Ремонт квартиры своими руками Статьи про ремонт квартиры своими руками

Строительные и отделочные материалы — Химические волокна

Технология производства вторичной структуры химических волокон отличается от получения первичной структуры — именно об этом и пойдёт речь в нашей статье. Волокна с первичной структурой в отдельных случаях могут быть использованы для изготовления из них изделий. Это чаще всего относится к искусственным волокнам из целлюлозы. Вискозные волокна, формуемые мокрым способом, испытывают заметные механические натяжения при отводе нити в осадительной ванне, поэтому первичная структура вискозных волокон получается более упорядоченной, чем структура ацетатных волокон, формуемых сухим способом.

К тому же следует принимать во внимание, что макромолекулы целлюлозы сравнительно жёсткие и при выпадении из раствора образуют пачечную систему, более трудно поддающуюся перестройке, чем, например, первичная структура полиамидных волокон. Кроме того, удлинение вискозных волокон с первичной структурой можно регулировать при их формовании, устанавливая его требуемых пределах. С учётом всего этого вискозные волокна с первичной структурой используются для выработки обычных текстильных изделий. Прочность на разрыв таких волокон может колебаться в широких пределах в зависимости от условий их формования.

Ацетатные волокна используются для производства изделий также с первичной структурой. Их прочность на разрыв невысока, но достаточна для обычных целей. Что же касается синтетических волокон, то они почти всегда подвергаются дополнительному вытягиванию для придания им лучших механических свойств. Технология производства вторичной структуры химических волокон для получения высокопрочных вискозных кордных волокон выполняется путём перестройки первичной структуры пластификационным вытягиванием. Ацетатные волокна в случае надобности также могут подвергаться вытягиванию для придания им высокой прочности.

Из этого следует, что первичную структуру всех химических волокон можно подвергнуть перестройке для получения высокопрочных волокон. Такую перестройку производят с учётом особенностей и свойств каждого вида волокон. Как общее правило, перестройку первичной структуры свежесформованных волокон осуществляется путём вытягивания при температуре выше температуры стеклования полимеров в волокнах, т.е. при нагревании.

Вытягивание вискозных волокон для получения высокопрочного корда необходимо производить непосредственно после выхода волокон из осадительной ванны, где им была придана первичная структура — этого требует технология производства вторичной структуры химических волокон. Выдерживание волокон даже в мокром состоянии снижает их способность к вытягиванию, так как происходит повышение энергии сцепления макромолекул.

Таким образом, основными условиями вытягивания и упрочнения вискозных волокон являются высокая (до 95 градусов Цельсия) температура с целью интенсификации теплового движения звеньев и частей макромолекул (сегментов) и некоторое снижение степени сцепления макромолекул в первичной структуре. В этих условиях свежесформованные вискозные волокна могут быть вытянуты на 100 и более процентов с повышением прочности от двух до четырёх раз. Возникает вопрос: какие процессы протекают при вытягивании и формовании и какова технология производства вторичной структуры химических волокон.

Первичная структура химических волокон составляется из пачек макромолекул различной формы и размера, обусловлена их взаимным расположением и сцеплением. Её перестройка может включать перестройку структурных элементов с изменением формы макромолекул; изменение формы и размеров пачек; изменение их взаимного расположения и сцепления.

Перестройка первичных структур элементов зависит от энергии сцепления макромолекул и их гибкости. Электронномикроскопические исследования процесса вытягивания волокон показывают, что при вытягивании вискозных волокон первичные структурные элементы (пачки) по толщине заметно не изменяются и лишь в той или иной мере распрямляются. Большая часть клубковидных и изогнутых пачек макромолекул переходит в нитевидную вытянутую форму.

Совсем иная картина получается если технология производства вторичной структуры химических волокон применяется для вытягивания невытянутых полиамидных волокон. В этом случае происходят уменьшение поперечных размеров пачек и переход изогнутых, клубковидных пачек в распрямлённое состояние. По мере вытягивания волокон снижается количество сферолитов, и в ряде случаев в полностью вытянутом волокне их уже не удаётся обнаружить.

Электронномикроскопические исследования процесса вытягивания свежесформованных волокон дают основание считать, что при вытягивании вискозных волокон с жёсткими макромолекулами коренная перестройка структурных элементов (пачек) не происходит, наблюдается лишь перераспределение междупачечных связей при выпрямлении структурных элементов, в результате чего и фиксируется приобретённая структура волокна. Надо полагать, что форма макромолекул в пачках мало или совсем не изменяется.

Другая картина процесса вытягивания наблюдается при упрочнении полиамидных волокон. Технология производства вторичной структуры химических волокон показывает как в данной ситуации более резко выражены изменения некоторых свойств волокон. Их удлинение при вытягивании сильно понижается за счёт снижения необратимого удлинения. В оставшемся после вытягивания химических волокон удлинении значительное место приобретает обратимая (упругая и ускоренно эластичная) часть удлинения. В процессе вытягивания полиамидных волокон происходит образование шейки, т.е. заметное утонение, не месте которого образуется новая структура волокна, придающая ему повышенную прочность на разрыв. Поэтому волокно на месте шейки не рвётся, как это наблюдается при разрыве образцов многих металлов.

Перестройка структурных элементов (пачек) полиамидных волокон сопровождается перекристаллизацией и изменением конформации макромолекул; последнее может выражаться в виде изменения звеньевой и молекулярной извитости. При этом уменьшение поперечных размеров структурных элементов, ясно наблюдаемое на электронномикроскопических снимках, протекает при перераспределении внутри- и межмолекулярных водородных связей. Разорванные при вытягивании внутримолекулярные связи между — NH — и — CO — группами перебрасываются на те же группы, но расположенные в разных макромолекулах.

Технология производства вторичной структуры химических волокон говорит нам о том, что при вытягивании полиамидных волокон утонение пачек макромолекул вызвано снижением звеньев извитости. Этого не происходит при вытягивании целлюлозных волокон, так как звенья их макромолекул имеют жёсткую циклическую структуру. Перекристаллизация полиамидных волокон при вытягивании облегчается гибкостью их макромолекул, чем они также отличаются от вискозных волокон.

В итоге вытягивания полиамидных волокон их прочность повышается в несколько раз (как и вискозных волокон), а удлинение снижается в десятки раз, т.е. в значительно большей мере, чем при вытягивании вискозных волокон — всё это имеет место быть если не нарушается технология производства вторичной структуры химических волокон. На примерах вытягивания вискозных и полиамидных волокон видно, что механическое вытягивание свежесформованных волокон вызывает резкое изменение их первичной структуры, а также механических свойств, причём особенно заметно повышается прочность волокон на разрыв.

По технологии производства без механического вытягивания получить высокопрочные волокна невозможно. В процессе этой операции происходят различные физические и химические изменения в волокнах, в числе которых можно отметить повышение ориентации макромолекул и надмолекулярных образований, перераспределение внутри- и межмолекулярных связей (особенно водородных), изменение энтропии системы. Химические волокна при этом обычно переводятся более напряжённое состояние.

Если вискозные волокна подергаются вытягиванию непосредственной связи с образованием первичной структуры осадительной ванне, то полиамидные волокна могут быть выдержаны даже в течении суток без заметного ухудшения способности к вытягиванию. Всё же со временем свежесформованные полиамидные волокна труднее подергаются вытягиванию, что вызвано протекающими в них процессами кристаллизации.

Полиамидные волокна могут быть вытянуты и на холоду, но лучшие результаты вытягивания получаются при нагревании. Поэтому последнее время при нагревании вытягивают не только кордные, но и текстильные полиамидные нити, благо технология производства вторичной структуры химических волокон это позволяет.

В процессе вытягивания волокон повышается их кристалличность, улучшается ориентация молекулярных и надмолекулярных образований в аморфных областях. Правда, снижаются также устойчивость к истиранию, усталостная прочность, способность восприятия красителей и затрудняется проведение некоторых других процессов, но зато повышается модуль упругости, устойчивость к сохранению формы и размеров изделий и особенно прочность на разрыв, что очень важно для производства технических и особенно резино-технических изделий.

На главную

Строительные и отделочные материалы — Химические волокна

Тонкие струйки раствора и расплава, вытекающие из отверстий фильеры, проходят операцию осаждение из раствора полимерного материала или застывания расплава с образованием обоих случаях волокон — об этом нам рассказывает технология производства первичной структуры химических волокон. Среда, действующая на струйки раствора или расплава при формировании волокон, называется осадительной ванной. Состав реагентов (или среды), действующих на струйки формовочного раствора, зависит от характера полимера и конкретных условий образования нитей.

При выработке вискозных волокон чаще всего для осаждения целлюлозы в струйках вискозы применяют кислотную ванну, содержащую, кроме кислоты (обычно серной), различные соли, чаще всего в виде сульфатов натрия, цинка, магния и аммония. От концентрации составных частей осадительной ванны, их соотношения и температуры зависят интенсивность воздействия ванны на струйки, скорость формования, первичная структура свежесформованных волокон, их равномерность. Способ формования вискозных волокон, когда на струйки вискозы, вытекающей из отверстий фильер, действуют кислотной осадительной ванной, называют мокрым методом формования.

Технология производства первичной структуры химических волокон мокрым методом формования получают медноаммиачные, полиакрилнитрильные (нитрон), поливинилспиртовые (винол), поливинилхлоридные (хлорин), и некоторые другие виды волокон. Состав осадительных ванн при формовании каждого отдельного вида волокон выбирается с учётом свойств волокнообразующего полимера и заданного качества волокон. Например, при формовании волокна нитрон из диметилформамидного раствора полиакрилнитрила осадительная ванна состоит из концентрированного (60-процентного) водного раствора диметилформамида, а при формовании волокон хлорин — из 3-5-процентного раствора ацетона. В этих случаях осаждающим агентом ванны является вода, сильно разбавленная растворителем, с помощью которого был получен формовочный раствор волокнообразующего полимера. Такой принцип составления осадительной ванны применяется и в других случаях формования волокон. Следует подчеркнуть, что состав осадительной ванны нужно подбирать очень тщательно, так как от этого зависят структура и свойства получаемых химических волокон.

Осаждение полимерного материала из раствора может быть достигнуто в отдельных случаях в результате воздействия на струйки подогретого сухого воздуха. В этом случае важное значение имеют летучесть и температура кипения растворителя. Чем выше летучесть и ниже температура кипения растворителя, применяемого при растворении волокнообразующего полимера, тем легче он осаждается и в струйках раствора. При выборе растворителя для получения формовочного раствора надо учитывать его растворяющую способность и скорость удаления из струек, чтобы обеспечить получение качественных химических волокон. Технология производства первичной структуры химических волокон — осаждение полимерного материала в данном случае основано на повышении концентрации раствора в такой мере, что полимер выпадает из раствора, образуя волокна. Органический растворитель, удаляемый из струек раствора, улавливается рекуперационной и ректификационной установками и возвращается обратно в производство. Без рекуперации органических растворителей экономика производства будет очень плохой, поэтому при сухом формовании волокон, как правило, предусматривается улавливание летучих растворителей

Вискозные волокна сухим методом не получают, поскольку в вискозе имеются щелочь и щелочно-реагирующие ингредиенты. Основной компонент растворителя — вода — не требует регенерации, но расход пара на испарение воды и осаждение на волокнах щелочно-реагирующих соединений, которые в присутствии кислорода воздуха вызывают окислительную деструкцию волокна, делают сухой метод (образование первичной структуры химических волокон) формования вискозных волокон непригодным. Сухим методом формования химических волокон из раствора волоконообразующего полимера получают ацетатные волокна из первичного (триацетатные) и вторичного (диацетатные) ацетатов, т.е. уксуснокислых эфиров целлюлозы.

Образование первичной структуры химических волокон некоторых видов полиакрилнитрильных (нитрон и др.) волокон также формуют по сухому методу. В этом случае обычно применяют такие сополимеры акрилнитрила, которые растворяются в летучих растворителях, например, сополимеры акрилнитрила с винилхлоридом, с винилсульфохлоридом и некоторыми другими мономерами. Гомополимер акрилнитрила (полиакрилнитрил) в ацетоне не растворяется, поэтому для его растворения применяют диметилформамид с температурой кипения 153 градуса Цельсия или другой растворитель, кипящий при высокой температуре. Следовательно, температура в шахте при формовании волокон будет высокой, и волокна пострадают от действия кислорода воздуха. Во всяком случае, сухое формование химических волокон применяют тогда, когда в качестве растворителя используют ацетон или другой доступный органический растворитель с низкой температурой кипения. Именно поэтому технология производства первичной структуры химических волокон не должна нарушаться.

Интересно отметить, что скорость при сухом методе формования химических волокон значительно превышает скорость формования мокрым методом. Однако в первом случае получить из раствора высокопрочные волокна труднее, чем во втором, поэтому была предложена технология производства первичной структуры химических волокон формования мокрым способом даже ацетатных волокон. Всё же в силу экономических и технологических причин мокрый способ образование первичной структуры химических волокон не получил распространения для формования ацетатных волокон. При сухом способе формования химических волокон из раствора осадительной ванны служит сухой подогретый воздух. При формовании волокон из расплава осадительной ванной может служить даже холодный воздух. В этом случае действие осадительной ванны сводится лишь к охлаждению струек, т.е. к отводу тепла. При выпадении волокнообразующего полимерного материала в струйках раствора или расплава происходит образование первичной структуры химических волокон. Чем равномернее и лучше образована первичная структура волокон, тем лучшего качества будут волокна, поэтому процесс образования первичной структуры волокон должен вестись особенно тщательно без нарушения технологии.

Мы уже указывали, что линейные макромолекулы при выпадении из раствора или расплава сгруппировываются в агрегаты, которые в свою очередь образуют ассоциаты и составляют волокна. Для получения высокопрочных волокон хорошего качества необходимо по возможности более регулярно расположить макромолекулы пачке. Дело это весьма трудное, так как макромолекулы обладают сравнительно большой величиной и высокой асимметрией (большое превышение длины над толщиной), а также имеют весьма изогнутую конформацию. С другой стороны, все вещества при выпадении из раствора или расплава стремятся располагаться таким образом, чтобы по возможности полнее насытить свободную энергию активных групп. Такое снижение свободной энергии лучшим образом протекает в том случае, когда макромолекулы ложатся в пачки высокоупорядоченно, образуя кристаллы. Однако пачки макромолекул в силу ряда причин не являются сплошными кристалликами, а имеют двухфазную структуру, где кристаллические или высокоупорядоченные области чередуются с аморфными участками. Следует кстати заметить, что механические свойства волокнистых материалов обусловлены в основном структурой их аморфных участков.

Технология производства первичной структуры химических волокон говорит нам о том, что процессы структурообразования в струйках протекают неодинаково в поверхностных и серединных участках струек. При мокром способе формования происходят диффузионные процессы. В наружных частях струек процесс структурообразования протекает быстрее, чем во внутренних, в результате чего структура и величина пачек макромолекул наружных и внутренних частях струек неодинакова. Это влияет на механические свойства волокон и прежде всего снижает их прочность на разрыв. Наряду с этим следствии встречных процессов диффузии изменяется механизм осаждения полимера из раствора.

Процесс образования пачек макромолекул во внутренних частях струек резко отличается от такого же процесса в наружных слоях: во-первых, меньшей скоростью, в результате чего возникает более крупное поперечное сечение пачек; во-вторых, образование пачек макромолекул во внутренних частях струек протекает без контроля механических факторов, так как натяжение передаётся только на наружные слои волокон, в следствии чего образуются пачки с менее упорядоченной структурой. Таким образом, структура внутренних и наружных частей волокон получается различной. Исследования показали, что прочность на разрыв наружных частей по меньшей мере в два раза превышает прочность внутренних частей волокна. В целом прочность химического волокна в значительной мере снижается от неравномерности его структуры. Различные структуры в наружных и внутренних частях волокон настолько резкое, что изменяются даже оптические свойства волокон, и это даёт возможность видеть под обычным микроскопом обрисованные здесь процессы.

Наружную, более ориентированную часть волокна обычно называют оболочкой, а внутреннюю, менее ориентированную — сердцевиной или ядром волокна. Сердцевина и оболочка хорошо заметны структуре обычным образом полученных вискозных волокон, а также обнаруживаются в процессе получения полиакрилнитрильных (нитрон), поливинилхлоридных (хлорин), поливинилспиртовых (винол) и других волокон, которые вырабатываются мокрым способом формования растворов.

Как известно, неравномерность структуры по поперечному сечению волокон происходит в результате неодинаковых условий образования структуры в разных частях: либо очень энергично, либо слабого воздействия осадительной ванны. Поэтому технология производства первичной структуры химических волокон говорит нам о том, что необходимо, следовательно, применять такие составы осадительной ванны, чтобы можно было производить формование с надлежащей скоростью, обеспечивать по возможности более равномерную структуру.

При производстве высокопрочных вискозных волокон удаётся повысить равноту структуры волокон за счёт применения так называемых модификаторов, которые вводятся в вискозу или в осадительную ванну. Модификаторы, как правило, содержат атомы азота, кислорода, серы, которые обладают неподельной парой электронов, способных к присоединению, например, протона, т.е. иона водорода. Благодаря этому модификатор в некоторой мере смягчает или замедляет действие осадительной ванны. При этом нужно иметь в виду, что хорошее действие модификатора проявляется в достаточной мере только в сочетании с большим количеством сульфата цинка в осадительной ванне. Технология производства первичной структуры химических волокон говорит нам о том, что модификаторы не оказывают влияния при образование первичной структуры химических волокон в процессе формования полиакрилнитрильных (нитрон), поливинилспиртовых (винол) и других волокон мокрого способа формования, где нет изменения реакции среды. При формовании таких волокон основную роль играют процессы диффузии.

Большое влияние на скорость и структуру образованных пачек макромолекул оказывает температура. С повышением температуры осадительной ванны и формующего раствора ускоряется процесс образования центров структурообразования, а с ускорением процесса формования получается мелкопачечная структура. При этом от повышения температуры усиливается тепловое движение звеньев и частей (сегментов) макромолекул и они лучше могут приспосабливаться друг к другу. В результате возрастает количество упорядоченных мест в пачках, а аморфные места становятся более организованными, что улучшает равномерность их структуры и повышает прочность волокон на разрыв. Вместе с тем в отдельных случаях для получения более мягкого, нехрупкого химического волокна приходится при его формовании применять пониженную температуру. Всё это показывает, что технология производства первичной структуры химических волокон при их формовании является сложным и зависит от множества факторов. Не случайно иногда говорят, что это решение одного уравнения со многими неизвестными.

Сложные процессы образования первичной структуры волокон протекают также при сухом методе формования волокон из раствора или расплава. Растворитель полимерного материала в подогретом воздухе улетучивается, поэтому происходят перенасыщение формовочного раствора и выпадение полимера в виде отдельных пачек макромолекул. При этом процессы выпадения полимерного материала протекают ступенчато, в направлении от периферии к центру струек, с образованием структурных элементов в виде пачек макромолекул. Отвод нити происходит без существенного сопротивления осадительной ванны, т.е. подогретого воздуха, поэтому образование структурных элементов химических волокон в поверхностных слоях не контролируется механическими факторами, как это имеет место при мокром способе формования волокон из раствора.

Технология производства первичной структуры химических волокон обращает внимание на то, что при сухом методе формования волокон происходит односторонний процесс диффузии растворителя изнутри наружу. Поступление растворителя из внутренних частей струек в какой-то мере выравнивает процесс выпадания полимерного материала из раствора и создаёт условия для более равномерного образования структуры волокна. Этим и объясняется отсутствие видимых под микроскопом оболочки и сердцевины у волокон, получаемых сухим методом формования. Образование первичной структуры химических волокон при сухом способе формования протекает без существенного натяжения, с низкой ориентацией структурных элементов.

Волокна сухого способа формования имеют необходимую прочность на разрыв, если они выпускаются с первичной структурой без дополнительного вытягивания. Из всего этого следует, что при образовании первичной структуры волокон сухого способа формования протекают мало контролируемые сложные процессы.

При формовании волокон из расплава в качестве осадительной ванны применяется холодный, а иногда несколько подогретый и увлажнённый воздух. При сухом методе формования волокон из раствора требуется подогретый воздух для испарения и уноса летучего растворителя волокнообразующего полимера, а при формовании волокон из расплава нужен холодный воздух, который отводит тепло и снижает температуру расплава в струйках. В этом случае происходит не застывание расплава полимера в бесформенную массу, а образование первичной структуры волокна.

Технология производства первичной структуры химических волокон при всех основных методах формования химических волокон выпадение полимерного материала из раствора или расплава происходит в виде пачек макромолекул различной формы и размеров с образованием первичной структуры волокон. В зависимости от способа процесса формования волокон их первичная структура может сильно отличаться одна от другой.

На главную

<Строительные и отделочные материалы

Гипс является натуральным природным камнем. Его образование началось очень очень давно, приблизительно 110-200 миллионов лет назад. Он образовался благодаря испарению древнего океана. Гипс в недрах земли находится в виде породы осадочного происхождения, которая неоднородна и бывает разных видов и цветов. Он бывает: плотным, с мелкозернистой и крупнозернистой структурой, кристаллического вида с хаотично размещёнными кристалликами разного размера и вида (нитевидные, пластичные). Кристаллы могут быть разнообразной цветовой гаммы: прозрачные, белые, с желтизной, светло-серые и … В зависимости от нахождения в гипсе тех или иных примесей меняется цвет материала.

Если гипс подвергнуть термической обработке, то из него удаляется химически связанная вода и полуводный гипс переходит в порошкообразное состояние. Если в сухой порошок добавить обычной холодной воды, то он превращается в пластичную массу, которая достаточно быстро схватывается. После твердения и высыхания разведённый порошок снова становится очень крепким, как камень. Поскольку гипс является экологически чистым природным материалом, с кислотностью идентичной кислотности человеческой кожи материал широко применяется в медицине, как всем известно благодаря ему накладывается медицинский гипс.

Гипс с незапамятных времён применялся строителями при строительных, отделочных и реконструкционных работах. Благодаря своей экологической чистоте, быстрой скорости схватывания, небольшого веса изделия, простоте обработки и т.д. гипс строительный или алебастр до сих пор широко применяется и по сей день. На сегодняшний момент этот материал делится по прочности на три сорта. В зависимости от поставленной задачи и подбирается необходимый сорт.

Гипс по праву считается самым старым строительным и отделочным материалом на земле. Быстрота схватывания, твердения и высыхания, белый цвет, лёгкость высохшего изделия, пластичность разведённого с водой материала и лёгкость работы с ним до сих пор делают этот материал просто незаменимым в строительной индустрии. А если вспомнить про лист гипсокартона без которого сегодня не обходится не один ремонт, о лепнине из гипса, то гипс безусловно занимает первое место среди всех существующих строительных материалов.

В 3700 году до нашей эры замечательные свойства гипсового камня заметили египтяне и с тех самых пор гипс применяется в медицине, строительстве, лепке… Название «Гипрос — кипящий камень» присвоили гипсу греки значительно позднее. В ХV веке после того как римляне рассказали Европе о всех известных им свойствах этого замечательного материала его сразу же стали использовать для оштукатуривания стен и потолков. Позднее гипс получил ещё одно название «парижская штукатурка». Название он получил благодаря месту своей добычи в Европе в районе Монмартра под Парижем. Сегодня гипс строительный часто называют алебастром.

На главную

Строительные и отделочные материалы — Химические волокна

От того насколько технологически правильно и качественно будет произведена подготовка волокнообразующих полимеров к формованию химических волокон, во многом будет зависеть и качество полученной продукции. Возникает вопрос, каким образом получают ориентированные полимерные материалы — химические волокна? При этом следует иметь ввиду, что, помимо высокой прочности на разрыв, они должны обладать достаточным для практических целей удлинением, усталостной прочностью и другими показателями, необходимыми для при эксплуатации изделий. Все эти свойства волокна приобретают в процессе длительного ряда технологических операций.

В первую очередь нужно заметить, что линейные макромолекулы в полимерном материале, предназначенном для изготовления волокон, связаны между собой такой энергией, что их перемещение, неизбежное при образовании или формировании волокон, вызывает большие трудности. Поэтому подготовка волокнообразующих полимеров к формованию химических волокон направлена к тому, чтобы снизить энергию сцепления макромолекул. Достигнуть этого можно несколькими методами. Следует учесть, что линейные полимерные материалы можно растворять соответствующими растворителями, в большинстве случаев они подвергаются размягчению при нагревании и при достаточной термостойкости могут переходить в жидкое состояние. Эти свойства линейных полимеров широко используют при подготовке их к формованию химических волокон.

Экономически более выгодны методы снижения энергии взаимодействия линейных макромолекул путём нагрева до перевода их в термопластичное, или ещё лучше, расплавленное состояние. Однако не все волокнообразующие линейные полимеры выдерживают действие температуры, при которой их можно перевести в расплавленное состояние. В таких случаях применяют метод термопластификации полимеров или пользуются растворителями.

Природные полимерные материалы, как например целлюлоза, и редко применяемые для изготовления волокон белковые вещества — подготовка волокнообразующих полимеров к формованию химических волокон осуществляется путём растворения. Некоторые синтетические полимерные материалы перед формованием из них химических волокон лишь нагревают до размягчения, чтобы избежать термической деструкции материалов. Вискозные, ацетатные, медноаммиачные, белковые, полиакрилнитрильные (нитрон, орлон и др.), поливинилспиртовые (винол, винилон) и поливинилхлоридные (типа хлорин и ровиль) формуют из раствора полимеров. Полиамидные волокна типа капрон, анид, нейлон и другие формуют при нагревании в размягчённом состоянии.

В последнее время применяют формование волокон из полимеров в хемопластифицированном состоянии. Можно назвать сухой способ формования поливинилспиртовых волокон, например винола. В этом случае волокнообразующий полимер перед формованием из него химических волокон нагревают, добавляя в него небольшое количество растворителя. При получении сухим методом поливинилспиртовых волокон (винол) приготавливают раствор, содержащий более 40% полимера.

Естественно полагать, что чем концентрированнее прядильный раствор полимерного материала, тем это более выгодно экономически, как с точки зрения количества применяемого оборудования, так и сокращения технологических операций и расхода растворителей. Однако для получения высококачественных синтетических волокон, в особенности высокопрочных, требуется хорошо растворённый полимерный материал с возможно минимальным содержанием неполностью растворённых частиц, так называемых «геликов» именно поэтому подготовка волокнообразующих полимеров к формованию химических волокон должна быть выполнена со строгим соблюдением технологии. Правда, часть «геликов» удаётся удалить из раствора путём фильтрации, но практика показывает, что полностью освободить от них прядильный чрезвычайно трудно и практически невозможно. Между тем присутствие в прядильном растворе не растворённых частиц мешает правильному образованию структурных элементов (пачек макромолекул), что ухудшает качество волокон.

Процесс растворения полимерных материалов обычно начинается с проникновения растворителя в промежутки между пачками макромолекул (мелкие капилляры и пустоты), что вызывает набухание полимера. При дальнейшем проникновении растворителя материал распадается на части, от него откалываются структурные элементы и их агрегаты. Молекулы растворителя, связываясь с активными группами макромолекул полимерного материала, разрушают междуцепные связи, а при продолжении этого процесса получается высоковязковый раствор полимерного материала. Следует кстати заметить, что вязкость растворов указывает на степень взаимодействия макромолекул и характеризует их подвижность в растворе.

Подготовка волокнообразующих полимеров к формованию химических волокон перед формованием прядильных растворов их необходимо по возможности полностью освободить от примесей — загрязнений твёрдого и газообразного характера. Первые удаляются из раствора в результате однократной или многократной фильтрации, а газообразные примеси — путём отсоса под вакуумом или выстаивании прядильных растворов в соответствующих условиях. Расплав волокнообразующих полимерных материалов при периодическом методе работы получают непосредственно перед формованием химических волокон, чтобы избежать существенных изменений или термического разложения материалов.

Расплавление полимерных материалов и подготовка волокнообразующих полимеров к формованию волокон, проводят у каждого места или для группы мест; перед фильерами поддерживают небольшой запас расплава в зависимости от свойств волокнообразующего материала. В этом случае примеси из расплава удаляют фильтрацией в самом фильерном комплекте, а газы, если правильно ведётся процесс расплавления, не захватываются жидкой массой. Следовательно, для получения химических волокон хорошего качества операции подготовки волокнообразующего полимера к формованию должны выполнятся тщательно, а энергию сцепления макромолекул необходимо снижать до возможности их лёгкого перемещения относительно друг друга.

На главную

Строительные и отделочные материалы — Химические волокна

Речь в нашей статье пойдёт про то, как устроена структура волокнистых полимеров. Как известно, волокна состоят из линейных полимерных материалов, макромолекулы которых должны быть расположены так, чтобы волокна могли выдерживать большие нагрузки на разрыв. Другими словами, прочность на разрыв в изделиях из полимерных материалов, при прочих равных условиях, зависит от структуры волокон, т.е. от сочетания и расположения макромолекул.

Электронномикроскопические исследования волокон показывают, что все волокна — натуральные, искусственные и синтетические — обладают пачечной структурой. Это означает, что в процессе роста натуральных и формовании химических волокон макромолекулы полимера сгруппировываются в ассоциаты, которые получили название пачек макромолекул, или структурных элементов. Структура волокнистых полимеров изменяется в зависимости от условий роста натуральных и формования химических волокон. Пачки макромолекул могут иметь неодинаковый размер, различную внутреннюю структуру и разную внешнюю форму. Они могут быть нитевидными — в той или иной мере распрямлённой формы — или свёрнутыми в клубок.

Волокна хлопка растут в течении многих десятков дней, а химические волокна образуются при формовании в течении нескольких секунд, а иногда и меньше. Скорость образования химических волокон может в миллион раз превышать скорость роста натуральных волокон хлопка, шерсти, льна и других лубяных волокон, а также скорость формования нитей гусеницей шелкопряда. В этой связи вполне закономерно, что структура пачек макромолекул натуральных волокон более однородна и упорядочена, чем структура волокнистых полимеров, пачек макромолекул химических волокон, поэтому по некоторым свойствам натуральные волокна не уступают, а превосходят химические.

Пачки макромолекул при образовании волокон располагаются в определённом порядке в зависимости от условий их формования. Структура волокнистых полимеров видна через электронный микроскоп, который позволяет увидеть пачки макромолекул, а по снимкам, сделанным с помощью такого микроскопа, можно измерить их толщину. Достигается это благодаря тому, что электронный микроскоп может увеличить объект в 50 тысяч раз и больше. Если к этому добавить, что при фотоувеличении, например в два раза, отчётливость снимков может быть улучшена, то общее увеличение объекта достигнет 100000 и более раз. Поперечные размеры линейных макромолекул составляют 3-5 ангстрем (1 ангстрем равен одной стомиллионной части сантиметра). Современная техника микроскопирования подходит к разрешающей способности, соразмерной с поперечной величиной макромолекул. Это обеспечивает огромные возможности для исследователей.

Пачки макромолекул сгруппировываются в ассоциаты, из которых состоят волокна. Следовательно, совокупность атомов, определённым образом расположенных и связанных между собою, создаёт макромолекулы, а совокупность последних образует пачки макромолекул, или основные надмолекулярные структурные элементы волокон. Так, путём постепенного соединения более простых частиц образуются более сложные частицы, а из них создаются волокна. Структура волокнистых полимеров последних достаточно сложная, а свойства волокон из определённого полимера зависят от их тонкой структуры. Чем более упорядочена структура пачек макромолекул в волокнах, тем выше прочность волокна на разрыв.

Всё это показывает, что при образовании или формовании химических волокон им можно придать разнообразные свойства в зависимости от структуры. Из многочисленных свойств полимерных материалов их прочность на разрыв представляет наибольший интерес и является основным, хотя и не исключительным показателем. На прочность полимерных материалов в первую очередь влияет степень ориентации структурных элементов и расположение макромолекул в них. Как уже говорилось, по степени ориентации структурных элементов полимерные материалы делят на ориентированные и неориентированные. Ориентированные полимеры — это волокна, а к неориентированным относятся изделия из пластических масс и резины.

Структура волокнистых полимеров и прочность на разрыв изделий из ориентированных и неориентированных полимеров резко различна. Ориентированные полимерные материалы — прочные или высокопрочные, а неориентированные обладают низкой прочностью. К примеру, прочность ориентированных полимер-волокон достигает 100 и даже 150 кг/мм2, тогда как прочность неориентированных полимерных материалов, например изделий из пластических масс и резины, редко превышает 10 кг/мм2. Отсюда вытекает, что условия образования ориентированных (волокон) и неориентированных (пластмасс и резины) изделий из полимерных материалов резко отличаются.

На главную