Историческая справка. Возможность получения В. х. из различных веществ (клей, смолы) предсказывалась ещё в 17 и 18 вв., но только в 1853 англичанин Аудемарс впервые предложил формовать бесконечные тонкие нити из раствора нитроцеллюлозы в смеси спирта с эфиром, а в 1891 французский инженер И. де Шардонне впервые организовал выпуск подобных нитей в производственном масштабе. С этого времени началось быстрое развитие производства химического волокон. В 1896 освоено производство медноаммиачного волокна из растворов целлюлозы в смеси водного аммиака и гидроокиси меди. В 1893 англичанами Кроссом, Бивеном и Бидлом предложен способ получения вискозных волокон из водно-щелочных растворов ксантогената целлюлозы, осуществлённый в промышленном масштабе в 1905. В 1918—20 разработан способ производства ацетатного волокна из раствора частично омыленной ацетилцеллюлозы в ацетоне, а в 1935 организовано производство белковых волокон из молочного казеина. Производство синтетических волокон началось с выпуска в 1932 поливинилхлоридного волокна (Германия). В 1940 в промышленном масштабе выпущено наиболее известное синтетическое волокно — полиамидное (США). Производство в промышленном масштабе полиэфирных, полиакрилонитрильных и полиолефиновых синтетических волокон осуществлено в 1954—60.
Свойства. Волокна химические часто обладают высокой разрывной прочностью [до 1200 Мн/м2 (120 кгс/мм2 )], значительным разрывным удлинением, хорошей формоустойчивостью, несминаемостью, высокой устойчивостью к многократным и знакопеременным нагружениям, стойкостью к действиям света, влаги, плесени, бактерий, хемо- и термостойкостью. Физико-механические и физико-химические свойства В. х. можно изменять в процессах формования, вытягивания, отделки и тепловой обработки, а также путём модификации как исходного сырья (полимера), так и самого волокна. Это позволяет создавать даже из одного исходного волокнообразующего полимера В. х., обладающие разнообразными текстильными и другими свойствами (табл.). В. х. можно использовать в смесях с природными волокнами при изготовлении новых ассортиментов текстильных изделий, значительно улучшая качество и внешний вид последних.
Производство. Для производства В. х. из большого числа существующих полимеров применяют лишь те, которые состоят из гибких и длинных макромолекул, линейных или слаборазветвлённых, имеют достаточно высокую молекулярную массу и обладают способностью плавиться без разложения или растворяться в доступных растворителях. Такие полимеры принято называть волокнообразующими. Процесс складывается из следующих операций: 1) приготовления прядильных растворов или расплавов; 2) формования волокна; 3) отделки сформованного волокна.
Приготовление прядильных растворов (расплавов) начинают с перевода исходного полимера в вязкотекучее состояние (раствор или расплав). Затем раствор (расплав) очищают от механических примесей и пузырьков воздуха и вводят в него различные добавки для термо- или светостабилизации волокон, их матировки и т.п. Подготовленный таким образом раствор или расплав подаётся на прядильную машину для формования волокон.
Формование волокон заключается в продавливании прядильного раствора (расплава) через мелкие отверстия фильеры в среду, вызывающую затвердевание полимера в виде тонких волокон. В зависимости от назначения и толщины формуемого волокна количество отверстий в фильере и их диаметр могут быть различными. При формовании В. х. из расплава полимера (например, полиамидных волокон ) средой, вызывающей затвердевание полимера, служит холодный воздух. Если формование проводят из раствора полимера в летучем растворителе (например, для ацетатных волокон ), такой средой является горячий воздух, в котором растворитель испаряется (так называемый «сухой» способ формования). При формовании волокна из раствора полимера в нелетучем растворителе (например, вискозного волокна ) нити затвердевают, попадая после фильеры в специальный раствор, содержащий различные реагенты, так называемую осадительную ванну («мокрый» способ формования). Скорость формования зависит от толщины и назначения волокон, а также от метода формования. При формовании из расплава скорость достигает 600—1200 м/мин , из раствора по «сухому» способу — 300—600 м/мин , по «мокрому» способу — 30—130 м/мин . Прядильный раствор (расплав) в процессе превращения струек вязкой жидкости в тонкие волокна одновременно вытягивается (фильерная вытяжка). В некоторых случаях волокно дополнительно вытягивается непосредственно после выхода с прядильной машины (пластификационная вытяжка), что приводит к увеличению прочности В. х. и улучшению их текстильных свойств.
Отделка В. х. заключается в обработке свежесформованных волокон различными реагентами. Характер отделочных операций зависит от условий формования и вида волокна. При этом из волокон удаляются низкомолекулярные соединения (например, из полиамидных волокон), растворители (например, из полиакрилонитрильных волокон), отмываются кислоты, соли и другие вещества, увлекаемые волокнами из осадительной ванны (например, вискозными волокнами). Для придания волокнам таких свойств, как мягкость, повышенное скольжение, поверхностная склеиваемость одиночных волокон и др., их после промывки и очистки подвергают авиважной обработке или замасливанию. Затем волокна сушат на сушильных роликах, цилиндрах или в сушильных камерах. После отделки и сушки некоторые В. х. подвергают дополнительной тепловой обработке — термофиксации (обычно в натянутом состоянии при 100—180°С), в результате которой стабилизируется форма пряжи, а также снижается последующая усадка как самих волокон, так и изделий из них во время сухих и мокрых обработок при повышенных температурах.
Мировое производство В. х. развивается быстрыми темпами. Это объясняется, в первую очередь, экономическими причинами (меньшие затраты труда и капитальных вложений) и высоким качеством В. х. по сравнению с природными волокнами. В 1968 мировое производство В. х. достигало 36% (7,287 млн. т ) от объёма производства всех видов волокон.
В. х. в различных отраслях в значительной степени вытесняют натуральный шёлк, лён и даже шерсть. Предполагается, что к 1980 производство В. х. достигнет 9 млн. т , а в 2000 — 20 млн. т в год и сравняется с объёмом производства природных волокон. В СССР в 1966 было выпущено около 467 тыс. т , а в 1970 623 тыс. т .
Основные свойства волокон химических
| Вид волокна | Плотность, г/см3 | Прочность | Удлинение, % | Набухание в воде, % | Влагопогло- щение при 20°С и 65% относит. влажности, % | ||||
| сухого во- локна, кгс/мм2 | мокрого волокна | волокна в петле | сухого волокна | мокрого волокна | |||||
| % от прочности сухого | |||||||||
| Искусственные волокна | |||||||||
| Ацетатное (текст. нить) | 1,32 | 16—18 | 65 | 85 | 25—35 | 35—45 | 20—25 | 6,5 | |
| Триацетатное штапельное волокно | 1,30 | 14—23 | 70 | 85 | 22—28 | 30—40 | 12—18 | 4,0 | |
| Вискозные волокна: | |||||||||
| штапельное обычное | 1,52 | 32—37 | 55 | 35 | 15—23 | 19—28 | 95—120 | 13,0 | |
| штапельное высокопрочное | 1,52 | 50—60 | 75 | 40 | 19—28 | 25—29 | 62—65 | 12,0 | |
| штапельное высокомодульное | 1,52 | 50—82 | 65 | 25 | 5—15 | 7—20 | 55—90 | 12,0 | |
| текст. нить обычная | 1,52 | 32—37 | 55 | 45 | 15—23 | 19—28 | 95—120 | 13,0 | |
| то же, высокопрочная | 1,52 | 45—82 | 80 | 35 | 12—16 | 20—27 | 65—70 | 13,0 | |
| Медноаммиачные волокна: | |||||||||
| штапельное волокно | 1,52 | 21—26 | 65 | 70 | 30—40 | 35—50 | 100 | 12,5 | |
| текст. нить | 1,52 | 23—32 | 65 | 75 | 10—17 | 15—30 | 100 | 12,5 | |
| Синтетические волокна | |||||||||
| Полиамидное (капрон): | |||||||||
| текстильная нить обычная | 1,14 | 46—64 | 85—90 | 85 | 30—45 | 32—47 | 10—12 | 4,5 | |
| то же, высокопрочная | 1,14 | 74—86 | 85—90 | 80 | 15—20 | 16—21 | 9—10 | 4,5 | |
| штапельное волокно | 1,14 | 41—62 | 80—90 | 75 | 45—75 | 10—12 | 4,5 | ||
| Полиэфирное (лавсан): | |||||||||
| текст. нить обычная | 1,38 | 52—62 | 100 | 90 | 18—30 | 18—30 | 3—5 | 0,35 | |
| то же, высокопрочная | 1,38 | 80—100 | 100 | 80 | 8—15 | 8—15 | 3—5 | 0,35 | |
| штапельное волокно | 1,38 | 40—58 | 100 | 40—80 | 20—30 | 20—30 | 3—5 | 0,35 | |
| Полиакрилонитрильное (нитрон): | |||||||||
| технич. нить | 1,17 | 46—56 | 95 | 72 | 16—17 | 16—17 | 2 | 0,9 | |
| штапельное волокно | 1,17 | 21—32 | 90 | 70 | 20—60 | 20—60 | 5—6 | 1,0 | |
| Поливинилспиртовое штапельное волокно | 1,30 | 47—70 | 80 | 35 | 20—25 | 20—25 | 25 | 3,4 | |
| Поливинилхлоридное штапельное волокно | 1,38 | 11—16 | 100 | 60—90 | 23—180 | 23—180 | 0 | 0 | |
| Полипропиленовое волокно: | |||||||||
| текстильная нить | 0,90 | 30—65 | 100 | 80 | 15—30 | 15—30 | 0 | 0 | |
| штапельное волокно | 0,90 | 30—49 | 100 | 90 | 20—40 | 20—40 | 0 | 0 | |
| Полиуретановая нить (спандекс) | 1,0 | 5—10 | 100 | 100 | 500—1000 | 500—1000 | — | 1,0 |
