Химические волокна: Классификация и производство

1
Судебная экспертиза волокнистых материалов и изделий из них. Часть 1
Лекция 5. ХИМИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА
Цель лекции – ознакомиться с классификацией химических волокон;
способами их получения.
Содержание лекции:
1. Классификация текстильных волокон по происхождению
2. Классификация химических волокон
2.1 Искусственные волокна
2.1.1 Искусственные волокна из целлюлозы
2.1.2 Искусственные волокна из белков
2.2 Синтетические волокна
2.3 Минеральные волокна
3. Новые виды химических волокон
4. Производство химических волокон
5. Дефекты химических волокон
1. Классификация текстильных волокон по происхождению
Для того, чтобы лучше понять место химических волокон в ряду других
текстильных волокон, приведем одну из классификаций текстильных волокон.
Стеклянные
Лубяные
(лен, джут и
др.)
2
2. Классификация химических волокон
Итак, химические волокна подразделяются на две большие группы:
искусственные и синтетические. Некоторые авторы (далеко не все) относят к
химическим волокнам еще и минеральные.
 Искусственные
волокна
получают
из
природных
высокомолекулярных соединений (сырье натуральное): древесная
целлюлоза, хлопковый пух и т.д.
 Синтетические
волокна
получают
из
синтетических
высокомолекулярных соединений (сырье синтетическое): продукты
переработки каменного угля и нефти: этилен, ацетилен, бензол, фенол
и т.д.
2.1 Искусственные волокна
К искусственным относят волокна, получаемые из природных высокомолекулярных
соединений (полимеров), - целлюлозы, белков, металлов, их сплавов, силикатных стекол.
Более 99,5% искусственных волокон вырабатывают из целлюлозы,
которую вырабатывают из древесины или хлопкового пуха. Еще???
Искусственные волокна из целлюлозы
получили название шелковых нитей (искусственный шелк),
так как первоначально они заменяли натуральный шелк.
3
2.1.1 Искусственные волокна из целлюлозы
Наиболее дешевым сырьем является древесная целлюлоза (виды древесины –
самостоятельно).
Известны четыре способа получения искусственных волокон из целлюлозы:
нитроцеллюлозный, вискозный, ацетатный и медно-аммиачный. В соответствии с этими
методами волокна получили свои наименования.
Способы получения искусственных волокон из целлюлозы
Нитроцеллю
лозный
Получают путем
обработки хлопка
азотной и серной
кислотами
Вискозный
Ацетатный
медно-аммиачный
Получают из
целлюлозы
древесины ели
или сосны
обработкой
едким натром
(мерсеризация),
далее
сероуглеродом
Получают путем
обработки
мерсеризированн
ого хлопка или
древесной
целлюлозы
уксусным
ангидридом в
присутствии
серной кислоты
(катализатор) и
уксусной кислоты
(растворитель)
получают из хлопкового
пуха обработкой
медноаммиачным
раствором
выделенное красным – проверить
Вискозное
волокно
Ацетилцеллюлоз
ные (ацетатные):
-триацетатные;
-диацетатные
Медно-аммиачные
4
(Есть еще много признаков, описанных любознательными людьми в инете)
Свойства искусственных волокон из целлюлозы (основные свойства изучить
самостоятельно! Что касается криминалистических признаков - будем смотреть в
методических рекомендациях).
Нитроцеллюлозный – …….
Вискозный. Вискозные волокна вырабатывают в виде нитей и коротких волокон.
Применяют в производстве тканей, трикотажа, текстильной галантереи, ковровых изделий.
Ацетатный. Ацетатные волокна вырабатывают в виде комплексных и текстурированных
(повышенной объемности) нитей. В чистом виде и в сочетании с другими нитями используют в
текстильном и трикотажном производстве: в ассортименте шелковых платьев, блузочных,
сорочечных тканей, верхнего трикотажа, галстуков, шарфов, кружев.
Медноаммиачный. Вырабатывают в виде комплексных нитей для трикотажного
производства и коротких утолщенных волокон для коврового производства.
Альгинатные волокна (по химическому составу близки к целлюлозным)
изготовляются из производных альгиновой кислоты, добываемой из морских
водорослей. Они получили небольшое распространение. Интересной
особенностью отдельных видов этого волокна является их растворимость в воде.
Используется для изготовления бинтов, техн. тканей.
2.1.1 Искусственные волокна из белков
Белковые искусственные волокна изготовляются из белковых веществ. К их числу относятся
волокна из белков растительного происхождения (напр., зеиновые из содержащегося в
пшенице белкового вещества зеина) и из белков животного происхождения (напр.,
казеиновые из казеина, содержащегося в молоке). Белковые текстильные волокна
изготовляются из щелочных растворов предварительно обезжиренных белков. Формование их
ведется по мокрому способу, сходно с вискозным волокном. Они отличаются небольшой
прочностью, резко снижающейся в мокром состоянии, большой растяжимостью,
изготовляются главным образом в виде штапельного волокна, используемого для смесок с
шерстью, к к-рой они приближаются по своим механическим свойствам, способности
окрашиваться и др. Пр-во белковых волокон имеет весьма ограниченные масштабы, т. к. в
основном связано с затратой пищевых веществ не по их прямому назначению.
5
2.2 Синтетические волокна
Для получения химических волокон в качестве сырья часто используют
продукты переработки нефти, природного газа, угля.
Синтетические волокна подразделяют на гетеро- и карбоцепные
Их отличие состоит в химическом составе основных цепей макромолекул:
- в гетерецепных, кроме атомов углерода, содержатся атомы кислорода, азота
и других элементах,
- в карбоцепных – только атомы углерода.
Всего 7 видов волокнообразующих полимеров. Торговых названий
существует множество (они зависят от страны и производителя), однако эксперт
использует ТОЛЬКО 7 терминов.
Некоторые свойства синтетических волокон
6
2.3 Минеральные волокна
Металлические волокна будем рассматривать в разделе нити.
3. Новые виды текстильных волокон
Бамбуковое На основе целлюлозы
Тенсел На основе целлюлозы
Водоросли На основе целлюлозы с добавлением …
Новые натуральные Лубяные
Банановое волокно
Крапива китайская (рами)
Кукурузное На основе молочной кислоты
Молочный протеин На основе переработки молочного белка казеина
4. Получение химических волокон
Промышленное производство химических волокон началось с искусственных волокон: в
1905 г. (вискозный шелк). Сначала искусственные волокна играли роль заменителей
натуральных. Но со временем они превратились в самостоятельный вид сырья.
Производство химических волокон намного эффективней, чем натуральных, а по
некоторым физико-химическим свойствам они превосходят натуральные. Объем химических
волокон растет быстрыми темпами.
Кратко о технологическом процессе получения химических волокон.
7
Химические волокна получают реакцией полимеризации или поликонденсации.
Полимеризация — процесс образования высокомолекулярного вещества (полимера)
путём
многократного
присоединения
молекул
низкомолекулярного
вещества
(мономера, олигомера) к активным центрам в растущей молекуле полимера. Молекула
мономера, входящая в состав полимера, образует так называемое мономерное (структурное)
звено. Элементный состав (молекулярные формулы) мономера и полимера приблизительно
одинаков.
Поликонденсация —
полимеризация,
сопровождающаяся
выделением
низкомолекулярных побочных продуктов (воды, спиртов и т. п.) при взаимодействии
функциональных групп.
Полимеризация и сополимеризация
В процессе полимеризации участие принимает один вид мономера.
В процессе сополимеризации – два и более видов мономеров.
Сополимеризация позволяет получать высокомолекулярные вещества с разнообразными
свойствами.
Образование волокон основано на способности
высокомолекулярных соединений переходить в вязкое
состояниепосредством растворения или расплавления –
образуется прядильный раствор.
Человек учится у природы!!!
Смотри как у шелкопряда
Получение
исходного
полимера
3, 4 -Прядение или формование нитей
О некоторых этапах подробнее
Формование
Формуют волокна на прядильных машинах, где прядильный раствор подается в фильеры –
специальные приспособления в форме колпачков или пластинок из нержавеющих, химически
стойких металлов.
8
Фильеры имеют круглые или многогранные (от 3 до 12 граней) отверстия диаметром
0,045 – 1 мм. Количество отверстий для одиночных нитей может быть от 6 до 120, а для жгута –
перерабатываемое в короткое волокно, - 4800 – 40000.
Форма и диаметр отверстий фильеры определяют характер сечения волокна и его
диаметр.
Волокна фигурного сечения называются профилированными
В процессе формования волокна происходит ориентация макромолекул
относительно оси нити. Высокая степень ориентации способствует повышению прочности
волокна, но отрицательно сказывается на таких свойствах, как гигроскопичность, набухаемость,
окрашиваемость.
Отделка
- удаление примесей с поверхности волокна;
- отбеливание;
- замасливание для придания мягкости, снятия электризуемости, защиты от механических
повреждений в процессе вытяжки и кручения;
- нанесение специальных препаратов для облегчения дальнейшей текстильной обработки
волокна.
Химические волокна вырабатывают в виде нитей и короткого волокна
(штапели).
5.
Дефекты химических волокон
Общими дефектами химических волокон являются:
- неравномерная прочность;
- загрязнения;
- микропороки: вмятины, поперечные и продольные трещины, скопление замасливателя.
При наличии микропороков волокна разрушаются в процессе переработки.
Для комплексных нитей характерна обрывность элементарных нитей.
В коротких волокнах встречаются склейки, жгутики, мушки, шишковатость, надрывы,
трещины, перебитые концы.
9
Контрольные вопросы:
1. Классификация химических волокон.
2. Сколько существует видов волокнообразующих полимеров для
синтетических волокон?
3. Основные этапы производства химических волокон.
4. Как называется волокно с фигурным сечением?
5. Из какого сырья получают искусственные волокна из целлюлозы?
6. Что служит сырьем для получения искусственных волокон из белков?
7. Какие искусственные волокна наиболее распространенные – из
целлюлозы или белков?
8. Являются ли новые виды химических волокон отдельным видом
химических волокон?