Поліамідні нитки, волокна.

Поліамідні волокна, синтетичні волокна, формовані з поліамідів. Ок. 98% від загального виробництва поліамідні волокна становлять волокна з алифатич. поліамідів, причому осн. маса з них проводиться з полі-ε-капроамида (випускається під торговими назвами капрон, найлон-6, амилан, дедерон, стилон, лилион, релон, перлон, видлон, хемлон, энкалон та ін) і полигексаметиленадипинамида (найлон-6,6, анід. леона, глацем та ін). Виробництво інших видів аліфатичних поліамідні волокна дуже незначно, що пояснюється в основному економічними проблемами, пов'язаними з отриманням мономерів, технічними труднощами синтезу полімерів. переробки їх у волокна та відсутністю у більшості цих волокон конкурентоспроможних споживчих властивостей.

Про поліамідних волокон з ароматичних поліамідів, так званих арамідних волокон, що володіють високою термо - і хімічну стійкість і в ряді випадків дуже хорошими хутро. властивостями, див. Термостійкі волокна.

поліамідні волокна з алициклических поліамідів (або поліамідів, що містять в ланцюзі алициклические ланки) за механічними властивостями, перш за все по модулю деформациирастяжения, кілька перевершують найлон-6 і найлон-6,6. Однак з-за економічних факторів (вартість сировини) виробництво їх не отримало широкого розвитку [напр., випускається волокно киана в США, формуемое, мабуть, з полімеру, синтезованого поліконденсацією біс-(n-аминоциклогексил)метану і додекан-дикарбоновой або азелаїнової кислоти].

Отримання. Технологічний процес отримання поліамідні волокна включає наступні основні стадії: синтез полімеру, формування і витяжка, текстильна обробка волокна. Поділ це кілька умовно, оскільки сучасна технологія, як правило, передбачає поєднання окремих стадій аж до повністю безперервного процесу. См. також Формування хімічних волокон.

Полімер синтезують зазвичай на тому ж підприємстві, на якому виробляють волокно. В одержуваному полі--ε-капроамиде міститься до 10% низькомолекулярних сполук (в основному мономер і його нижчі олігомери). Присутність їх в полімері ускладнює подальше формування волокна і негативно позначається на його властивостях. Тому для видалення низькомолекулярних сполук полімер піддають так званої демономеризации-вакуумування розплаву або водної обробці полімерного грануляту, який потім (вміст води 7-10%) сушать у потоці нагрітого азоту. попередньо очищеного від кисню (вміст O₂ не повинно перевищувати 0,0003%). Кількість залишкової вологи залежить від умов формування волокна та молекулярної маси полімеру. Вміст низькомолекулярних сполук в готовому полімері, як правило, не перевищує 1-2%, вологість становить 0,05-0,1%.

Полигексаметиленадипинамид немає необхідності піддавати демономеризации завдяки незворотного характеру поліконденсації при його синтезі. Розплав придатний для безпосереднього переробки у волокно, а полімерний гранулят попередньо сушиться.

Для отримання волокнообразующих поліамідів застосовують високоавтоматизовані безперервні технологічні процеси. При цьому у виробництві нейлону-6 використовують технологічні схеми як з отриманням грануляту, так і безперервні, включають безпосередню передачу одержуваного розплаву полімеру на формування волокна, у виробництві нейлону-6,6-частіше безперервні схеми.

У виробництві поліамідні волокна важливе значення має якість вихідного полімеру: 1) лінійність молекулярної структури; 2) однорідність його фізико-хімічних властивостей; 3) відсутність механічних включень та гель-частинок. Це досягається оптимізацією процесів тепло - та масообміну в реакторах, ліквідацією в них застійних зон і макс. скороченням часу синтезу, фільтрацією розплаву полімеру перед формувальної машиною. Зазвичай для виробництва волокон використовують лінійні аліфатичні поліаміди молекулярної маси (18-35)• 10³.

Аліфатичні поліамідні волокна зазвичай формують з розплавів. У разі використання грануляту полімер розплавляють в екструдерах при 260-300⁰C в атмосфері інертного газу, розплав фільтрують і дозуючими насосами подають у фільєрній комплект, де він ще раз фільтрується і продавлюється через отвори фільєр. При формуванні волокон безпосередньо з розплаву останній до дозуючим насосів подають за допомогою шнекових або шестерних насосів. Один прядильний блок може складатися з 1-16 фільєр.

Істотний вплив на властивості волокон надає форма (профіль) отвори фільєри. Якщо отвір не кругле (зірочка з різною кількістю променів, восьмикутник або ін.), то отримують т. зв. профільовані волокна і нитки, що мають інші оптичні і в ряді випадків механічні властивості. Відомі також бикомпонентные поліамідні волокна типу "паралель" або "ядро - оболонка", формовані, наприклад, з поліаміду та поліефіру, а частіше з двох поліамідів, що розрізняються молекулярними масами або іншими фізико-хімічними властивостями. В цьому випадку використовують, наприклад, фільєри з двома отворами, в які подаються два різних види розплавів. См. докладніше в ст. Текстуровані нитки.

Виходячи з фільєри, цівки рідкого полімеру охолоджуються холодним повітрям спец. прядильних шахтах (формування сухим способом). З метою регулювання в'язкості струменя і формування необхідної структури полімеру в волокні в деяких випадках в прядильну шахту безпосередньо під фільєру подають перегрітий водяний пар або нагріте інертний газ. При охолодженні цівок розплаву відбувається початкова орієнтація макромолекул і структуроутворення. Внаслідок різниці швидкостей витікання розплаву з отвору фільєри і приймання нитки на перший прядильний диск відбувається фильерная витяжка в 30-60 разів. Після виходу з шахти на сформованную нитка наноситься задану кількість вологи і ПАР для додання необхідних фрикційних властивостей, компактності і запобігання електризації.

Потім сформованна нитка зі швидкістю 8-100 м/с надходить на намоточное пристрій. Зі збільшенням швидкості намотування і, отже, з підвищенням напруги в нитки зростає ступінь її ориентационного витягування при формуванні (див. Орієнтоване стан полімерів.. У залежності від прийнятої схеми технологічного процесу та обладнання використовують різної швидкості намотування, які визначають властивості одержуваної нитки і подальшу технологію її текстильній обробки.

При швидкостях намотування 8-33 м/с (так звана класична схема) отримують неориентированную або слабоориентированную нитка, яку для надання необхідних властивостей текстильних піддають ориентационному витягування в 3-5 разів на крутильно - або намоточно-витяжних машинах. Таким чином отримують як текстильні, так і технічні нитки. При швидкостях 33-85 м/с одержують частково орієнтовану, або предориентированную, нитка, яку можна використовувати як текстильний матеріал або піддавати додаткову витягування і подальшим текстильним обробкам. При швидкостях 85-100м/с отримують повністю орієнтовану нитка, тобто готовий текстильний матеріал. Відносні подовження ниток, отриманих у трьох зазначених інтервалах швидкостей намотування, становлять 300-500%, 50-80% і 30-40% відповідно. Два останніх способи належать до т. зв. високошвидкісного формування, застосовується, як правило, для отримання текстильних ниток.

У всіх випадках формовані нитка транспортується за допомогою двох прядильних дисків і намотується на циліндричний патрон. Намотувальні пристрої як за класичною схемою, так і за способами високошвидкісного формування розраховані на одночасне приймання 2-16 ниток.

При отриманні технічних ниток використовується також спосіб суміщеного формування та витягування. Приймальний пристрій у цьому випадку включає крім намотувального механізму ще 3-4 пари витяжних дисків, за рахунок різниці швидкостей обертання яких відбувається витягування нитки в 4-6 разів. Відносне подовження одержуваної нитки 25-30%, швидкість намотування 40-55 м/с.

Способи сполученого та високошвидкісного формований у порівнянні з класичним мають кращі техніко-економічні показники, забезпечують більш високу рівномірність властивостей нитки і придатні для роботизації.

Неорієнтовані і слабоориентированные нитки текстильного асортименту (лінійна щільність 1,5-29 текс) піддають ориентационному витягування, як правило, в одну стадію. Нитки технічного призначення, формовані з більш високо-молекулярних поліамідів (лінійна щільність 93-210 текс), витягають у 4,5-5,5 раза в дві стадії: для зниження напруги в нитки і досягнення високої рівномірності основну частину витягування (близько 75%) проводять при нагріванні нитки до 150-190 ^проС (гаряча витяжка).

Після ориентационного витягування залежно від призначення технічної нитки відразу перемотують на товарну пакування (бобіна, шпуля або ін.) або піддають попередньо крученню, а нитки для шинного корду - крученню і трощению (тобто з'єднанню декількох ниток в одну). Текстильні нитки перемотують на товарну пакування, піддають крученню (200-1200 кручений на 1 м), трощению, текстуруванню, термофіксації і (або) шлихтованию (тобто обробці емульсіями або розчинами різних речовин з метою слабкого склеиванияэлементарных ниток). Термофиксацию з метою зниження в 3-4 рази теплової усадки ниток здійснюють найчастіше гарячим повітрям або водяною парою і в рідкісних випадках гарячою водою (90⁰C). Замість економічно невигідною операції кручення можна використовувати пневмосоединение (вплив на нитки стисненого повітря з утворенням місцевого переплутування окремих елементарних ниток). Частково орієнтовані текстильні нитки піддають ориентационному витягування, як правило, тільки при текстурировании.

Фарбування поліамідні волокна зазвичай здійснюють у масі, тобто барвник вводять в розплав полімеру перед формуванням волокна, або в готових виробах головним чином дисперсними барвниками та їх водорозчинними похідними, кислотними барвниками та органічними пігментами (див. Фарбування волокон).

Види випускаються поліамідні волокна: мононитки, комплексні нитки з числом елементарних ниток 3-400, в тому числі для текстильної переробки і технічних цілей, текстуровані нитки, нитки для килимів і меблевих тканин (комплексні нитки текстуровані, лінійна щільність 80-400 текс), штапельне волокно, неткані матеріали.

Властивості. Фізико-хімічні властивості поліамідні волокна залежать від хімічної природи та молекулярної маси вихідного поліаміду, структурних особливостей волокна. З підвищенням молекулярної маси поліаміду поліпшуються міцність, модуль деформації при розтягуванні, втомні характеристики та ін. фіз.-хутро. показники волокон.

Поліамідні волокна характеризуються високою міцністю при розтягуванні, стійкістю до знакозмінних деформацій, високим опором до ударних навантажень і стирання (див. табл.). Недоліки поліамідні волокна з аліфатичних поліамідів -порівняно низька гігроскопічність, що є причиною їх високої електрізуемості, відносно низький модуль деформації при розтягуванні і низькі тепло-, термо-та світлостійкість. Для підвищення стійкості поліамідні волокна до окислення при термічних і фотохімічних впливах у вихідний полімер можна вводити різні антиоксиданти (ароматичні аміни і феноли, бензімідазоли, органічні та неорганічні солі перехідних металів, комплексні сполуки, що містять Cu, або ін). Область робочих температур для волокон з аліфатичних поліамідів становить 80-150⁰C.

Поліамідні волокна розчинні у фенол, крезолах, ксилолі, трихлорэтане, хлороформі, бензиловом спирті, нитробензоле, ДМСО, диметилацетамиде, ДМФА (особливо в поєднанні з LiCl), а також в деяких фторпроизводных спиртів і карбонових кислот. Не розчиняються у алифатич. спиртах, ацетоні, CCl₄, трихлорэтилене, вуглеводнях, простих і складних ефірах. Поліамідні волокна хитливі у концентрованих кислотах, особливо мінеральних. Луги помірних концентрацій не роблять помітного впливу на поліамідні волокна, однак з підвищенням температури і концентрації деструктирующее вплив лугів зростає. Концентрація розчину NaOH, що викликає істот, деструкцію волокна, становить 10-12%. Міцність волокон мало знижується після перебування у 10-20%-них розчинах Na₂CO₃ і в розчинах аміаку будь-якої концентрації при кімнатній температурі.

Порівняно з волокнами з полі--ε-капроамида і полі-гексаметиленадипинамида волокна з полі-ω-ундеканамида (найлон-11) і полидодеканамида (найлон-12), внаслідок наявності в макромолекулах довгих вуглеводневих ділянок між амидными групами, менш гідрофільні, володіють меншою адгезією до гумі і більш високою хім. стійкістю. Ці волокна мають приємний гриф (м'які на дотик). Волокно з полі-α-пирролидонамида (найлон-4) відрізняється підвищеним спорідненістю до барвників і більш високою гігроскопічністю. поліамідні волокна з полі-β-пропиоамида (найлон-3) внаслідок великого числа амідних зв'язків характеризуються високою гігроскопічністю, меншим відносить. подовженням, більш високими температурою плавлення і теплостійкість, стійкість до термоокиснювальної та фотодеструкції. Ці волокна близькі за властивостями до натурального шовку. Волокно з полигексаметиленсебацинамида (найлон-6,10) еластичніші, ніж з полигексаметиленадипинамида, і наближається за цим показником до шерсті. Навпаки, волокно з политетраметиленадипинамида (найлон-4,6) характеризується великим (на 25%) модулем деформації розтягування, ніж найлон-6,6, і високою стійкістю до стирання. Таким чином, в ряду волокон від нейлону-3 до нейлону-12 знижуються модуль деформації розтягування і гідрофільність (приблизно з 10 до 1%), підвищуються хім. стійкість і еластичність.

ВЛАСТИВОСТІ ПОЛІАМІДНИХ ВОЛОКОН І НИТОК, ОДЕРЖАНИХ ІЗ ЗАЗНАЧЕНИХ ПОЛІМЕРІВ

* Текс-маса 1000 м волокна, виражена в грамах.

При введенні в макромолекули аліфатичних поліамідів ароматичних або алициклических фрагментів у випадках изоморфного заміщення підвищуються модуль деформації розтягування і термостійкість волокон.

Применение. полиамидных волокон широко применяют для производства товаров народного потребления, в основном чулочно-носочных изделий, трикотажа, тканей для верхней одежды. В технике полиамидные волокна используют для изготовления шинного корда, РТИ, рыболовных сетей, тралов, канатов, веревок и т. п., фильтровальных материалов для пищевой промышленности, щетины (напр., для моечных и хлопкоуборочных машин), а также др. изделий. Окрашенные в массе текстурированной нити (линейная плотность 60-330 текс) используют для изготовления ковровых изделий.

Світове виробництво поліамідні волокна становить 3500 тис. т (1988), в СРСР-445 тис. т (1986).

Вперше дослідне виробництво поліамідні волокна було освоєно в США (1938) з полигексаметиленадипинамида, з полі--ε-капроамида - у Німеччини (1939). В СРСР промислове виробництво поліамідного волокна почалося в 1948 році.

Для покупки капронові ниток перейдіть за посиланням