ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

 Искусственные волокна получают из природных веществ органического (целлюлоза, белки) и неорганического (стекло, металлы) происхождения.

 Мысль о получении искусственных волокон впервые была высказана в ХVII в., но промышленное производство их было осуществлено лишь в конце ХIХ в. Первым видом искусственных волокон целлюлозного происхождения был нитратный шелк, полученный в 1890 г. Несколько позже был найден способ промышленного производства медно-аммиачного волокна, а в 1898 г. получено самое распространенное в настоящее время искусственное волокно - вискозное. К концу первой мировой войны был разработан метод производства ацетатного волокна.

 Производство искусственных волокон в СССР в 1980 г. составило 660 тыс. т. Советский Союз занимает первое место в мире по производству искусственных волокон.

 Промышленное производство искусственных волокон в СССР базируется на бурном развитии химической промышленности. Затраты труда на производство искусственных волокон значительно ниже, чем на производство натуральных волокон. Так, для производства 1 т вискозного штапельного волокна требуется затрат труда в 7,7 раза меньше, чем для получения 1 т хлопкового волокна, и в 12 - 15 раз меньше, чем для получения 1 т шерстяного волокна. Уровень затрат труда в значительной степени определяет себестоимость волокна. Себестоимость вискозного штапельного волокна находится примерно на одном уровне с себестоимостью хлопка, но меньше себестоимости шерсти в 6,7 раза.

ВИСКОЗНОЕ ВОЛОКНО

 Производство вискозного волокна. Сырьем для производства вискозного волокна является древесная целлюлоза в виде листов, полученная варкой древесной еловой щепы в растворе бисульфита кальция. Процесс производства вискозного волокна состоит из следующих этапов: подготовка целлюлозы, получение прядильного раствора, формование волокна, отделка вискозного волокна.

 Подготовка целлюлозы заключается в подсушивании ее до влажности 6 - 8 %, обработке 18 %-ным раствором едкого натра и предсозревании. 

 В растворе едкого натра целлюлоза набухает, из нее удаляются растворимые примеси и образуется щелочная целлюлоза, которую затем выдерживают (для предсозревания) в течение некоторого времени с целью деполимеризации целлюлозы (до n = 300 - 400), т. е. снижения ее молекулярной массы под действием кислорода воздуха, что дает возможность получить раствор необходимой вязкости.

 Получение прядильного раствора состоит в ксантогенировании подготовленной массы и ее созревании. Подготовленную массу щелочной целлюлозы обрабатывают сероуглеродом, получают ксантогенат целлюлозы, который затем растворяют в щелочи и получают вязкий раствор - вискозу (7,5% целлюлозы, 6,5% щелочи, 86 % воды). Вискоза проходит стадию созревания, в процессе которой она приобретает необходимую вязкость и уменьшает устойчивость к действию кислотных растворов. Для получения окрашенного волокна в прядильный раствор вводят соответствующие красители, а для получения матированного волокна - соль двуокиси титана.

 Формование волокна заключается в том, что вискозный раствор по трубопроводу 8 (рис. 13) подается в прядильную машину (бобинную или центрифугальную). Под давлением, создаваемым поршневым насосом 9, раствор проходит дополнительный фильтр 3 и продавливается через фильеру 6 в осадительную ванну 7, содержащую водный раствор серной кислоты и сернокислых солей. Фильера (рис. 14) представляет собой колпачок из антикоррозийного металла, имеющий 24 - 36 отверстий диаметром 0,07 - 0,08 мм. При взаимодействии вискозного раствора с кислотой ксантогенат разлагается, целлюлоза восстанавливается и струйки ее затвердевают, образуя твердые тонкие нити, называемые вискозными.

 На центрифугальных прядильных машинах выходящие из ванны элементарные нити соединяются в одну комплексную нить. Затем нити проходят систему прядильных дисков 2 (см. рис. 13) и 1, с помощью которых они получают необходимую вытяжку, и поступают через воронку 4 во вращающуюся с частотой 6000 - 8000⁻¹ мин центрифугу 5. В центрифуге нити образуют кулич, одновременно получая крутку 100 - 130 кр./м (уточная крутка). Скорость формования вискозных нитей 80 - 100 м/мин. Нить, полученная с бобинной машины, наматывается на бобину без предварительной крутки.

 Отделка вискозного волокна складывается из промывки - для удаления серной кислоты и ее солей во избежание возможного гидролиза целлюлозы, ослабления и обрыва волокон, десульфурации - для удаления с волокон коллоидной серы, которая придает им желтоватый цвет и некоторую жесткость, беления гипохлоритом натрия, кислования серной кислотой для удаления остатков гипохлорита, мылования раствором мыла для придания волокнам мягкости и рассыпчатости, сушки при температуре 80 - 50'С, крутки, запаривания с целью фиксации крутки.

 Вискозное волокно получают в виде комплексных нитей линейной плотности 22,2 - 11,1 текс, из которых изготовляют платьевые, бельевые и подкладочные ткани, и в виде штапельного волокна разной линейной плотности в зависимости от его назначения.

 Штапельное вискозное волокно вырабатывается почти на таком же оборудовании и из тех же исходных продуктов, что и вискозные нити. Особенностью производства является больший размер фильер, число отверстий 1600 - 12 000. Нити из каждой фильеры соединяются в общий жгут, который, пройдя отделочные операции, поступает на резальную машину, где разрезается на штапельки заданной длины (40 - 150 мм). Штапельное волокно можно получить извитым - его лучше прясть.

 Штапельное волокно получают также в виде штапелированных жгутов.

 Производство штапельных волокон из года в год увеличивается, благодаря чему расширяется ассортимент тканей.

 Строение вискозных волокон. При рассмотрении вискозных волокон под микроскопом (см. рис. 8, а, б) на их поверхности видны продольные штрихи, поперечник волокон имеет неправильную, ребристую форму. Такое строение объясняется неодновременным отвердеванием наружных и внутренних слоев волокон в процессе их формования. При отвердевании внутреннего слоя происходит его сжатие, в результате чего поверхностный слой сморщивается и в волокне образуются продольные бороздки. Молекулярные цепи целлюлозы в наружных слоях вискозных нитей ориентированы в направлении нити, что объясняется небольшой вытяжкой нити в процессе формования, а во внутренних слоях не ориентированы, поэтому внутренние слои нитей более рыхлые.

 Несмотря на ребристую форму, вискозные волокна гладкие, с сильным блеском, в тканях сильно скользят, раздвигаются и осыпаются.

 Химический состав. По химическому составу вискозные волокна представляют собой гидратцеллюлозу, отличающуюся от природной целлюлозы меньшей длиной молекулярной цепи (n = 300 - 400) и меньшей степенью ориентации макромолекул в волокне, что и объясняет различие их свойств.

 Свойства вискозных волокон. Вискозные волокна характеризуются хорошими показателями гигроскопичности, светостойкости, удлинения, вполне удовлетворительными показателями теплостойкости, разрывной нагрузки. Прочность вискозного волокна может быть повышена путем изменения технологии производства волокон, и в первую очередь увеличением степени вытяжки волокна. В связи с этим различают обычное, упрочненное (22 - 25 сН/текс), высокопрочное (25 - 45 сН/текс) и сверхпрочное (45 - 60 сН/текс) волокна.

 Недостатками вискозного волокна являются малая доля упругого удлинения, отчего изделия из этого волокна плохо противостоят смятию; большая потеря прочности при увлажнении волокна, объясняющаяся прониканием молекул воды в межмолекулярные пространства волокон, что приводит к ослаблению поперечных связей молекул, в значительной степени определяющих прочность волокон; недостаточная стойкость к истиранию. Горят вискозные волокна, как хлопок.

 Штапельные вискозные волокна (в дальнейшем просто штапельные волокна) характеризуются большой равномерностью по длине и толщине, прочности и удлинению. Они не имеют сорных примесей, не повреждаются микроорганизмами и молью - в этом заключается их преимущество перед натуральными.

 Применение штапельного волокна в смеси с шерстью повышает прядильную способность смеси; прочность изделий в сухом виде в этом случае возрастает. При смешивании с грубой шерстью штапельное волокно улучшает внешний вид изделий. Штапельное вискозное волокно смешивают с разнообразными натуральными волокнами и химическими штапельными волокнами для изготовления разнообразных тканей, нетканых материалов и трикотажных изделий.

 Найдены пути улучшения свойств вискозного штапельного волокна путем структурной модификации, в результате которой получены полинозные и вискозные высокомодульные волокна (ВВМ). Они в отличие от обычных вискозных волокон имеют более высокую прочность (35 - 45 сН/текс), высокий начальный модуль жесткости, меньшую набухаемость, усадку и потерю прочности в мокром состоянии, большую устойчивость к действию щелочных растворов. ВВМ отличается от полинозного волокна главным образом меньшим модулем в мокром состоянии и меньшей устойчивостью к действию щелочей, но оно менее хрупкое. Эти волокна применимы для замены хлопка, включая тонковолокнистый-. Способ производства ВВМ проще и экономичнее, чем полинозного.

 Полинозные волокна формуются из прядильного раствора, полученного на базе целлюлозы более высокого качества, подвергшейся меньшей степени деполимеризации, в результате чего макромолекулы сохранили большую длину цепей (n = 550 - 650).
 Формование волокна проводится в слабокислой низкотемпературной ванне с одновременной (первой) вытяжкой на 50 - 60 % и с последующей (второй) вытяжкой в пластификационной ванне (95 'С) на 55 - 65 %. Скорость формования 15 - 22 м/мин.

 Полученные жгуты волокон проходят термофиксацию и направляются на разрезание и отделку.

 Полинозные волокна в отличие от вискозных обладают значительно большей прочностью, превышающей даже прочность хлопка, меньшей потерей прочности в мокром состоянии, несколько меньшим удлинением, но большей упругостью, вследствие чего изделия из этого волокна меньше сминаются и обладают большей носкостью. Важным свойством полинозных волокон является их хорошая устойчивость к действию щелочей, позволяющая подвергать изделия из полинозного волокна и его смесей с хлопком мерсеризации. Полинозное волокно обладает меньшей набухаемостью, чем вискозное, и вследствие этого меньше усаживается.

 Благодаря шелкоподобному грифу и способности ярко окрашиваться полинозные волокна широко используются главным образом в смесях с хлопком при изготовлении тканей для женской и детской одежды, сорочечных тканей, бельевого трикотажа и тканей для спортивной одежды. Изделия из этого волокна обладают мягкостью, шелковистым блеском, приятным внешним видом, хорошей устойчивостью к многократным стиркам и повышенной носкостью.

 Вискозные высокомодульные волокна формуются также из высокомолекулярного ксантогената целлюлозы, в состав которого вводят модификаторы для получения однородной структуры волокна из длинных молекул. При вытягивании волокна молекулы ориентируются вдоль его оси, образуя крупнокристаллическую структуру.

 ВВМ обладают высокой износостойкостью и рекомендуются в первую очередь для спецодежды, постельного белья, швейных ниток как в чистом виде, так и в смеси с хлопком и полиэфирным волокном. Они придают тканям 'высокую прочность и малоусадочность, обладают повышенной стойкостью к изгибанию, но имеют гриф, близкий к грифу тканей из обычного вискозного волокна.

АЦЕТАТНОЕ ВОЛОКНО

 Производство ацетатного волокна. Сырьем для производства ацетатного волокна служит хлопковая или высококачественная древесная целлюлоза. Целлюлоза обрабатывается уксусным ангидридом в присутствии серной кислоты как катализатора и уксусной кислоты как растворителя образующейся ацетилцеллюлозы. Полученный первичный ацетат (триацетилцеллюлоза) омыляют в присутствии уксусной и серной кислот добавлением небольшого количества воды, получают вторичный ацетат (диацетилцеллюлозу), который затем растворяют в смеси ацетона (95 %) с водой (5 %) и получают прядильный раствор. После фильтрации и удаления воздуха раствор поступает в прядильную машину. Формование ведут по сухому способу, особенность которого заключается в том, что при нем не происходит никаких химических процессов.

 Прядильный раствор продавливается через фильеру 1 (рис. 15), имеющую 24 - 120 отверстий диаметром 0,07 - 0,08 мм, и в виде тонких струек попадает в шахту 2 с паровоздушной смесью температурой 50 - 85'С. Под действием высокой температуры ацетон испаряется из струек раствора, и они затвердевают, превращаясь в нити. Затем нити проходят охладительную камеру 3, замасливаются (для снижения их электризуемости при переработке) и наматываются на бобину 4. Скорость формования волокон 250 - 600 м/мин. Ацетатные нити не требуют никакой отделки, кроме крутки. Они могут быть получены в окрашенном виде, если для производства ацетатного волокна использовать окрашенную целлюлозу или если в прядильный раствор ввести соответствующие красители.

 При производстве штапельного ацетатного волокна используют фильеры, имеющие около 200 отверстий. Скорость формования 300 - 350 м/мин. Полученные жгутики волокон пропускают через гофрировочный станок для придания им извитости, а затем разрезают на участки определенной длины - штапельки.

 Строение ацетатного волокна. Ацетатные волокна имеют на поверхности продольные штрихи, более крупные, чем на вискозных нитях (см. рис. 8). Волокна гладкие, чем объясняется скользкость тканей и смещение нитей в них. Ацетатные волокна более тонкие, чем вискозные, поэтому блеск их более приятный, напоминает блеск натурального шелка. Могут быть получены профилированные ацетатные нити, дающие искристый блеск, увеличивающие объемность и сцепляемость, уменьшающие теплопроводность.

 Химический состав и свойства ацетатного волокна. По химическому составу ацетатные волокна представляют собой уксуснокислый эфир целлюлозы. Они отличаются от вискозных тем, что имеют меньшие гигроскопичность, теплостойкость, разрывную нагрузку и стойкость к истиранию, меньше набухают в воде и меньше теряют прочность в мокром состоянии. Вследствие большей упругости ацетатных волокон изделия из них лучше сохраняют форму и более износостойки, чем из вискозных волокон.

 Ацетатное волокно окрашивают специальными дисперсными красителями, которыми не могут окраситься вискозные волокна. Это позволяет на изделиях из смеси ацетатных и вискозных волокон получать разнообразные колористические эффекты. Ацетатное волокно окрашивается более глубоко и равномерно, чем вискозное, кроме того, ему можно придать повышенную белизну. Ацетатное волокно в отличие от вискозного характеризуется более высокими теплоизоляционными свойствами, светостойкостью и стойкостью к действию микроорганизмов, пропускает ультрафиолетовые лучи.

 Сравнительно высокая электризуемость ацетатных волокон затрудняет изготовление из них тканей. Изделия из ацетатного волокна при тепловых обработках способны образовывать трудноудалимые заломы и ласы. Ацетатное волокно горит желтым пламенем, распространяя специфический кисловатый запах и образуя наплыв темного цвета, который после охлаждения легко раздавливается пальцами. Если пламя погасить, то волокно медленно тлеет с выделением струйки дыма.

 Ацетатные волокна с каждым годом все больше используются для изготовления высококачественных подкладочных и платьевых тканей, верхнего трикотажа.

 Качество ацетатного волокна может быть повышено путем модификации, т. е. изменения структуры волокна и введения различных добавок, не образующих с ацетилцеллюлозой химических соединений. Изменение структуры ацетатного волокна может быть достигнуто тепловой обработкой, в результате чего увеличивается степень упорядоченности макромолекул, что повышает прочность, упругость, теплостойкость волокна и снижает его усадку при нагревании.

ТРИАЦЕТАТНОЕ ВОЛОКНО

 Производство триацетатного волокна. Сырьем для получения триацетатного волокна, так же как и для ацетатного, является хлопковая или древесная целлюлоза. Волокно может быть получено мокрым и сухим способами.

 По сухому способу триацетатную комплексную нить формуют из раствора триацетилцеллюлозы в смеси метиленхлорида (90 - 95 %) и метилового спирта (5 - 10 %) аналогично формованию ацетатного волокна с последующей термообработкой при температуре 180 - 210 °С в течение 1 - 3 мин. Скорость формования нити 30 - 35 м/мин.

 Триацетатное штапельное волокно формуется по мокрому способу с применением фильер, содержащих до 15000 отверстий, из раствора триацетилцеллюлозы в ацетилирующей смеси (из сиропа). Такие процессы, как высаживание триацетилцеллюлозы из раствора, промывка, сушка и растворение в смеси метиленхлорида и спирта, исключаются. Общая продолжительность процесса сокращается почти вдвое. Себестоимость триацетатных штапельных волокон ниже себестоимости ацетатных волокон. В качестве осаждающего вещества используют водный раствор уксусной кислоты или изопропиловый спирт. Скорость формования волокна 15 - 25 м/мин. После формования жгутики волокон промывают, замасливают, гофрируют, режут и сушат.

 Строение и химический состав триацетатного волокна. Строение триацетатного волокна примерно такое же, как и ацетатного. Его поперечное сечение также характеризуется крупной ребристостью (см. рис. 8, а), а может быть и профилированным. Штапельное волокно извитое, что повышает его цепкость.

 По химическому составу триацетатные волокна, так же как и ацетатные, представляют собой уксуснокислый эфир целлюлозы, у которого все три гидроксильные группы замещены ацетильными. Вследствие этого свойства триацетатного волокна несколько отличаются от свойств ацетатного.

 Свойства триацетатного волокна. Триацетатные волокна характеризуются меньшей гигроскопичностью, меньшей потерей прочности при намокании, меньшей стойкостью к истиранию, меньшей усадочностью и несколько большей жесткостью. Эти волокна более свето- и теплостойкие, более упругие. Изделия из них почти не требуют глажения. Этим изделиям можно придавать стойкую складку, хорошо сохраняющуюся в процессе носки и после стирки. При глажении горячим утюгом ласы не образуются.

 Триацетатные волокна по сравнению с ацетатными имеют несколько большую разрывную нагрузку. Эти волокна, так же как и ацетатные, обладают большой электризуемостью, которая затрудняет их переработку.

 Триацетатное волокно обладает высокой стойкостью к действию микроорганизмов, особенно если его подвергнуть термообработке, потому что с увеличением кристалличности уменьшается возможность проникания микроорганизмов в глубь волокна.

 Окрашивается триацетатное волокно только дисперсными красителями при повышенной температуре под давлением. Стойкость окраски у триацетатного волокна выше, чем у ацетатного (особенно к мокрым обработкам). Горит триацетатное волокно примерно так же, как ацетатное.

 Триацетатное волокно используется как в чистом виде, так и в смеси с другими волокнами для изготовления блузочных, платьевых, рубашечных, подкладочных, галстучных и костюмных тканей, нетканых материалов, а также для технических изделий. Изделия из триацетатного волокна приятны на вид, обладают хорошим грифом, подобным грифу натурального шелка, мало загрязняются, мягкие, хорошо драпируются, быстро сохнут после стирки.

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ И МЕТАЛЛИЗИРОВАННЫЕ НИТИ

 Металлические нити могут вырабатываться постепенным вытягиванием (волочением) проволоки из красной меди или сплава меди с никелем и другими металлами. Иногда металлические нити покрываются тончайшим слоем золота или серебра.

 Различают следующие основные виды металлических нитей: волока - тонкая металлическая нить округлой формы, толщиной 50 - 80 мкм, покрытая слоем серебра или золота, и плющенка - тонкая металлическая нить в виде ленточки. Металлические нити используются для выработки красивых тканей с большим блеском (парча), а также для вышивок, изготовления тесьмы, галунов и других украшений.

 Для декоративной отделки тканей и трикотажа находят широкое применение нетускнеющие металлические нити - люрекс, алюнит. Получаются они из алюминиевой фольги толщиной 0,01 мм, с обеих сторон покрытой прозрачной полиэфирной пленкой, путем разрезания на узкие полоски шириной 0,2 - 1,6 мм (чаще всего 0,4 мм). Пленка защищает нити от окисления. Цвет нитей серебристый, а если фольга изготовлена из сплава алюминия с медью, то золотистый. Нити имеют гладкую поверхность, высокую прочность, гибкость, упругость. Для повышения прочности их часто усиливают скручиванием с комплексной капроновой нитью. Нити, покрытые полиэфирной пленкой, выдерживают температуру 145 С.

 Все большее развитие получает производство металлизированных нитей. Их получают на основе полиэфирной пленки, на которую наносят тончайший слой алюминия (или другого металла) путем испарения в вакууме или напыления. Затем слой металла покрывают полиэфирной пленкой, пластифицируют и разрезают на узкие полоски (нити). Нити получаются тонкими, мягкими, гибкими, прочными и эластичными. В СССР такие нити выпускают под названием метанит и пластилекс.

 Пластилекс в отличие от метанина получают на основе окрашенной в различные цвета полиэфирной пленки.