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.