Химические волокна

Впервые производство искусственных нитроцеллюлозных волокон по «мокрому» методу формования волокон из раствора создано в 1890–1891 гг. (Франция), медноаммиачных – в 1896–1897 гг. (Германия), вискозных – в 1905 г. (Великобритания). В 1921 г. (Великобритания) методом «сухого» формования из раствора получены ацетатные волокна. В результате разработки методов получения синтетических волокнообразующих полимеров и формования волокон из расплава в 1932 г. (Германия) выпущены первые синтетические поливинилхлоридные волокна. В 1930–1950-е гг. создано производство полиамидных, поливинилспиртовых, полиуретановых и других видов синтетических волокон. В 1970–1980-е гг. освоены различные методы модифицирования волокон, получены химические волокна с особыми свойствами: высокомодульные, трудногорючие, термостойкие, а также эластомерные волокна, для которых характерны высокие, обратимые деформации. В конце 20 – начале 21 вв. созданы технологии регулирования свойств химических волокон путём синтеза химически и стереорегулярных блоксополимеров, формования с ориентационной кристаллизацией; получены искусственные гидратцеллюлозные волокна – лиоцелл (из растворов целлюлозы в N-метилморфолин-N-оксиде) и полилактидные волокна (биотехнологической переработкой крахмалсодержащих отходов сельского хозяйства).

Основные преимущества химических волокон по сравнению с природными волокнами: широкая сырьевая база, высокая рентабельность производства и его независимость от климатических условий; возможность направленного изменения свойств волокна путём введения добавок, регулирования структуры волокнообразующего полимера, надмолекулярной структуры получаемого волокна (кристалличности, степени ориентации). Многие синтетические волокна превосходят природные по прочности и эластичности, отличаются от них меньшей сминаемостью, большей устойчивостью к механическим, физическим и химическим воздействиям. Главные характеристики химических волокон общего назначения (для текстильной промышленности), химических волокон технического назначения (превосходящих большинство химических волокон общего назначения по прочности), а также некоторых видов химических волокон с особыми свойствами представлены в таблице.

Свойства основных видов химических волокон

Формование химических волокон проводят из расплавов полимеров (около 79 % получаемых химических волокон), из растворов полимеров по «мокрому» методу (около 19 %), из растворов полимеров по «сухому» методу (около 2 %). Используют также процессы высокоскоростного формования из расплава (со скоростями до 7000 м/мин), совмещённые процессы формования и вытягивания, термической обработки и текстурирования, непрерывные методы формования нитей из растворов и другие методы, позволяющие интенсифицировать технологические процессы, а также получать химические волокна с новыми свойствами.

Недостатки химических волокон (например, плохие гигиенические свойства, обусловленные низкой гигроскопичностью и высокой электризуемостью, горючесть, трудная прокрашиваемость) практически полностью могут быть устранены модифицированием: физическим – изменением надмолекулярной структуры, поперечных размеров и формы волокна; на заключительной стадии формования волокна композитным – добавлением различных компонентов (антистатиков, антипиренов, красителей и пигментов, антимикробных препаратов и др.) или химическим – введением новых функциональных групп.

Химические волокна выпускают в виде мононитей, штапельных (резаных) волокон, жгутов и жгутиков, филаментных – текстильных и технических – нитей, фибриллированных нитей. К многотоннажным видам продукции относят химические волокна и нити общего назначения, высокопрочные нити, а также нетканые материалы, получаемые методом прямого формования.

Мировое производство (2022) химических волокон составляет около 87,7 млн т / год, из которых синтетических химических волокон – 80,4 млн т / год. Ежегодный прирост мирового выпуска химических волокон 5–7 %; наибольшими темпами развивается производство полиэфирных и полипропиленовых волокон.

Химические волокна являются сырьевой базой текстильной промышленности, используются в производстве тканей бытового и технического назначения, трикотажа и пр. Химические волокна часто применяют в смесях с природными волокнами, например полиэфирные волокна – в смеси с хлопком; добавление химических волокон существенно снижает сминаемость, повышает эксплуатационную надёжность и износостойкость изделий. Различные виды технических нитей на основе синтетических полимеров применяют в ряде областей техники, например в производстве резинотехнических изделий, шин, а также средств профессиональной защиты и спасения. Важное значение имеют волокна и нити со специальными свойствами (электропроводные, сорбирующие, ионообменные, биоразлагаемые, химически стойкие и др.), на основе ароматических, углеродных (углеродные волокна), фторсодержащих (фторволокно) и других видов полимеров. Химические волокна используют также без текстильной переработки, например в производстве нетканых материалов, сигаретного жгутика, волокнитов и специальных видов бумаги.