главная > справочник > химическая энциклопедия:

Полиэфирные волокна

Notice: Undefined variable: iko in /var/www/chemport.ru/data/www/chemport.ru/chemical_encyclopedia.php on line 95

Notice: Undefined variable: goo in /var/www/chemport.ru/data/www/chemport.ru/chemical_encyclopedia.php on line 109

Notice: Undefined variable: mn in /var/www/chemport.ru/data/www/chemport.ru/chemical_encyclopedia.php on line 109

Полиэфирные волокна, синтетические волокна, формуемые из сложных полиэфиров. Основное промышленное значение имеют полиэфирные волокна из полиэтилентерефталата (ПЭТ). Полиэфирные волокна получают также на основе химически модифицированного ПЭТ (сополиэфирные волокна) и в значительно меньших количествах - из поликарбонатов, полиэтиленоксибензоата, поликсилилен-гликольтерефталата, жидкокристаллических полиэфиров, полигликолидов и др.

Полиэтилентерефталатное волокно (лавсан, терилен, дакрон, элана, тревира, тетерон, гризутен, тергаль, слотера, терленка, терел и др.).

Получение. Полиэфирные волокна формуют из расплава, используя ПЭТ с молекулярной массой (20-25)•10³ (жгут и текстильные нити) или с молекулярной массой (30-40)•10³ (технические нити). В ПЭТ должно содержаться (% по массе): влаги не более 0,01; диэтиленгликоля не более 1,0; сухого остатка не более 0,06; ТiO₂ от 0,05 до 2; красителя от 0,4 до 2,0; концевых групп СООН не более 40 г-экв/т; вязкость расплава должна составлять 200-700 Па•с (280 °С).

ПЭТ перерабатывают по периодической схеме (из гранулята) и по непрерывной (прямое формование из расплава ПЭТ после его синтеза). Обычно гранулят ПЭТ плавят при 280-320 °С в экструдерах, производительность которых достигает 1-15 кг/мин.

Расплав от одного экструдера распределяется в зависимости от тонины формуемой нити на 20-100 фильер (число отверстий в фильерах при формовании волокон 100-2000, технических нитей-140-280, текстильных-8-80; диаметр отверстий фильеры 0,2-0,6 мм). Струйки расплава, выходящие из фильеры, интенсивно охлаждаются воздухом в специальной шахте машины формования и затвердевают. Количество фильер в одной шахте колеблется от 1 до 16. С целью снятия электростатических зарядов, улучшения фрикционных свойств волокно обрабатывают замасливателями. Затем оно поступает на приемное устройство, конструкция и скорость которого зависят от вида вырабатываемой продукции.

полиэфирные волокна выпускают в виде комплексных технических (здесь и далее линейная плотность 280-3400 дтекс) и текстильных (30-300 дтекс) нитей, мононити (диаметр 0,1-1,5 мм), резаного волокна (1,1-20 дтекс), жгута [1,7-4,4 дтекс, масса 1 м погонного (развес) (50-100)-10³ текс], коврового жгутика (20000-30000 дтекс), нетканых материалов (типа "спан-бон").

Резаное волокно и жгут производят главным образом прямым формованием с послед. переработкой на спец. агрегате. Сформованные нити, выходящие из 20-50 фильер, объединяются в жгутик, который со скоростью 800-1800 м/мин принимают в контейнер (200-2500 кг жгута). Затем из 20-40 контейнеров собирается общий жгут, подвергаемый последовательно операциям: 1) ориентационному вытягиванию (в 3,0-4,5 раза), осуществляемому в одну или две ступени в паровой либо воздушной камере при 120-180°С со скоростью 100-350 м/мин, и стабилизации удлинения при растяжении 2-4% и температуре 200-220 °С; 2) гофрированию, после чего жгут приобретает извитость (3-6 извитков на 1 см); 3) термообработке в течение 15-20 мин при 110-140°С (жгут сушится и фиксируются извитки; волокно при этом усаживается на 15-18%); 4) охлаждению; 5) антистатического обработке. Затем жгут режут, получая волокно, или направляют в жгутоукладчик. Резаные волокна (хлопкового типа длиной 34-40 мм, линейной плотность 1,1-1,7 дтекс; шерстяного, льняного и мехового типов длиной 60-120 мм, линейной плотность 3,3-20 дтекс) прессуют в кипы.

Техн. нить формуют из ПЭТ, предварительно подвергнутого дополнит. поликонденсации в расплаве или твердой фазе, и со скоростью 400-1000 м/мин принимают на бобины (масса нити на бобине, т.е. паковки, 10-20 кг). Послед. ориентационное вытягивание (в 4,5-6 раз) осуществляют на крутильно-вытяжных машинах со скоростью 150-300 м/мин сначала при 70-90 °С, затем при 150-200 °С; масса паковки 2-6 кг. При получении малоусадочной (усадка до 4% при 150 °С) технические нити совмещают операции вытягивания и термообработки. Так, на горизонтальных агрегатах нити (одновременно 150-250) подвергают двустадийному вытягиванию в 3,0-3,5 и 2,0-1,5 раза при 90-100 и 150-250 °С соотвенно и термообработке в свободному состоянии при 200-240 °С (усадка нити 4-10%). Готовая нить принимается со скоростью около 200 м/мин на паковку массой до 20 кг. Техническая нить с линейной плотностью 1110 дтекс подвергают трощению (сложению 2-6 нитей вместе) и крутке (50-100 витков на 1 м) чаще всего на машинах с веретенами двойного кручения со скоростью около 50 м/мин. На свежесформованные нити, предназначенные для производства РТИ или шин, наносят адгезионную композицию (содержит эпоксидную смолу и отвердитель аминного типа) в кол-ве 0,4-0,8% от массы нити.

Экономичны схемы производства технических нитей, совмещающие стадии формования, вытягивания, а иногда и термообработки на одной машине, на которой нить со скоростью 2500-3000 м/мин принимается на паковку массой до 20 кг.

Текстильную нить в гладком виде получают обычно по классической схеме (формование и вытягивание на отдельных машинах) или совмещенной (на одной машине проводятся формование и вытяжка нити со скоростью 3000-4000 м/мин). По первой из них нить формуют со скоростью 1200-2000 м/мин и принимают на паковку массой 5-10 кг. Вытягивают в 3,5-5 раз со скоростью 600-1800 м/мин сначала при 70-90 °С, затем при 120-160°С; масса паковки 1,0-3,0 кг. Если нити подвергают крутке (100-200 витков на 1 м), их обрабатывают затем паром при 110-140°С в течение 0,5-1 ч с целью фиксации крутки, при которой происходит также снижение усадки (до 2-4%), после чего перематывают со скоростью 900-1200 м/мин на товарную паковку массой 1,5-3,0 кг.

Современная технология производства текстильных текстурированных нитей включает две основные стадии: высокоскоростное формование (до 6000 м/мин) и совмещенный процесс ориентационного вытягивания с текстурированием. Последний проводят на машинах, снабженных механизмом ложной крутки фрикционного типа, со скоростью 600-1000 м/мин; масса паковки 3-5 кг. Текстурированную нить можно подвергать дополнительно трощению, крутке (60-100 витков на 1 м) и поверхностному крашению. Производятся также пневмосоединенные и пневмотекстурирование однородные и неоднородные нити. Интенсивно развивается производство пряжеподобных нитей, состоящих из 60-100 элементарных нитей, профилированных, комбинированных, фасонных, разноусадочных и других нитей.

Мононить получают на горизонтальных агрегатах по непрерывной технологической схеме, включающей формование в охладит. водную ванну (50-70°С) одновременно 20-60 мононитей, двустадийное ориентационное вытягивание в 4-5 раз в паровых или воздушных камерах при 120-160°С, термообработку под натяжением (2-10%) или в свободном состоянии при 180-220 °С и приемку со скоростью 80-120 м/мин; масса паковки 1-2 кг.

Свойства волокон приведены в таблице.

Влагопоглощение при 20 °С и 65%-ной относит.- влажности воздуха составляет 0,3-0,4%. Сохранение прочности в мокром состоянии 100%, в петле 80-90%, в узле 70-85%; модуль сдвига при кручении 80-150 МПа. Эластичное восстановление после деформации полиэфирные волокна на 5% равно 85-95%. Усадка в кипящей воде полиэфирные волокна , не подвергнутого термообработке, составляет 5-15%, термообработанного-1-4%. Устойчивость к истиранию полиэфирные волокна в 4-5 раз ниже, чем у полиамидных волокон. Сопротивление многократным изгибам также ниже, чем у полиамидных волокон. но в 2,5 раза выше, чем у гидратцеллюлозных. Ударная прочность полиэфирного корда в 4 раза выше, чем у полиамидного корда, и в 20 раз выше, чем у вискозного.

Интервал рабочих температур полимерных волокон от –60 до 170°С: т. пл. 260 °С; температура нулевой прочности 248 °С; 1,13 кДж/(кг•К). Под действием огня волокно плавится, но загорается с трудом, после удаления из огня самозатухает. Для снижения горючести полиэфирные волокна обрабатывают антипиренами (в массе или поверхностно, в кол-ве до 10% от массы волокна). полиэфирные волокна сравнительно атмосферо- и светостойко: после пребывания на солнце в течение 600 ч теряет прочность на 60% (полиамидные волокна в этих условиях разрушаются).

полиэфирные волокна растворимы в крезоле и других фенолах, частично разрушается, растворяясь в концентрированной H₂SO₄ (выше 83%-ной) и HNO₃, полностью разрушается при кипячении в концентрированных растворах щелочей. обработке водяным паром при 220 °С в течение 1 ч. Обработка паром при 100°С, ввиду частичного гидролиза ПЭТ, сопровождается уменьшением прочности. Устойчиво в ацетоне. СС1₄, дихлорэтане и др. растворителях, используемых в хим. чистке, к действию окислителей и восстановителей. микроорганизмов, моли, коврового жучка.

Основные недостатки полиэфирных волокон - трудность крашения, гидрофобность, электризуемость, склонность к пиллингу (образование на поверхности изделия скрученных волоконец-"шариков"), жесткость изделий, плохая драпируемость.

Применение. Техническую нить используют для изготовления транспортерных лент, приводных ремней, канатов, парусов, рыболовных сетей и тралов, бензо- и нефтестойких шлангов, электроизоляционных и фильтровальных материалов и др. Из мононити вырабатывают сетки для бумагоделательных машин, щетки для хлопкоуборочных комбайнов и зерноочистительных машин, застежки "молния", струны ракеток, фильтры и т. д. Техническая нить низкой линейной плотность (40 - 50 дтекс) применяют для обмотки электропроводов малого сечения и в медицине (синтетические кровеносные сосуды и хирургические нити).

Из гладких текстильных нитей вырабатывают трикотаж, ткани типа тафты, жоржета, крепа, пике, твида, атласа, фасонные ткани (трико-кружево), гардинно-тюлевые изделия, плащевые и зонтичные ткани, из текстурированных - плательные и костюмные ткани, трикотажные изделия, мужские и дамские сорочки, детскую одежду, чулки, носки и мн. др.

Резаные волокна применяют в основном в смеси с шерстью, хлопком или льном (33-67%). Присутствие полиэфирные волокна повышает износостойкость и прочность, понижает сминаемость и усадочность ткани, позволяет сохранить красивый внешний вид и устойчивость формы готовых изделий при эксплуатации. Из полиэфирного резаного волокна в чистом виде или в смеси с др. природными и хим. волокнами выпускают костюмные, пальтовые, сорочечные, плательные ткани, технические сукна, нетканые материалы.

Сополиэфирные волокна (дилана, велана, тесил, викрон, грилен и др.). Недостатки полиэтилентерефталатного волокна во многом устраняются химической модификацией ПЭТ, например алифатическими и ароматическими дикарбоновыми кислотами или их эфирами, гидроксикислотами, диолами. содержащими также другими функциональными группы, полигликолями, соединениями, содержащими сульфо- или карбоксильную группу, фосфор, галоген. Модифицированные добавки вводят на стадии синтеза ПЭТ.

Сополиэфирные волокна получают по тем же технологическим схемам, что и полиэтилентерефталатные, которым они близки также по свойствам и областям применения, хотя имеют и ряд особенностей. Напр., волокно, модифицированное добавкой 6-10% (по массе) смеси диметилизофталата и диметил-ортофталата, отличается повышенной усадкой (25-70%), что делает его ценным для получения высокообъемной пряжи в смеси с др. малоусадочными волокнами, а также для получения нетканых материалов и основы искусственной кожи.

Производятся также легко окрашиваемые, неэлектризующиеся, мало пиллингующиеся и другие виды сополиэфирных волокон и нитей.

Прочие полиэфирные волокна. Волокно из продукта поликонденсации терефталевой кислоты или ее диметилового эфира и 1,4-бмс-(гидроксиметил)циклогексана (кодель, вес-тан; формула I) плавится при более высокой температуре (ок. 295 °С), обладает меньшими пиллингом (распушиванием) и плотность (1,220 г/см³), лучшей накрашиваемостью, более высокой теплостойкостью, чем волокно из ПЭТ.

Волокно из полибутилентерефталата (ПБТ) имеет меньшую плотн. (1,320 г/см³), чем из ПЭТ, хорошо окрашивается дисперсными красителями, отличается высокой хим. стойкостью.

Текстильные нити из полиэтиленоксибензоата (А-Телл; формула И), получаемого поликонденсацией этилового эфира n-гидроксибензойной кислоты, стойки к УФ облучению. По сравнению с волокном из ПЭТ они более устойчивы в воде, кислотах и щелочах, обладают высокой усадкой в кипящей воде (до 30%), лучшей накрашиваемостью, однако размягчаются и плавятся (соотв. при 185 и 223 °С) при более низких температурах; модуль деформации растяжения 4-8 ГПа.

Волокна из полиэтиленнафталата - продукта поликонденсации 2,6-нафталиндикарбоновой кислоты и алифатич. гликолей с числом групп СН₂ от 2 до 6 (ПЭН; ф-ла III) - отличаются высокими прочностью (80 сН/текс), модулем деформации растяжения (30 ГПа) и термостойкостью. Они сохраняют до 100% прочности при нагр. в течение 96 ч при 200 °С, устойчивы в горячей воде в течение 10 сут, их усадка в кипящей воде менее 2%.

полиэфирные волокна получают также из полигликолида и полилактида (используют как рассасывающийся шовный материал в хирургии), поликарбонатов (молекулярная масса 30000-50000), перспективны волокна из жидкокристаллических полиэфиров.

Мировое производство полиэфирные волокна (преим. на основе ПЭТ) в 1987 составило 8,4 млн. т, в т.ч. 57% волокон и 43% нитей. В СССР производство П. в 1990 достигло 270 тыс. т. Выпуск волокон из модифицированных ПЭТ, преимущественно окрашивающихся катионными красителями, составляет около 15% от мирового производства, трудногорючих - более 10%.

Первое промышленное производство полиэтилентерефталатного волокна организовано в США в 1953, первое сополиэфирное волокно (дакрон Т-64) получено в США в 1962.

Лит.: Петухов Б. В., Полиэфирные волокна, М., 1976; Полиэфирные волокна из химически модифицированного полиэтилентерефталата. М., 1977 (Обзорная информация НИИТЭхим. Сер. Промышленность химических волокон); Айзенштейн Э. М., в кн.: Технология производства химических волокон, 3 изд., М., 1980, с. 326-414; Грибанов С. А., Айзенштейн Э. М., "Хим. волокна", 1981, № 3, с. 18-23.

Э. М. Айзенштейн.