Синтетические волокна - классификация, характеристика и свойства

Синтетические волокна – это нити из не натуральных, не встречающихся в природе полимерных материалов. Для получения волокнообразующего вещества, первоначальным сырьем служат нефть и сопутствующие газы, каменноугольные смолы.

Для химического производства исходной массы необходимы базовые компоненты: этилен, фенолы, бензол и подобные. Образуемые высокомолекулярные заготовки производятся в виде раствора или расплава. В отдельных случаях требуется защитная среда инертных газов.

Для образования собственно волокна используется фильера. Станок представляет собой емкость с перфорированным днищем, откуда выдавливаются нити с нужным сечением.

Далее расплав охлаждается для затвердения. Из растворов может просто удаляться жидкая составляющая путем выпаривания (сухой способ). При мокром формировании заготовка помещается в среду отвердителей.

Для получения правильной внутренней структуры процесс происходит с вытягиванием. Только в этом случае обеспечивается ориентация молекулярных цепочек по оси, что критично влияет на прочностные свойства продукта. В зависимости от требуемого товарного вида нити режутся или наматываются на катушки.

Классификация волокон

Различаются по химическому составу:

1. Гетероцепные волокна - в макромолекулах имеют кроме углерода и другие элементы (N, O, S). Вырабатываются из расплавов смол, поэтому при плавлении в процессе эксплуатации не разлагаются. Вытягивание возможно при нормальной температуре. Обычно используются для промышленных и бытовых тканых изделий.

2. Карбоцепные волокна - содержат в молекулах основной цепи исключительно углерод (C). Производятся обычно из ацетоновых растворов и насыщенных гелей. Исключение составляют полнолефиновые составы. Натягивание производится при температуре от 100°C. Чаще всего используются для изготовления монолитных деталей.

Гетероцепные

В промышленных объемах изготавливаются описанные ниже полиамидные и полиэфирные волокна.

Полиуретановые волокна

Изготавливаются из диизоцианата и диамина. Торговые названия: спандекс, лайкра, неолан. По механическим свойствам напоминают резину. Держат нагрузки до 120°C. 

Спандекс

Применяются для изготовления эластичных тканей с возможным добавлением иных искусственных нитей.

Достоинства:

• эластичны, с высокой растяжимостью;

• быстро восстанавливаются до первоначальных размеров;

• высокая химическая стойкость.

Недостатки:

• низкая термостойкость;

• при интенсивном освещении желтеют.

Полиэфирные волокна

Готовятся из расплава полиэтилентерефталата. Марки: лавсан (терилен), тесил, дакрон. Сохраняют ½ прочности при 180°C. 

Лавсан

Растворяются в сильных кислотах и феноле. Не переносят нагрева в щелочах.

Достоинства:

• механическая прочность;

• устойчивы к растворителям;

• не разрушаются бактериями, насекомыми, грибками.

Недостатки:

• плохо поддаются окраске;

• легко электризуются;

• склонны к образованию катышков;

• высокая жесткость.

Полиамидные волокна

Торговые марки: капрон (перлон), найлоны (аниды), этант. Работоспособны при температурах до 90...160°C. С начала 70-х годов прошлого века производятся термостойкие (до 400…600°C) алифатические составы. 

Капрон

Не стойки к минеральным кислотам, трихлорэтану, фенолу и подобным соединениям. Слабо гигроскопичны.

Достоинства:

• высокая механическая прочность;

• стойкость к циклическому изгибу, истиранию и низким температурам;

• хорошо переносят большинство химикатов и микрофлору.

Недостатки:

• плохо переносят солнечный свет (кроме специальных модификаций);

• склонны к термоокислению;

• легко электризуются.

Карбоцепные

Выделяются высокой стойкостью к кислотам и щелочам. Часто применяются как электрические изоляторы.

Полиакрилонитрильные волокна

Торговые наименования: нитрон, акрилан. Обладают свойствами, сходными с шерстью. Прочные, со средней износостойкостью.

Нитрон

Достоинства:

• не теряют качеств под воздействием воды;

• эластичны;

• не разрушаются от радиации и света;

• ценны, как теплоизолятор;

• не боятся насекомых и бактерий.

Недостатки: высокая электризуемость.

Полиолефиновые волокна

Включают полиэтиленовые (спектра, текмилнон) и полипропиленовые (геркулон, мераклон). Последние имеют плотность меньше воды (до 920 кг/м³), поэтому используются для плетения нетонущих веревок.

Достоинства:

• легкость;

• высокие прочность и эластичность;

• стойкие химически, не боятся микроорганизмов;

• диэлектрик.

Недостатки: низкая термостойкость (до 110°C).

Поливинилхлоридные волокна

К списку торговых марок относятся хлорин, виньон, тевирон. Синтезируются и сухим, и мокрым способами. 

Обладают средними прочностью, износостойкостью, эластичностью.

Достоинства:

• термостойки, пожаробезопасны;

• хороший тепло- и электроизолятор;

• химически устойчивы;

• не боятся микроорганизмов и грибков.

Недостатки:

• гигроскопичны;

• под воздействием влаги дают значительную усадку.

Поливинилспиртовые волокна

Марки: винол, мтилан, виналон. В зависимости от компонентов могут обладать бактерицидными качествами и повышенной гигроскопичностью.

Достоинства:

• высокая прочность, стойкость к износу;

• мало реагируют на химически активные вещества, растворители, яркий свет.

Недостатки: опаливаются под воздействием огня.

Заключение

Синтетические волокна выгодно отличаются от естественных и искусственных в части прочности, эластичности, стабильности в агрессивных средах, отсутствия склонности к гниению. Но уступают последним в гигроскопичности, что ограничивает их использование, например, в качестве материала для одежды. 

Синтетика относительно дешева, что делает ее применение массовым.