полиамидные волокна
ПОЛИАМИДНЫЕ ВОЛОКНА
синтетич. волокна, формуемые из полиамидов. Ок. 98% от общего производства П. в. составляют волокна из алифатич. полиамидов, причем осн. масса из них производится из поли-ε-капроамида (выпускается под торговыми названиями капрон, найлон-6, амилан, дедерон, стилон, лилион, релон, перлон, видлон, хемлон, энкалон и др.) и полигексаметиленадипинамида (найлон-6,6, анид, леона, глацем и др.). Производство др. видов алифатических П. в. очень незначительно, что объясняется в осн. экономич. проблемами, связанными с получением мономеров, техн. трудностями синтеза полимеров, переработки их в волокна и отсутствием у большинства этих волокон конкурентоспособных потребительских свойств.
О П. в. из ароматич. полиамидов, т. наз. арамидных волокнах, обладающих высокой термо- и хим. стойкостью и в ряде случаев очень хорошими мех. свойствами, см. термостойкие волокна.
П. в. из алициклич. полиамидов (или полиамидов, содержащих в цепи алициклич. звенья) по мех. свойствам, прежде всего по модулю деформации растяжения, несколько превосходят найлон-6 и найлон-6,6. Однако из-за экономич. факторов (стоимость сырья) производство их не получило широкого развития [напр., выпускается волокно киана в США, формуемое, по-видимому, из полимера, синтезируемого поликонденсацией бис-(n-аминоциклогексил)метана и додекан-дикарбоновой или азелаиновой кислоты].
Получение. Технол. процесс получения П. в. включает след. осн. стадии: синтез полимера, формование и вытяжка, текстильная обработка волокна. Разделение это несколько условно, т. к. совр. технология, как правило, предполагает совмещение отдельных стадий вплоть до полностью непрерывного процесса.
• см. также формование химических волокон
Полимер синтезируют обычно на том же предприятии, на котором производят волокно. В получаемом поли-e-капро-амиде содержится до 10% низкомол. соед. (в осн. мономер и его низшие олигомеры). Присутствие их в полимере затрудняет послед. формование волокна и отрицательно сказывается на его свойствах. Поэтому для удаления низкомол. соед. полимер подвергают т. наз. демономеризации-вакуумированию расплава или водной обработке полимерного гранулята, который затем (содержание воды 7–10%) сушат в токе нагретого азота, предварительно очищенного от кислорода (содержание O2 не должно превышать 0,0003%). Количество остаточной влаги зависит от условий формования волокна и мол. массы полимера. Содержание низкомол. соед. в готовом полимере, как правило, не превышает 1–2%, влажность составляет 0,05–0,1%.
Полигексаметиленадипинамид нет необходимости подвергать демономеризации благодаря необратимому характеру поликонденсации при его синтезе. Расплав пригоден для непосредств. переработки в волокно, а полимерный гранулят предварительно сушится.
Для получения волокнообразующих полиамидов применяют высокоавтоматизированные непрерывные технол. процессы. При этом в производстве найлона-6 используют технол. схемы как с получением гранулята, так и непрерывные, включающие непосредств. передачу получаемого расплава полимера на формование волокна, в производстве найлона-6,6-чаще непрерывные схемы.
В производстве П. в. важное значение имеет качество исходного полимера: 1) линейность мол. структуры; 2) однородность его физ.-хим. свойств; 3) отсутствие мех. включений и гель-частиц. Это достигается оптимизацией процессов тепло- и массообмена в реакторах, ликвидацией в них застойных зон и макс. сокращением времени синтеза, фильтрацией расплава полимера перед формовочной машиной. Обычно для производства волокон используют линейные алифатич. полиамиды мол. м. (18–35)∙103.
Алифатические П. в. обычно формуют из расплавов. В случае использования гранулята полимер расплавляют в экструдерах при 260–300 °C в атмосфере инертного газа; расплав фильтруют и дозирующими насосами подают в фильерный комплект, где он еще раз фильтруется и продавливается через отверстия фильер. При формовании волокон непосредственно из расплава последний к дозирующим насосам подают с помощью шнековых или шестеренчатых насосов. Один прядильный блок может состоять из 1–16 фильер.
Существ. влияние на свойства волокон оказывает форма (профиль) отверстия фильеры. Если отверстие не круглое (звездочка с разл. количеством лучей, восьмиугольник или др.), то получают т. наз. профилированные волокна и нити, имеющие иные оптические и в ряде случаев мех. свойства. Известны также бикомпонентные П. в. типа "бок о бок" или "ядро — оболочка", формуемые, напр., из полиамида и полиэфира, а чаще из двух полиамидов, различающихся мол. массами или др. физ.-хим. свойствами. В этом случае используют, напр., фильеры с двумя отверстиями, в которые подаются два разных вида расплавов. См. подробнее в ст. текстурированные нити.
Выходя из фильеры, струйки жидкого полимера охлаждаются холодным воздухом в спец. прядильных шахтах (формование по сухому способу). С целью регулирования вязкости струи и формирования необходимой структуры полимера в волокне в некоторых случаях в прядильную шахту непосредственно под фильеру подают перегретый водяной пар или нагретый инертный газ. При охлаждении струек расплава происходит начальная ориентация макромолекул и структурообразование. Вследствие разности скоростей вытекания расплава из отверстия фильеры и приемки нити на первый прядильный диск происходит фильерная вытяжка в 30–60 раз. После выхода из шахты на сформованную нить наносится заданное количество влаги и ПАВ для придания необходимых фрикционных свойств, компактности и предотвращения электризации.
Затем сформованная нить со скоростью 8–100 м/с поступает на намоточное устройство. С увеличением скорости намотки и, следовательно, с повышением напряжения в нити возрастает степень ее ориентац. вытягивания при формовании (см. ориентированное состояние полимеров). В зависимости от принятой схемы технол. процесса и оборудования используют разл. скорости намотки, которые определяют свойства получаемой нити и дальнейшую технологию ее текстильной обработки.
При скоростях намотки 8–33 м/с (т. наз. классич. схема) получают неориентированную или слабоориентированную нить, которую для придания необходимых текстильных свойств подвергают ориентац. вытягиванию в 3–5 раз на крутильно-или намоточно-вытяжных машинах. T. обр. получают как текстильные, так и техн. нити. При скоростях 33–85 м/с получают частично ориентированную, или предориентиро-ванную, нить, которую можно использовать как текстильный материал или подвергать дополнит. вытягиванию и дальнейшим текстильным обработкам. При скоростях 85–100 м/с получают полностью ориентированную нить, т. е. готовый текстильный материал. Относит. удлинения нитей, полученных в трех указанных интервалах скоростей намотки, составляют 300–500%, 50–80% и 30–40% соответственно. Два последних способа относятся к т. наз. высокоскоростному формованию, применяемому, как правило, для получения текстильных нитей.
Во всех случаях формуемая нить транспортируется с помощью двух прядильных дисков и наматывается на ци-линдрич. патрон. Намоточные устройства как по классич. схеме, так и по способам высокоскоростного формования рассчитаны на одноврем. приемку 2–16 нитей.
При получении техн. нитей используется также способ совмещенного формования и вытягивания. Приемное устройство в этом случае включает кроме намоточного механизма еще 3–4 пары вытяжных дисков, за счет разницы скоростей вращения которых происходит вытягивание нити в 4–6 раз. Относит. удлинение получаемой нити 25–30%, скорость намотки 40–55 м/с.
Способы совмещенного и высокоскоростного формований по сравнению с классическим имеют лучшие технико-экономич. показатели, обеспечивают более высокую равномерность свойств нити и пригодны для роботизации.
Неориентированные и слабоориентированные нити текстильного ассортимента (линейная плотн. 1,5–29 текс) подвергают ориентац. вытягиванию, как правило, в одну стадию. Нити техн. назначения, формуемые из более высоко-мол. полиамидов (линейная плотн. 93–210 текс), вытягивают в 4,5–5,5 раза в две стадии: для снижения напряжения в нити и достижения высокой равномерности осн. часть вытягивания (ок. 75%) проводят при нагр. нити до 150–190 °C (горячая вытяжка).
После ориентац. вытягивания в зависимости от назначения техн. нити сразу перематывают на товарную паковку (бобина, шпуля или др.) или подвергают предварительно кручению, а нити для шинного корда — кручению и трощению (т. е. соединению неск. нитей в одну). Текстильные нити перематывают на товарную паковку, подвергают кручению (200–1200 кручений на 1 м), трощению, текстурированию, термофиксации и (или) шлихтованию (т. е. обработке эмульсиями или растворами разл. веществ с целью слабого склеивания элементарных нитей). Термофиксацию с целью снижения в 3–4 раза тепловой усадки нитей осуществляют чаще всего горячим воздухом или водяным паром и в редких случаях горячей водой (90 °C). Вместо экономически невыгодной операции кручения можно использовать пневмосоединение (воздействие на нити сжатого воздуха с образованием местного перепутывания отдельных элементарных нитей). Частично ориентированные текстильные нити подвергают ориентац. вытягиванию, как правило, только при текстурировании.
Крашение П. в. обычно осуществляют в массе, т. е. краситель вводят в расплав полимера перед формованием волокна, или в готовых изделиях гл. обр. дисперсными красителями и их водорастворимыми производными, кислотными красителями и орг. пигментами (см. крашение волокон).
Виды выпускаемых П. в.: мононити, комплексные нити с числом элементарных нитей 3–400, в т. ч. для текстильной переработки и техн. целей, текстурир. нити, нити для ковров и мебельных тканей (текстурир. комплексные нити, линейная плотн. 80–400 текс), штапельное волокно, нетканые материалы.
Свойства. Физ.-хим. свойства П. в. зависят от хим. природы и мол. массы исходного полиамида, структурных особенностей волокна. С повышением мол. массы полиамида улучшаются прочность, модуль деформации при растяжении, усталостные характеристики и др. физ.-мех. показатели волокон.
П. в. характеризуются высокой прочностью при растяжении, устойчивостью к знакопеременным деформациям, высоким сопротивлением к ударным нагрузкам и истиранию (см. табл.). Недостатки П. в. из алифатич. полиамидов — сравнительно низкая гигроскопичность, что является причиной их высокой электризуемости, относительно низкий модуль деформации при растяжении и низкие тепло-, термо- и светостойкость. Для повышения устойчивости П. в. к окислению при термич. и фотохим. воздействиях в исходный полимер можно вводить разл. антиоксиданты (ароматич. амины и фенолы, бензимидазолы, орг. и неорг. соли переходных металлов, комплексные соед., содержащие Cu, или др.). Область рабочих температур для волокон из алифатич. полиамидов составляет 80–150 °C.
П. в. раств. в феноле, крезолах, ксилоле, трихлорэтане, хлороформе, бензиловом спирте, нитробензоле, ДМСО, ди-метилацетамиде, ДМФА (особенно в сочетании с LiCl), а также в некоторых фторпроизводных спиртов и карбоновых кислот. Не раств. в алифатич. спиртах, ацетоне, CCl4, три-хлорэтилене, углеводородах, простых и сложных эфирах. П. в. неустойчивы в концентрир. кислотах, особенно минеральных. Щелочи умеренных концентраций не оказывают заметного воздействия на П. в., однако с повышением температуры и концентрации деструктирующее воздействие щелочей возрастает. Концентрация раствора NaOH, вызывающего существ, деструкцию волокна, составляет 10–12%. Прочность волокон мало снижается после пребывания в 10–20%-ных растворах Na2CO3 и в растворах аммиака любой концентрации при комнатной температуре.
По сравнению с волокнами из поли-ε-капроамида и поли-гексаметиленадипинамида волокна из поли-w-ундеканамида (найлон-11) и полидодеканамида (найлон-12), вследствие наличия в их макромолекулах длинных углеводородных участков между амидными группами, менее гидрофильны, обладают меньшей адгезией к резине и более высокой хим. стойкостью. Эти волокна имеют приятный гриф (мягкие на ощупь). Волокно из поли-a-пирролидонамида (найлон-4) отличается повышенным сродством к красителям и более высокой гигроскопичностью. П. в. из поли-b-пропиоамида (найлон-3) вследствие большого числа амидных связей характеризуются высокой гигроскопичностью, меньшим относит. удлинением, более высокими температурой плавления и теплостойкостью, устойчивостью к термоокислительной и фотодеструкции. Эти волокна близки по свойствам к натуральному шелку. Волокно из полигексаметиленсебацинамида (найлон-6,10) эластичнее, чем из полигексаметиленадипина-мида, и приближается по этому показателю к шерсти. Напротив, волокно из политетраметиленадипинамида (най-лон-4,6) характеризуется большим (на 25%) модулем деформации растяжения, чем найлон-6,6, и высокой устойчивостью к истиранию. Таким образом, в ряду волокон от найлона-3 до найлона-12 снижаются модуль деформации растяжения и гидрофильность (приблизительно с 10 до 1%), повышаются хим. стойкость и эластичность.
СВОЙСТВА ПОЛИАМИДНЫХ ВОЛОКОН И НИТЕЙ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ УКАЗАННЫХ ПОЛИМЕРОВ
таблица в процессе добавления
* Текс-масса 1000 м волокна, выраженная в граммах.
При введении в макромолекулы алифатич. полиамидов ароматич. или алициклич. фрагментов в случаях изоморфного замещения повышаются модуль деформации растяжения и термостойкость волокон.
Применение. П. в. широко применяют для производства товаров народного потребления, в осн. чулочно-носочных изделий, трикотажа, тканей для верх, одежды. В технике П. в. используют для изготовления шинного корда, РТИ, рыболовных сетей, тралов, канатов, веревок и т. п., фильтровальных материалов для пищ. промышленности, щетины (напр., для моечных и хлопкоуборочных машин), а также др. изделий. Окрашенные в массе текстурир. нити (линейная плотн. 60–330 текс) используют для изготовления ковровых изделий.
Мировое производство П. в. составляет 3500 тыс. т (1988), в СССР-445 тыс. т (1986).
Впервые опытное производство П. в. было освоено в США (1938) из полигексаметиленадипинамида, из поли-e-капро-амида — в Германии (1939). В СССР пром. производство П.в. началось в 1948.
Лит.: Энциклопедия полимеров, т. 2, М., 1974, с. 722–27; Роговин 3. А., Основы химии и технологии химических волокон, 4 изд., т. 2, М., 1974; Фишман К. E., Хрузин H. А.. Производство волокна капрон, 3 изд., М., 1976; Кудрявцев Г. И., Носов M. П., Волохина А. В., Полиамидные волокна, М., 1976; Юркевич В. В., Пакшвер А.Б., в кн.: Технология производства химических волокон, М., 1987, с. 146–50; Krieger A., "Chemiefasern Textilindustrie", 1986, № 11, S. 889–91; там же, 1987, № 4, S. Е41.
А. А. Сперанский
Значения в других словарях
- Полиамидные волокна — Синтетические волокна, формуемые из расплавов или растворов полиамидов (См. Полиамиды). Обычно для производства П. Большая советская энциклопедия