Химические волокна

Департамент водного транспорта РФ

ФГОУ  ВПО "Новосибирская государственная академия водного транспорта" 

Электромеханический факультет 

Кафедра Физики и химии 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа 

Химические  волокна 
 
 
 
 
 
 
 
 

                Выполнил:

                студент II курса ГТФ

                группы  ГЧ-21

                Хрущёв  И.В.

                Проверил:

                ассистент кафедры ФиХ

                Витвинина Г.Н. 
                 
                 
                 
                 
                 
                 
                 
                 
                 
                 

Новосибирск, 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4

Общая часть 6

1 История  использования химических волокон……………………………………………….6

 1.1 Основные  этапы в развитии химических волооко…………………………………….....6

2 Классификация  химических волокон…………………………………………………….......7

 2.1 Искусственные  волокна……………………………………………………………………7

 2.2 Синтетические  волокна…………………………………………………………………….8

3 Технология  изготовления волокон……………………………………………………………8

4 Природные  волокна……………………………………………………………………………9

     4.1 Волокна растительного происхождения 10

4.1.1 Хлопок………………………………………………………………………………….10

4.1.2 Лён……………………………………………………………………………………...11

     4.2 Волокна животного происхождения 13

     4.2.1 Шерсть 13

     4.2.2 Шелк 14

     4.3 Волокна минерального происхождения 16

4.3.1 Асбест 16

5 Искусственные  волокна……………………………………………………………………...17

5.1 Гидратцеллюлозные  волокна…………………………………………………………….17

 5.1.1 Вискозные волокна……………………………………………………………………17

 5.1.2 Медно-амиачные волокна…………………………………………………………….18

5.2 Ацетилцеллюлозные  волокна…………………………………………………………....19

 5.2.1 Ацетатные волокна …………………………………………………………………....19

 5.2.2 Триацетатные волокна………………………………………………………………..19

5.3 Белковые  волокна………………………………………………………………………...20

 5.3.1 Казеиновые волокна…………………………………………………………………..20

 5.3.2 Зеиновые волокна……………………………………………………………………..20

6 Синтетические  волокна………………………………………………………………………21

     6.1 Полиамидные волокна 21

     6.2 Полиакрилонитрильные волокна 22

     6.3 Полиэфирные волокна 22

     6.4 Поливинилхлоридные волокна 23

     6.5 Полиолефиновые волокна 25

     6.6 Полиуретановые волокна 26

      6.7 Поливинилспиртовые волокна 27

Заключение 29

Список  использованных источников и литературы 31 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ВВЕДЕНИЕ

     За  последние 100 лет население Земли  удвоилось. Но еще больше возросли потребности  людей. Выработка природных волокон  – шерсти, хлопка, натурального шелка, льна, конопли – стала заметно  отставать от спроса. Так, за последние 40 лет, она увеличилась лишь на 25 %, а спрос – на 100 %.

     Устранить это несоответствие помогла химия. Ежегодно на заводах производится миллионы километров искусственного шелка и  других химических волокон из природной  целлюлозы или из угля, известняка, поваренной соли и воды. Сегодня  доля химических волокон в общей  их выработке составляет уже более 28 %. За последние 15 лет объем мирового производства волокон увеличился в 3 раза.

     Огромное  значение химических волокон очевидно. В самом деле, если затраты труда  на изготовление синтетического полиамидного шелка принять за 100 %, то для искусственного вискозного шелка они составят 60 %, для шерсти 450 %, а для натурального шелка еще больше – 25000 %!

     Шерсть  на овце за 3 месяца отрастает в среднем на 30 мм. А на заводе химического волокна прядильная машина за 1 минуту вытягивает до 5000 м нити!

     На  международной ярмарке в Лейпциге внимание посетителей привлекла  к себе вывеска над павильоном одной английской фирмы, торгующей  текстильными изделиями. По распоряжению управляющего этой фирмой, из огромных букв были собраны слова: "Шерсть нельзя заменить ничем!" Ну что же, ему нельзя отказать в умении рекламировать свой товар. Однако этот бизнесмен не учел, что на той же самой выставке в других павильонах были представлены великолепные ткани, изготовленные полностью или преимущественно из синтетических волокон; пряжа и нитки, обладающие такими достоинствами, которых нет у натуральных волокон.

     Даже  закоренелые скептики, которых раньше было, не так уж мало, в последние годы могли воочию убедиться в том, что цельносинтетические волокна по прочности, стойкости к воде, погоде, свету, бактериям и насекомым, эластичности и способности защищать от холода часто превосходят волокна природного происхождения – шерсть, хлопок и шелк.

     Химики  во многих странах непрерывно трудятся над созданием новых волокон  и улучшением качества уже известных. Не отстают от них и технологи. Изменяя состав сырья и технологию его переработки, они улучшают качество тканей и придают им ряд особых свойств, например, делают их водоотталкивающими или не теряющими форму. В результате на международном рынке непрерывно появляются новые марки тканей.

     Всего химики уже предложили почти 1000 различных типов синтетических волокон, однако из них лишь несколько производятся промышленностью в крупных масштабах. В настоящее время наибольшее значение имеют четыре типа волокон: поливинилхлоридные, полиамидные, полиакрилонитрильные и полиэфирные.

     Выбор именно этих волокон обусловлен не только химическими, физическими и  технологическими факторами, но и, прежде всего, экономическими причинами. При  массовом производстве сырье обязательно  должно быть дешевым и легкодоступным. Кроме того, необходимо, чтобы свойства конечных продуктов можно было варьировать  в широких пределах. Упомянутые типы волокон удовлетворяют всем этим требованиям.

     Первое  цельносинтетическое волокно было выпущено промышленностью в 1934 году. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ОБЩАЯ ЧАСТЬ

     1 История использования  химических волокон

     Впервые мысль о том, что человеком  может быть создан процесс, подобный процессу получения натурального шелка, при котором в организме гусеницы шелкопряда вырабатывается вязкая жидкость, затвердевающая на воздухе с образованием тонкой прочной нити, была высказана  французским ученым Р. Реомюром еще в 1734 году.

     Производство  первого в мире химического (искусственного) волокна было организовано во Франции в г. Безансоне в 1890 году и основано на переработке раствора эфира целлюлозы (нитрата целлюлозы), применяемого в промышленности при получении бездымного пороха и некоторых видов пластмасс.

     2.1 Основные этапы  в развитии химических  волокон

     На  первом этапе — с конца XIX века до 1940-50-х годов — разрабатывались и совершенствовались процессы получения искусственных волокон на основе природных полимеров из их растворов мокрым методом формования. Развивалось производство вискозных волокон. Некоторое развитие получили процессы сухого формования ацетатных волокон. Однако доминирующую роль в изготовлении текстильных изделий играли природные волокна, химические рассматриваются только как дополнение к природным волокнам. Изделия из химических волокон изготавливались в весьма небольших количествах.

     На  втором этапе — 1940-70-е годы — развивались  процессы синтеза волокнообразующих  мономеров, полимеров и технологии получения волокон из расплавов  синтетических полимеров. Одновременно сохранялось и совершенствовалось производство волокон мокрым методом  формования. Производство химических волокон развивалось в промышленно  развитых странах. В этот период созданы  основные виды химических волокон, которые можно назвать "традиционными" или "классическими". Химические волокна рассматривались как дополняющие и только частично заменяющие природные волокна. Начинали развиваться процессы модифицирования волокон.

     На  третьем этапе — 1970-90-е годы —  выпуск химических волокон существенно  возрос. Широко развились методы их модифицирования для улучшения  потребительских свойств. Химические волокна приобрели самостоятельное  значение для самых различных  видов изделий и областей применения. Кроме того, они широко используются в смесях с природными волокнами. В этот же период в промышленно развитых странах созданы "волокна третьего поколения" с принципиально новыми специфическими свойствами: сверхпрочные и сверхвысокомодульные, термостойкие и трудногорючие, хемостойкие, эластомерные и другие.

     На  четвертом этапе — с 1990-х годов  по настоящее время — идет современный  этап развития производства химических волокон, появление новых способов модифицирования, создание новых видов многотоннажных волокон: "волокон будущего" или "волокон четвертого поколения". В их числе новые волокна на основе воспроизводимого растительного сырья (лиоцелл, полилактидные), новые мономеры и полимеры, получаемые путем биохимического синтеза и волокна на их основе. Проводятся исследования по применению новых принципов получения полимеров и волокон, основанных на методах генной инженерии и биомиметики.

     2 Классификация химических  волокон

     В России принята следующая классификация  химических волокон в зависимости  от вида исходного сырья:

     - искусственное волокно (из природных полимеров): гидратцеллюлозные, ацетилцеллюлозные, белковые;

     - синтетическое волокно (из синтетических полимеров): карбоцепные, гетероцепные.

     Иногда  к химическим волокнам относят минеральные  волокна, получаемые из неорганических соединений (стеклянные, металлические, базальтовые, кварцевые).

     2.1. Искусственные волокна

     Гидратцеллюлозные:

    - вискозные, лиоцелл;

    - медно-аммиачные.

     Ацетилцеллюлозные:

     - ацетатные;

     - триацетатные.

     Белковые:

     - казеиновые;

     - зеиновые.

     2.2. Синтетические волокна

     Карбоцепные (содержат в цепи макромолекулы только атомы углерода):

     - полиакрилонитрильные (нитрон, орлон, акрилан, кашмилон, куртель, дралон, вольпрюла);

     - поливинилхлоридные (хлорин, саран, виньон, ровиль, тевирон);

     - поливинилспиртовые (винол, мтилан, винилон, куралон, виналон);

     - полиэтиленовые (спектра, дайнема, текмилон);

     - полипропиленовые (геркулон, ульстрен, найден, мераклон).

     Гетероцепные (содержат в цепи макромолекулы кроме  атомов углерода атомы других элементов):

     - олиэфирные (лавсан, терилен, дакрон, тетерон, элана, тергаль, тесил);

     - полиамидные (капрон, найлон-6, перлон, дедерон, амилан, анид, найлон-6,6, родиа-найлон, ниплон, номекс);

     - полиуретановые (спандекс, лайкра, вайрин, эспа, неолан, спанцель, ворин).

     3 Технология изготовления  волокон

     В промышленности химические волокна  вырабатывают в виде:

     - штапельных (резаных) волокон длиной 35…120 мм;

     - жгутов и жгутиков (линейная плотность соответственно 30…80 и 2…10 г/м);

     - омплексных нитей (состоят из многих тонких элементарных нитей);

     - мононитей (диаметром 0,03…1,5 мм).

     Первая  стадия процесса производства любого химического волокна заключается  в приготовлении прядильной массы (формовочного раствора или расплава), которую в зависимости от физико-химических свойств исходного полимера получают растворением его в подходящем растворителе или переводом его в расплавленное  состояние.

     Полученный  вязкий формовочный раствор тщательно  очищают многократным фильтрованием  и удаляют твердые частицы  и пузырьки воздуха. В случае необходимости  раствор (или расплав) дополнительно  обрабатывают — добавляют красители, подвергают "созреванию" (выстаиванию) и другие. Если кислород воздуха может окислить высокомолекулярное вещество, то "созревание" проводят в атмосфере инертного газа.

     Вторая  стадия заключается в формовании волокна. Для формования раствор  или расплав полимера с помощью  специального дозирующего устройства подается в так называемую фильеру. Фильера представляет собой небольшой  сосуд из прочного теплостойкого и химически стойкого материала с плоским дном, имеющим большое число маленьких отверстий, диаметр которых может колебаться от 0,04…1,0 мм.

     При формовании волокна из расплава полимера тонкие струйки расплава из отверстий  фильеры попадают в специальную  шахту, где они охлаждаются потоком  воздуха и затвердевают. Если формирование волокна производится из раствора полимера, то могут быть применены два метода: сухое формирование, когда тонкие струйки поступают в обогреваемую шахту, где под действием циркулирующего теплого воздуха растворитель улетучивается, и струйки затвердевают в волокна; мокрое формирование, когда струйки  раствора полимера из фильеры попадают в так называемую осадительную ванну, в которой под действием различных  содержащихся в ней химических веществ  струйки полимера затвердевают в  волокна.

     Во  всех случаях формирование волокна  ведется под натяжением. Это делается для того, чтобы ориентировать (расположить) линейные молекулы высокомолекулярного  вещества вдоль оси волокна. Если этого не сделать, то волокно будет  значительно менее прочным. Для  повышения прочности волокна  его обычно дополнительно вытягивают после того, как оно частично или  полностью отвердеет.

     После формования волокна собираются в  пучки или жгуты, состоящие из многих тонких волокон. Полученные нити при необходимости промывают, подвергают специальной обработке — замасливанию, нанесению специальных препаратов (для облегчения текстильной переработки), высушивают. Готовые нити наматывают на катушки или шпули. При производстве штапельного волокна нити режут  на отрезки (штапельки). Штапельное волокно  собирают в кипы.

     4 Природные волокна

     Природные волокна – это натуральные  текстильные волокна, образующиеся в природных условиях прочные  и гибкие тела малых поперечных размеров и ограниченной длины, пригодные  для изготовления пряжи или непосредственно  текстильных изделий (например, нетканых). Одиночные волокна, не делящиеся  в продольном направлении без  разрушения, называются элементарными (волокна большой длины – элементарными  нитями); несколько волокон, продольно скрепленных (например, склеенных) между собой, называются техническими. По происхождению, которое определяет и химический состав волокон, различают волокна растительного, животного и минерального происхождения. 

     4.1 Волокна растительного происхождения

     4.1.1 Хлопок

     Химическая  формула: ( C6H10O5)n

     Физические  свойства. Гигроскопичность хлопка достаточно высокая. При нормальных условиях зрелые волокна содержат 8…9 % влаги. Хлопок быстро впитывает влагу и быстро ее отдает. Во влажном воздухе хлопковое волокно может принять в себя до 27 % влаги, не делаясь влажным на ощупь. При погружении в воду волокна набухают, их прочность при растяжении увеличивается на 15…17 %.

     Хлопок  является плохим проводником тепла  и электричества.

     Основные  характеристики волокна. Хлопок — натуральное волокно, приятное на ощупь и хорошо пропускающее воздух. Неэластичен без добавления других материалов.

     Свойства  хлопка:

     - высокая влаговпитывающая способность;

     - приятен на ощупь;

     - позволяет коже «дышать»;

     - не электризуется;

     - прочен, но уступает искусственным волокнам по прочности и износостойкости;

     - можно красить и отбеливать.

     Способы получения. При созревании плода коробочка хлопчатника раскрывается. Волокно вместе с семенами — хлопок-сырец — собирается на хлопкоприёмных пунктах, откуда его отправляют на хлопкоочистительный завод, где происходит отделение волокон от семян. Затем следует разделение волокон по длине: наиболее длинные волокна от 20…25 мм и есть хлопок-волокно, а более короткие волоски — линт — идут на изготовление ваты, а также для производства взрывчатых веществ.

     Применение. Основную массу хлопка перерабатывают в пряжу, небольшую часть хлопкового волока и пуха используют для изготовления медицинской ваты, прокладок, фильтров. Пух и подпушек применяют также в химической промышленности как сырьё, из которого вырабатывают искусственные волокна и нити, взрывчатые вещества и т.д.

     Наиболее  распространенные изделия из хлопка это махровые полотнеца, которыми мы пользуемся изо дня в день. Далее  по степени известности следуют  махровые халаты. Они легки, удобны и долговечны. Махровые халаты, согревая тело, позволяют ему свободно дышать. Махровые халаты чаще всего используются после купания, так как ткань, из которой они изготовлены, прекрасно  впитывает влагу.

     4.1.2 Лён

     Химический  состав: около 80 % целлюлозы, до 8 % пентозанов, более 5 % лигнина.

     Физические  свойства. Лён обладает бактерицидными свойствами, не вызывает аллергии, не выделяет формальдегиды и хлорсодержащие флюоритные углероды (CFC).

     Основные  характеристики волокна. Целостность льняных волокон, получаемых из стеблей растения с одноименным названием, обеспечивается наличием в них пектина. Помимо пектина, волокна льна состоят из линина, воды (30 % вместе с пектином) и целлюлозы (70 %). Волокна относительно гладкие, прямые и светлые; они более хрупкие и менее гибкие, нежели у хлопка. Обладая достаточно высокой выносливостью, льняные волокна не отличаются эластичностью. Благодаря своей структуре гидрофильность льна значительно выше, чем у хлопка.

     По  причине высокой теплопроводности льняные волокна активно используют для производства летней одежды, поскольку  материал быстро распространяет тепло  человеческого тела по всей своей  поверхности. Высокая гидрофильность обусловливает быстрое впитывание влаги и быстрое высыхание  материала, что также делает лен  более предпочтительным, чем хлопок. К тому же лен легко стирается  в воде, легче подвергается пятновыводке, причем его мягкость повышается с  количеством перенесенных стирок. При  глажении изделия из льна следует  прежде хорошо увлажнить, либо необходимо их гладить паровым утюгом.

     Однако  некоторые виды льняных тканей должны подвергаться только «сухой» химической чистке, что определяется особенностями отделки материала на стадии производства. Вместе с тем лен очень сложно отбеливать, поскольку этот процесс (особенно с применением гипохлорита натрия) приводит к существенному ослаблению межмолекулярных связей волокон. Если уж решили отбеливать лен, лучше использовать карбонат натрия – он имеет ту же отбеливающую способность, что и гипохлорит, но менее агрессивен.

     Лен не подвергается сильной усадке, однако совершенно не переносит теплового  воздействия, в результате которого желтеет. К светопогоде льняные  ткани более устойчивы, чем к  теплу, но и здесь все зависит  от времени экспозиции, с превышением  которого начинаются необратимые процессы.

     Лен совершенно не подвержен влиянию  моли и щелочей, а вот кислотные препараты для него опасны: он "боится" как холодных концентрированных кислот, так и горячих разбавленных. При этом лен достаточно устойчив к воздействию холодных разбавленных кислот. С трудом подвергается крашению и может обесцвечиваться при воздействии пота.

     Способы получения. Процесс выращивания льна и получения льноволокна достаточно трудоемок. После созревания, лен «теребят» и расстилают на поле в виде ленты для того, чтобы под воздействием естественной влаги (роса, дожди) на льне начали развиваться грибки, которые разрушают пектиновые вещества, соединяющие волокно с древесиной стебля. В результате из льняной соломки получается "треста", у которой отделение волокна от стебля облегчено. Затем полученное таким образом льняное сырье ("треста") поступает для дальнейшей переработки на льнозаводы.

     На  льнозаводе происходит первичная переработка  льна. На мяльно-трепальных агрегатах  в процессе мятья и трепания волокна  приобретают вид длинных прядей, длина которых приблизительно равна  длине стебля. Часть волокон при  этом обрывается или откалывается и  попадает в отходы трепания. В отходы трепания попадает также разрушенная  древесина стебля (костра).  Между тем все элементарные волокна, содержащиеся в стебле, по своим морфологическим, физическим и химическим свойствам примено одинаковы. Разделение волокна и различная переработка являются следствием принятой технологии.

     По  современной технологии из льняного стебля получают различное по качеству длинное трепаное волокно и обработанные отходы трепания - короткое волокно.

     Для дальнейшей переработки льноволокно  обычно поступает на льнокомбинаты, где длинное трепаное волокно  подвергают чесанию, после которого оно разделяется на чесаное и  очес. После этого все виды волокна  перерабатываются по различным технологиям  мокрым и сухим способами прядения и используют для изготовления различных тканей.

     Из  чесаного длинного льноволокна получают тонкую качественную пряжу, которая  идет на изготовление различных тканей для одежды, постельного белья и так далее. Очесы используются для изготовления нетканых материалов (основа под линолеум). Из короткого льноволокна сухим прядением получают более грубую пряжу – для шпагатов, веревок, мешковины и так далее.

     Применение. Применяют льняное семя в качестве обволакивающего и смягчающего средства в виде слизи при заболеваниях кишечника. Масло льняное-наружное средство при ожогах, для приготовления мазей и втираний. Смесь этиловых эфиров жирных кислот льняного масла — препарат Линетол — применяют в качестве антисклеротического и ранозаживляющего средства при лучевых поражениях кожи, ожогах.