 |
|
Виробництво хімічних волокон
Волокнами називаються еластичні тіла, довжина яких в багато разів перевищує розмір їх поперечного перерізу.
Класифікацію волокон за походженням можна представити у вигляді схеми (рис. 1).
Рис. 1. Класифікація волокон за походженням
В основі органічних волокон лежить рослинний і тваринний світ. В основі неорганічних волокон лежать мінерали. В основі штучних волокон лежать природні полімери. В основі синтетичних волокон лежать синтетичні полімери (смоли із нафти, газу, вугілля).
Натуральні органічні волокна використовують у легкій промисловості для виготовлення тканин, а потім одягу. Неорганічні волокна (азбест) використовують у технічних цілях.
Хімічні волокна мають ряд суттєвих переваг над натуральними:
- виробництво хімічних волокон потребує значно менше затрат праці;
- виробництво хімічних волокон не залежить від природних, географічних і кліматичних умов і може швидко нарощувати свої потужності.
Хімічні волокна виготовляють у вигляді нескінченної нитки, яка складається з багатьох окремих волокон, або з одного волокна, чи у вигляді штапельного волокна – коротких відрізків не скрученого волокна, довжина яких відповідає довжині шерсті. Хімічні волокна (як штучні, так і синтетичні) використовують переважно для технічних цілей при виготовленні електроізоляції, труб, струн, сіток, канатів та ін. Для тканин їх використовують менше, тому що вони негігроскопічні, погано пропускають повітря, накопичують статичну електрику. В тканинах хімічні волокна часто використовують у суміші з натуральними волокнами.
Найважливішою характеристикою волокон є міцність на розрив. Це довжина, при якій волокно розривається від своєї ваги. Показники міцності деяких волоко: шерсть – 12 км, бавовна – 35 км, віскоза – 40 км, капрон і нейлон – 72 км.
Синтетичні волокна найбільш дешеві. При їх виготовленні відсутнє прядильне виробництво.
Трудомісткість виготовлення 1 т волокон із різних матеріалів:
- натуральний шовк - 3500 год.;
- бавовна - 1660 год.;
- капроновий шовк - 1400 год.;
- штапельне волокно - 225 год.
Вихідним матеріалом при виготовленні штучних хімічних волокон є целюлоза, яку виготовляють з деревини. Целюлоза, як правило, знаходиться у рідинному стані, тобто у вигляді розчину у спирті або ацетоні.
Вихідним матеріалом при виготовленні синтетичних волокон є полімерні смоли, що знаходяться у розтопленому стані. Але технологія виготовлення як штучних так і синтетичних волокон багато в чому співпадає.
Виробництво будь-яких хімічних волокон можна умовно розділити на 4 стадії.
1 стадія – синтез полімерів.
2 стадія – приготування прядильної маси, тобто розчинів або розплавів та їх ретельне очищення від нерозчинюваних часток та бульбашок повітря. На цій стадії відбувається також забарвлення розчинів та розплавів.
3 стадія – формування волокна. Це основна і найбільш відповідальна операція, яка відбувається шляхом продавлювання через філь’єру надтонких струмочків прядильної маси. Філь’єра – це металевий диск діаметром 50-75 мм з безліччю (від 3 до 2000) дрібних отворів. Філь’єри установлюють на прядильній машині. Кожна машина має 60-100 філь’єр. У процесі формування волокна лінійні макромолекули орієнтуються уздовж усього струмка.
Формування волокна закінчується затвердінням елементарних волокон, при якому зберігається орієнтація мікромолекул. Часто для підвищення ступеню орієнтації молекул ще не зовсім затверділі волокна піддають витягуванню шляхом багаторазового перемотування при певному натяжінні.
Існує два способи формування волокна: мокрий і сухий.
Мокрий спосіб використовується у випадку прядіння волокна із розчину, який подається прядильним насосом, проходить через фільтр, продавлюється через отвори філь’єри і потрапляє в розчин, що знаходиться в осадовій ванні. Далі утворені нитки намотуються на бабіну.
При сухому формуванні нагрітий прядильний розчин або полімерна смола після проходження через філь’єру попадає у вигляді струмків у шахту прядильної машини, в яку подається нагріте повітря. При температурі 80ºC відбувається випаровування розчину, струмочки утворюють пучок волокон, який при виході з шахти з’єднуються в нитку, підкручується і намотується на бабину.
4 стадія – це оздоблення волокна: очищення від домішок і обробка жировими розчинами, щоб надати йому більшої слизькості для полегшення виготовлення тканини на текстильних підприємствах. Завершують виробництво волокон сушінням і намотуванням їх у вигляді ниток на шпулі й котушки.
Хімічні волокна виробляють у вигляді штапельного волокна, філалитних ниток і моноволокна.
Штапельне волокно (подібно шерсті або бавовні) випускається у вигляді коротких волокон довжиною 35-150 мм. Для отримання ниток штапельного волокна необхідне механічне прядіння.
Філалитні нитки складаються з пучка паралельно розташованих тонких елементарних волокон великої довжини. Кількість волокон у пучку 3-100, а в автомобільних покришках – до 2000 шт.
Моноволокно – це одиничне волокно великої довжини, яке використовується у якості штучного волосся, щетини, струн.
Окрім тканин, із хімічних волокон виготовляють шинний корд, канати і троси, риболовецькі сітки, транспортерні стрічки, фільтруючі перегородки, напівпроникні мембрани, шланги, килими, електроізоляцію тощо.