВ. Дюпон, починаючи дослідження в галузі ароматичних поліамідів, що призвели до створення з них волокна Kevlar (на основі n-поліараміду), орієнтував їх на ринок шинного корду.

Поява важких та швидкісних автомашин, важких літаків вимагала високоміцного корду; цим вимогам не відповідали не лише бавовна та віскозне волокно, а й значно міцніші поліамідні та поліефірні волокна.

Підвищення міцності корду пропорційно збільшувало термін служби шин («ходимість») та заощаджувало витрати волокон на виробництво корду.

Kevlar та інші високоміцні ВЕВ використовуються для шин спеціального типу (перегонові машини, важкі трейлери). ВЕВ через специфіку ринку їх споживання виробляються на замовлення малими партіями, невеликою кількістю виробників за значно більш складною технологією (багатоступінчастий синтез, дорога сировина, складна технологія формування, високий ступінь витяжки, екзотичні розчинники, низькі швидкості формування) і, звичайно, за високими цінами . Але ті галузі техніки, в яких ВЕВ знаходять застосування (літако-, ракетобудування) можуть собі дозволити споживати волокна за високими цінами, які неприйнятні у разі виробництва одягу, домашнього текстилю.

Виробництво найбільш використовуваних ВЕВ досягає ~ 10 тис.тонн на рік, вузькоспеціалізованих 100 тонн на рік і менше (рис. 19).

Малюнок 19.

Виняток становлять ВЕВ на основі високомолекулярного поліетилену, оскільки і сама сировина (етилен) та полімер отримують за відомою відносно простою технологією. Необхідно тільки на стадії полімеризації забезпечити утворення полімеру з високою молекулярною масою, яка визначає відмінні фізико-механічні характеристики цього виду волокна. Ціни на світовому ринку ВЕВ високі, але сильно відрізняються і залежать від багатьох факторів (тоніна волокна, міцність, тип пряжі та ін) від кон'юнктури ринку (сировини). Тому в різних джерелах ми бачимо великі коливання в цінах (табл.4). Так, для вуглецевих волокон ціна коливається від 18 DS/кг до 10000 DS/кг.

Передбачати динаміку зміни цін на ВЕВ значно складніше, ніж багатотоннажних традиційних волокон (виробляють десятки млн.тонн на рік), а інвестувати в багатотоннажне виробництво ВЕВ – ризикована справа. Найбільш ємним ринком ВЕВ є виробництво та споживання нового покоління композитних матеріалів, що каталізують роботи з удосконалення технології виробництва ВЕВ.

Поки що для виробництва ВЕВ не будують нові заводи, які виробляють на існуючих заводах на спеціальних пілотних установках і лініях.

Звичайно, армія, спорт, медицина (імпланти), будівництво та, звичайно, авіа- та аеронавтика є реальними та потенційними користувачами ВЕВ. Так зниження на 100 кг ваги літаків за рахунок нового покоління легких та міцних композитів знижує річні витрати на паливо на 20 000 DS на один літак.

Для будь-яких інновацій існує ризик інвестицій, але без ризику немає успіху. Це лише у студентському проекті можна точно підрахувати бізнес-план. Папір все стерпить.

Добре з цього приводу сказав засновник всесвітньо відомої автомобільної компанії Honda – Soichiro Honda: «Пам'ятай, що успіх може бути досягнутий при багаторазовому повторенні проб і помилок. Фактичний успіх – це результат 1% вашої праці та 99% невдач». Звичайно, це гіпербола, але не далека від істини.

Таблиця 4 Ціни на різні ВЕВ у порівнянні з поліефірним технічним волокном

№№	Вид волокна	Ціна в DS/кг
1	2	3
1.	Поліефірні	3
2.	Високомодульні полімерні волокна
	n-арамідні	25
	m-арамідні	20
	високомолекулярний поліетилен	25
	Vectran	47
	Zylon (полібензоксазольне РВО)	130
	Tensylon (SSPE)	22–76
3.	Вуглецеві волокна
	на основі ПАН волокон	14–17
	на основі нафтового пеку (звичайне)	15
	на основі нафтового пеку (високомодульне)	2200
	на основі окислених акрилових волокон	10

продовж.табл.4

1	2	3
4.	Скляні волокна
	Е-типу	3
	S-2-типу	15
	Керамічні
	SiC-виду: Nicolan NI, Tyrinno Lox-M, ZM	1000–1100
	стонхометричного типу	5000–10000
	Alumina-типу	200–1000
	boron-типу	1070
5.	Термо- та хемостійкі
	РІЄК	100–200
	Термопласти Basofil	16
	Термопласти Kynol	15–18
	PBI	180
	PTFE	50

Виробництво сучасних видів волокон (поліефірні, поліамідні, акрилові, поліпропіленові та, звичайно, ВЕВ) в РФ є вкрай виправданим з точки зору величезних запасів природної сировини (нафта, газ) для виробництва волокон і великої їхньої потреби для модернізації значної кількості галузей промисловості (нафти -, газопереробної, текстильної, судно-, автомобілебудування). На нашій сировині половина світу (за винятком США, Канади, Лат.Америки) все це робить і нам з високою доданою вартістю продає. Виробництво хімічних волокон нового покоління може зіграти роль локомотива розвитку вітчизняної індустрії, ставши одним із важливих факторів національної безпеки РФ.

Використана література:

• Г.Е.Кричевський. Нано-, біо-, хімічні технології та виробництво нового покоління волокон, текстилю та одягу. М., вид-во «Известия», 2011, 528 с.
• High Performance Fibres. Hearle J.W.S. (Ed.). Woodhead Publishing Ltd, 2010, p.329.

Military textiles. Edited by E Wilusz, США Army Natick Soldier Center, США. Woodhead Publishing Series in Textiles. 2008, 362 н.

• PCI Fibres. Fibres Economics в Ever Changing World Outlook Conference. www.usifi.com/…look_2011pdf

Скорочення у назві волокон

Англійська	Українська
Carbone HS	вуглецеві
HPPE	високоміцні поліетиленові
Aramid	арамідні
E-S-Glass	скляні
Steel	сталеві
Polyamide	поліамідні
PBO	полібенозксазольні
Polypropelene	поліпропіленові
Поліестер	поліефірні
Ceramic	керамічні
Boron	на основі бору
Kevlar 49,29,149	арамідні
Nomex	м-арамідне
Lycra	еластомірне поліуретанове
Teflon	політетрафторетиленове
Aluminium	на основі сполук алюмінію
Para-aramid	п-арамідне
m-aramid	м-арамідне
Dyneema	високомолекулярне поліетиленове HMPE
Coton	бавовна
Acrylic	акрилові
Wool	вовна
Nylon	поліамідне
Cellulosic	штучне целюлозне
PP	поліпропіленове
PPS	поліфеніленсульфідне
PTFE	політетрафторетиленове
Cermel	поліарамідімідна
PEEK	поліефіркетонове
PBI	полібензимидозольне
P-84	поліаримідне
Vectran	ароматичне поліефірне

Матеріали на тему

• «Інші матеріали Автора у нас на сайті»:

XIX століття ознаменувалося важливими відкриттями в науці та техніці. Різкий технічний бум торкнувся практично всіх сфер виробництв, багато процесів було автоматизовано і перейшло якісно новий рівень. Технічна революція не оминула і текстильне виробництво - 1890 року у Франції вперше було отримано волокно, виготовлене із застосуванням хімічних реакцій. З цієї події розпочалася історія хімічних волокон.

Види, класифікація та властивості хімічних волокон

Відповідно до класифікації всі волокна поділяються на дві основні групи: органічні та неорганічні. До органічних відносяться штучні та синтетичні волокна. Різниця між ними полягає в тому, що штучні створюються із природних матеріалів (полімерів), але за допомогою хімічних реакцій. Синтетичні волокна як сировину використовують синтетичні полімери, процеси отримання тканин принципово не відрізняються. До неорганічних волокон відносять групу мінеральних волокон, які одержують із неорганічної сировини.

Як сировина для штучних волокон використовуються гідратцелюлозні, ацетилцелюлозні та білкові полімери, для синтетичних - карбоцепні та гетероцепні полімери.

Завдяки тому, що при виробництві хімічних волокон використовуються хімічні процеси, властивості волокон насамперед механічні можна змінювати, якщо використовувати різні параметри процесу виробництва.

Головними відмінними властивостями хімічних волокон, порівняно з натуральними, є:

• висока міцність;
• здатність розтягуватися;
• міцність на розрив та на тривалі навантаження різної сили;
• стійкість до дії світла, вологи, бактерій;
• незмінність.

Деякі спеціальні види мають стійкість до високих температур і агресивних середовищ.

ГОСТ хімічні нитки

За Всеросійським ГОСТом класифікація хімічних волокон досить складна.

Штучні волокна та нитки, згідно з ГОСТом, поділяються на:

• волокна штучні;
• нитки штучні для кордної тканини;
• нитки штучні для технічних виробів;
• технічні нитки для шпагату;
• штучні текстильні нитки.

Синтетичні волокна та нитки, у свою чергу, складаються з наступних груп: волокна синтетичні, нитки синтетичні для кордної тканини, для технічних виробів, плівкові та текстильні синтетичні нитки.

Кожна група включає один або кілька підвидів. Кожному підвиду присвоєно свій код у каталозі.

Технологія одержання, виробництва хімічних волокон

Виробництво хімічних волокон має великі переваги в порівнянні з натуральними волокнами:

• по-перше, їхнє виробництво не залежить від сезону;
• по-друге, сам процес виробництва хоч і досить складний, але набагато менш трудомісткий;
• по-третє, це можливість отримати волокно із заздалегідь встановленими параметрами.

З технологічної точки зору, ці процеси складні і завжди складаються з декількох етапів. Спочатку отримують вихідний матеріал, потім перетворюють його на спеціальний прядильний розчин, далі відбувається формування волокон та їх оздоблення.

Для формування волокон використовуються різні методики:

• використання мокрого, сухого чи сухо-мокрого розчину;
• застосування різання металевою фольгою;
• витягування з розплаву чи дисперсії;
• волочіння;
• плющення;
• гель-формування.

Застосування хімічних волокон

Хімічні волокна мають дуже широке застосування у багатьох галузях. Головною їх перевагою є відносно низька собівартість та тривалий термін служби. Тканини з хімічних волокон активно використовуються для пошиття спеціального одягу, в автомобільній промисловості – для зміцнення шин. У техніці різного роду найчастіше застосовуються неткані матеріали із синтетичного чи мінерального волокна.

Текстильні хімічні волокна

Як сировину для текстильних волокон хімічного походження (зокрема, отримання синтетичного волокна) використовуються газоподібні продукти переробки нафти і кам'яного вугілля. Таким чином, синтезуються волокна, які розрізняються за складом, властивостями та способом горіння.

Серед найпопулярніших:

• поліефірні волокна (лавсан, кримплен);
• поліамідні волокна (капрон, нейлон);
• поліакрилонітрильні волокна (нітрон, акрил);
• еластанове волокно (лайкра, дорластан).

Серед штучних волокон найпоширеніші – це віскозне та ацетатне. Віскозні волокна одержують із целюлози - переважно ялинових порід. За допомогою хімічних процесів цьому волокну можна надати візуальну схожість із натуральним шовком, вовною або бавовною. Ацетатне волокно виробляють із відходів від виробництва бавовни, тому вони добре вбирають вологу.

Неткані матеріали із хімічних волокон

Неткані матеріали можна отримувати як із натуральних, так і з хімічних волокон. Часто неткані матеріали виробляють із вторинної сировини та відходів інших виробництв.

Волокниста основа, підготовлена ​​механічним, аеродинамічним, гідравлічним, електростатичним або волокноутворюючим способами, скріплюється.

Основною стадією отримання нетканих матеріалів є стадія скріплення волокнистої основи, що отримується одним із способів:

1. Хімічний або адгезійний (клейовий)- сформоване полотно просочується, покривається або зрошується сполучною компонентом у вигляді водного розчину, нанесення якого може бути суцільним або фрагментованим.
2. Термічний- у цьому способі використовуються термопластичні властивості синтетичних волокон. Іноді використовуються волокна, з яких складається нетканий матеріал, але в більшості випадків нетканий матеріал ще на стадії формування спеціально додають невелику кількість волокон з низькою температурою плавлення (бікомпонент).

Об'єкти промисловості хімічних волокон

Оскільки хімічне виробництво охоплює кілька областей промисловості, всі об'єкти хімічної промисловості діляться на 5 класів залежно від сировини та галузі застосування:

• органічні речовини;
• неорганічні речовини;
• матеріали органічного синтезу;
• чисті речовини та хімреактиви;
• фармацевтична та медична група.

За типом призначення об'єкти промисловості хімічних волокон поділяються на основні, загальнозаводські та допоміжні.