Строительные и отделочные материалы — Химические волокна
Статья — Термостабилизация химических волокон является завершающей из цикла химические волокна. Как написано в предыдущих статьях, что равновесной формой изолированных молекул является изогнутая конформация, что в твёрдых ориентированных системах макромолекулы вытянуты, их асимметрия повышена и они переведены в менее равновесную форму. Однако некоторые твёрдые системы, где макромолекулы упорядоченно связаны друг с другом, как например кристаллы, проявляют устойчивость несмотря на то, что нитевидные макромолекулы в этой системе распрямлены.
Что касается аморфных участков химического волокна, то макромолекулы в этих местах при вытягивании не могут использовать полностью энергию связи и проявляют неравномерность, стремясь к уменьшению асимметрии. Стремление волокон переходить в более равновесное состояние возрастает с повышением температуры, когда тепловое движение звеньев и частей макромолекул становится более интенсивным.
В ряде случаев химические волокна и изделия из них при обычной температуре в сухом состоянии длительное время сохраняют приданные им форму и размеры. Однако достаточно смочить гидрофильные волокна водой и просушить даже при низкой температуре, как произойдёт заметная усадка волокон или изделий. Многие вытянутые химические волокна, не поглощающие или малопоглощающие воду, при названных условиях не «садятся», но если их подвергнуть нагреву, то при низкой температуре наступает их усадка.
Для того чтобы химические волокна и изделия из них сохраняли приданные им форму и размеры, необходимо подвергнуть их тепловой обработке в соответствующих условиях. Этот процесс называется — Термостабилизация химических волокон. Процесс является составной частью формования волокон. Следует считать законом, что без проведения термостабилизации волокна не должны направляться для использования на практике.
Термостабилизация химических волокон или изделий заключается в релаксации (ослаблении) внутренних напряжений, возникших в волокнах при их формовании, особенно в процессе вытягивания и упрочнения. В процессе релаксации волокна переводятся в заданных условиях в более равновесное состояние. К числу таких условий относятся: 1) температура нагрева, 2) нанесение влаги или других жидкостей и т.д.
С повышением температуры нагрева усиливается тепловое движение звеньев и частей макромолекул, в результате чего более слабые связи между макромолекулами рвутся и освободившиеся активные группы на менее напряжённых местах образуют новые связи. Ещё интенсивнее разрушаются более слабые междуцепные связи при влажно-тепловой обработке волокон.
Термостабилизация химических волокон или терморелаксационная обработка волокон может производится без натяжения или под натяжением. В пером случае релаксационные процессы протекают более интенсивно, но при этом наблюдается некоторое снижение прочности и модуля упругости волокон, что не всегда допустимо. Поэтому в ряде случаев делают термостабилизацию под натяжением, хотя в этих условиях труднее стабилизировать структуру химических волокон в наружной степени. Продолжительность стабилизации химических волокон под натяжением должна быть большей, чем без натяжения.
В общем можно считать, что для получения заданного эффекта стабилизации волокон или изделий из них требуется производить стабилизацию при температуре, превышающей на 30-40 градусов Цельсия температуру эксплуатации химических волокон или временных тепловых обработок.
Заканчивая рассмотрение процесса формования химических волокон, можно выделить пять основных стадий в этом процессе:
Подготовка волокнообразующих полимеров к формованию химических волокон
Разделение раствора и расплава полимера на струйки
Технология производства первичной структуры химических волокон
Технология производства вторичной структуры химических волокон
И термостабилизация химических волокон — фиксация приданной структуре путём тепловой или влажно-тепловой обработки волокон.
При квалифицированном выполнении всех этих процессов можно добиться выработки высокопрочных химических волокон. Например, поливинилспиртовые волокна (винол) обладают прочностью по разрывной длине до 100-120 км, что составляет 156 кг/мм2. Хорошие высокопрочные химические волокна были получены из полиформальдегида. Их прочность на разрыв достигает 140 кг/мм2. Не менее прочные волокна вырабатываются также из целлюлозы — 150 кг/мм2.
В последние годы разработаны способы получения сверхпрочных полиамидных волокон типа капрон и анид, прочность которых на разрыв достигает 105 кг/мм2 (разрывная длина до 90 км). Полиэфирные волокна типа лавсан имеют разрывную длину до 75 км и более (до 105 кг/мм2 и выше). Полипропиленовые волокна с плотностью 0,92-0,93 г/см3 обладают разрывной длиной до 80 км, что составляет около 75 кг/мм2.
Эти данные показывают, что максимальная прочность на разрыв волокон из линейных ориентированных полимеров находится на уровне прочности стальных проволок. Если же эти полимерные материалы использовать как пластические массы для изготовления изделий по методам, установленным для промышленности, то такие материалы, применяемые в виде неориентированных полимеров, будут обладать сравнительно небольшой прочностью, редко превышающей 10 кг/мм2.
В заключение следует указать, что свойства химических волокон определяются не только их прочностью, хотя это имеет очень важное значение. В некоторых случаях высокопрочные волокна хуже удовлетворяют наши потребности, чем волокна обычной прочности; иногда они меньше сопротивляются истиранию, чем волокна обычные, тогда как сопротивление истиранию служит важнейшим показателем износоустойчивости текстильных материалов. Практика показывает, что необходимо выпускать волокна широкого диапазона по прочности на разрыв и другим показателям, чтобы лучше и более полно удовлетворить потребности человека.