Организация развития производства в современных условиях

Сущность получения полиамидных волокон можно проиллюстрировать на примере капронового волокна.

Исходным материалом для синтеза капронового волокна является лактам аминокапроновой кислоты (капролактам). Капролактам, имеющий температуру плавления 69-71 °С, подвергается очистке, а затем полимеризации при температуре 250°С. При данных условиях в присутствии воды (гидролитическая полимерация) происходит раскрытие кольца кап-ролактама с образованием линейного полимера -- поликапроамида (смола капрон).

Для повышения устойчивости волокон к действию света и окислителей в состав капролактама вводят стабилизаторы и антиоксиданты, для снижения блеска волокон -- двуокись титана. Для получения волокон, окрашенных в массе, крашению подвергают крошку капролактама. Из нее затем формуют волокна.

Полиамидные волокна формуют из расплавов полимеров периодическим или непрерывным способом. Прядильные машины, применяемые для каждого способа, имеют конструктивные особенности.

Крошка поступает в плавильное устройство, где в среде инертного газа при температуре 250-270 °С превращается в расплав, который подается в фильере для формования волокон. Выходящие из фильеры струйки поступают в шахту, где они обдуваются воздухом и быстро застывают. Для улучшения механических свойств волокна подвергают вытяжке в процессе формования или после него (на крутильно-вытяжных машинах).

Свойства полиамидных волокон зависят от состава полиамида и особенностей выработки, что дает возможность существенно их изменять. Прочность полиамидных волокон колеблется в значительных пределах в зависимости от чистоты полимера и степени вытяжки. Обычные волокна имеют относительную разрывную нагрузку 40-50 сН/текс, подвергнутые вытяжке на 400-420 % -- 70-75 сН/текс; в мокром состоянии снижение прочности не превышает 10 %. Относительное разрывное удлинение составляет 20-25 % , в мокром состоянии оно повышается на 3-5%. Эластичность -- отличительная особенность полиамидных волокон: при небольших растягивающих усилиях (до 2 - 10⁸ Па) обратимая деформация у капрона составляет 90-95 % общего удлинения.

Полиамидные волокна характеризуются очень высокой устойчивостью к истиранию и действию многократных деформаций. По показателю изгибоустойчивости (числу двойных изгибов до разрушения) они превосходят вискозные волокна примерно в 100 раз, хлопковые -- в среднем в 10 раз. Устойчивость к истиранию полиамидных волокон максимальная среди всех других видов волокон. Так, если устойчивость к истиранию полиамидных волокон принять за 100 % , то у хлопка она составляет 10, у шерсти -- 5, у вискозы -- 2 %.

Полиамидные волокна обладают недостаточно высокой устойчивостью к действию тепла. Уже при температуре 140 °С почти наполовину снижается разрывная нагрузка, резко повышается удлинение, уменьшается упругость. Светоустойчивость полиамидных волокон также недостаточная. Чтобы повысить термо- и светостойкость, в состав полиамидов вводят стабилизаторы (соли меди, марганца и хрома или органические вещества, например, гидрохинон, резорцин). Тем самым удается повысить светоустойчивость волокон в 3-4 раза.

Полиамидные волокна устойчивы к действию микроорганизмов, однако недостаточно стойки к щелочам, концентрированным минеральным кислотам и окислителям. Кроме того, им присущи и другие недостатки: пониженная сцепляемость, плохой гриф, слабая окрашиваемость в волокне, повышенная жесткость и электризуемость, а также недостаточная гигроскопичность (всего 3,5-4,0 %).

В производстве шелка используют полиамидные волокна в смеси с другими -- вискозными, триацетатными, шелком -- для выработки многообразного ассортимента плащевых, плательных, блузочных, сорочечных, подкладочных, декоративных и других тканей. Полиамидные волокна добавляют в смеси к шерсти и хлопку для выработки плательных и костюмных тканей. Применяют их также для изготовления искусственного меха, обивочных тканей, тюлегардинных и галантерейных изделий, ковров, парусов.

Полиэфирные волокна и нити. Среди синтетических волокон лидирующее положение занимают полиэфирные. Благодаря комплексу положительных свойств полиэфирные волокна получили широкое распространение, а по объему производства превзошли полиамидные. К 2000 г. мировой выпуск полиэфирных волокон достиг 18 млн т, что составляет более 20 % от всего производства текстильного сырья.

По показателям прочности полиэфирные волокна не уступают полиамидным. Относительная разрывная нагрузка обычных волокон достигает 40-50 сН/текс; в мокром состоянии прочность практически не изменяется; удлинение составляет 20-25 %. Волокна высокоэластичны: при растяжении до 5-6 % удлинение полностью обратимо. Благодаря этому изделия из полиэфирных волокон характеризуются высокой устойчивостью к смятию даже во влажном состоянии.

Полиэфирные волокна обладают высокой устойчивостью к истиранию (превосходят искусственные и синтетические карбоцепные, уступая лишь полиамидным).

Стойкость к действию кислот и окислителей у полиэфирных волокон выше, чем у полиамидных. Однако к действию щелочей волокна недостаточно устойчивы, особенно при нагревании. Светостойкость полиэфирных волокон очень высокая. По устойчивости к действию света лавсановые волокна превосходят все природные и химические, кроме полиакрилонитрильных. Положительным является и то, что при действии света изделия из полиэфирных волокон не изменяют своего цвета в такой степени, как другие. Полиэфирные волокна устойчивы к действию микроорганизмов и бактерий, они не горят (только плавятся), обладают приятным грифом, высокими теплозащитными свойствами.

Полиакрилонитрильные волокна и нити. Темпы роста производства полиакрилонитрильных (ПАН) волокон в мире ниже по сравнению с полиэфирными, но несколько выше полиамидных. Мировой выпуск ПАН волокон увеличивается ежегодно на 6-8 %. Наибольший прирост производства ПАН волокон наблюдается в Китае, Мексике, странах Ближнего и Среднего Востока, в то время как в США, Японии, Западной Европе производство этих волокон сокращается.

Полиакрилонитрильные волокна выпускаются преимущественно (около 99,5 %) в виде штапельных с различной длиной резки. По составу они бывают од покомпонентными (чистый полиакрилонитрил -- очень редко), двухкомпонент-ными (например, сополимер акрилонитрила и акриловой кислоты) и трехкомпонентными (например, акрилонитрил + метилакрилат + итаконовая кислота).

Относительная разрывная нагрузка коротких волокон, подвергнутых вытягиванию на 400-600 %, составляет 22-25 сН/текс; в мокром состоянии их прочность снижается всего на 2-5 %.

За рубежом для повышения относительной разрывной нагрузки полиакрилонитрильных нитей их формование проводится из полимера со сверхвысокой молекулярной массой. Удлинение волокон зависит от степени вытягивания и обычно колеблется в пределах от 26 до 35 %. По упругости полиакрилонитрильные волокна уступают полиэфирным и шерстяным. Положительным свойством является очень высокая светостойкость полиакрилонитрильных волокон. По этому показателю они превосходят все волокна, кроме фторлона. Полиакрилонитрильные волокна обладают высокой термостойкостью. Однако при температуре 130-150 °С и при длительном воздействии влаги они постепенно желтеют.

Полиакрилонитрильные волокна и изделия из них стойки к окислителям, но неустойчивы по отношению к концентрированным растворам щелочей и серной кислоты, особенно при повышенной температуре. Эти реагенты омыляют нитрильные группы полимера, что приводит к разрушению макромолекул. Так, при воздействии 5-20-процентного раствора едкого натра в течение 8-20 часов волокно нитрон полностью разрушается, в то время как другие карбоцепные волокна теряют прочность частично.

Поливинилхлоридные волокна и нити. Поливинилхлоридные волокна (ПВХ) получают из полимеров и сополимеров винилхлорида. Производство является экономичным, а сами волокна обладают рядом специфических свойств, которые обеспечивают возможности их широкого использования.

Исходным сырьем для получения хлористого винила служит дешевое и доступное сырье -- ацетилен, этилен и хлористый водород. Хлористый винил подвергается полимеризации. В результате получают полихлорвиниловую смолу. Полимер растворяют в смеси ацетона и сероуглерода. Из вязкого раствора формуют волокна сухим или мокрым способом. Получаемые при этом поливинилхлоридные волокна обладают невысокой прочностью, низкой термостойкостью. Чтобы улучшить эти свойства, осуществляется вытяжка (в 2-8 раз) и термическая обработка. Комплексные и короткие волокна характеризуются некоторыми специфическими свойствами: негорючестью, электроизоляционной способностью, устойчивостью к истиранию, действию света и светопогоды, а также низкой теплопроводностью. Поливинилхлоридные волокна в стандартных условиях поглощают 0,1-0,5 % влаги, температура размягчения 60-90 °С.

Термостойкость волокон можно повысить не только увеличивая вытяжку при производстве, но и путем синтеза привитых сополимеров. К ним относятся волокна из смесей полимеров, например, винилхлорида с винилацетатом (3-20 %), винилиденхлоридом (5-95 %, волокно совиден), акрилнит-рилом (40 %), нитроцеллюлозой (волокно винитрон), ацетил-целлюлозой (ацетохлорин). Ацетохлорин и винитрон более гигроскопичны, обладают лучшими гигиеническими свойствами и накрашиваемостью. Винитрон необычайно устойчив к действию крепких кислот, выдерживает высокие температуры, хорошо окрашивается в разные цвета, хемостоек, негорюч, достаточно гигроскопичен.

Поливинилспиртовые волокна и нити. Волокна из поливинилового спирта вырабатывают в небольших количествах. Однако их производство является перспективным в связи с наличием богатой сырьевой базы и возможностью получения волокон с высокими потребительскими свойствами.

Полимеризация винилацетата приводит к образованию линейного полимера поливинилацетата. Полимеризация проходит в 80-процентном растворе винилацетата в метаноле. Поливинилацетат омыляется щелочью в поливиниловый спирт. После выпадения поливинилового спирта его отжимают из раствора, промывают метиловым спиртом и сушат. Поливиниловый спирт, применяемый для производства волокон, имеет линейное строение и коэффициент полимеризации 1200-1700.

Для формования волокна мокрым способом готовят 14-16-процентный водный раствор полимера при температуре 80-90 °С с добавкой стабилизатора. Схема формования поливинилспиртового волокна соответствует схеме формования полиакрилонитрильных волокон. Осадительная ванна представляет собой водный раствор сульфата натрия 25-30-процентной концентрации. Поскольку вода растворяет полимер, промывку волокна производят 2-4-процентным раствором сульфата натрия. Для повышения прочности волокна его подвергают вытягиванию в 2--4 раза в солевой ванне и после сушки повторному вытягиванию в 2-5 раз при повышенной температуре. Термообработка в течение нескольких минут при температуре 210-230 С делает волокно еще более прочным. С целью придания поливинилспиртовому волокну водостойкости его обрабатывают в ванне раствором, содержащим серную кислоту, сульфат натрия и формальдегид.

Полиуретановые волокна и нити. Уретановыми называются полимеры, макромолекулы которых содержат уретановую группу -- OCONH. Полиуретаны получают обычно взаимодействием диизоцианатов с гликолями, формование волокон можно производить сухим и мокрым способами. При введении в полимер гибких блоков получают высокоэластичные нити с удлинением 600-800 % . Подобным удлинением обладают только каучукоподобные материалы, например резина.

Синтетические волокна, содержащие не менее 85 % полиуретана, называются эластичными (благодаря высокой эластичности), или спандекс волокнами. Нити на их основе имеют перед резиновыми ряд преимуществ: при небольшой относительной прочности (6-8 сН/текс) характеризуются удлинением 500-800 % ; скорость релаксации напряжений в нитях комотренд и ликра в 2,5 раза выше.

Наиболее ценным свойством полиуретановых волокон и нитей является сочетание высокого разрывного удлинения с высокой эластичностью и способностью растянутого волокна сохранять в течение длительного времени значительную долю напряжения, а при снятии растягивающего усилия быстрое и почти полное восстановление размеров.

Полиолефиновые волокна и нити. Промышленное производство волокон и нитей из полиолефинов было налажено в 1960-х гг. Это стало возможным в результате разработки методов синтеза стереорегулярных полимеров полипропилена и полиэтилена низкого давления. Стереорегулярные полимеры в отличие от полимеров с нерегулярной структурой имеют более вытянутую форму макромолекул, высокую плотность, меньшую растворимость, более высокую температуру плавления и лучшие механические свойства.

В настоящее время из всех синтетических волокон наиболее интенсивно развивается производство полиолефиновых и в первую очередь полипропиленовых (ПП), доля которых в общем объеме выпуска полиолефиновых волокон и нитей составляет более 80 % . Мировое производство полиолефиновых волокон текстильного назначения, включая пленочные нити и спанбонд, в 1995 г. достигло уровня 4,8 млн т, а в 2000 г. выпуск полиолефиновых волокон и нитей в мире возрос до 6 млн т и превысил производство полиамидных и полиакрил нитрил ьных волокон вместе взятых.

Наибольшее распространение находят полипропиленовые волокна. Они вырабатываются из пропилена, который выделяется при крекинге или пиролизе нефти. Волокно получают формованием из расплава. Расплав полипропилена обладает повышенной вязкостью. Поэтому прядильные машины оснащены плавильно-формовочным устройством эструзионного типа. Струйки расплава, попадая из фильеры в шахту, охлаждаются и превращаются в элементарные нити, пучок которых образует комплексную нить. Для увеличения прочности комплексной нити ее подвергают 6-7-кратной вытяжке на крутильно-вытяжных машинах, а для уменьшения усадки и повышения прочности крученой нити проводят термофиксацию прогрев паром в автоклавах. Обычно полипропиленовое волокно получают из общего жгута. Жгут вытягивают при температуре 105-130 °С в среде водного пара, гофрируют, подвергают термообработке и режут на волокна.

4. Направления развития производства химических волокон

Одним из перспективных путей развития сырьевой базы текстильной и трикотажной промышленности является получение бикомпонентных волокон и нитей. Бикомпонентные волокна состоят из двух соединенных между собой полимеров различной химической или физической структуры (например, гомополимера и модифицированного сополимера или двух различных полимеров). Особенность их получения заключается в подаче двух полимеров, обладающих различными вязкостью и усадкой, в виде растворов или расплавов в общее формующее устройство, в котором исключается возможность их смешения. Оба компонента в режиме, близком к ламинарному течению, в капиллярах фильеры соединяются друг с другом и при выходе из формующего устройства образуют двухслойные нити. Для них характерно наличие более или менее четкой границы раздела между обоими компонентами в каждой элементарной нити.

Бикомпонентные волокна и нити находят применение в традиционных производствах трикотажа и чулочно-носочных изделий. Для изготовления высокоэластичных чулок фирма "Монсанто" выпускает бикомпонентное волокно, состоящее из 50 % полиамида 6 и 50 % полиуретана. Оно тоньше волокна спандекс и обладает хорошими упругими свойствами. Для женских чулок используются нити топилон (фирма "Тайо рейон", Япония) на основе найлона б и 6,6, которые характеризуются более высоким удлинением, прочностью при разрыве и более низкой теплоотдачей, чем найлоновые.

Бикомпонентное волокно великрен на основе полиакринитрила применяется для получения высококачественного трикотажа. Оно используется в чистом виде или в смеси с шерстью и акриловым волокном. В производстве трикотажа используется также бикомпонентная нить, позволяющая получить меланжевый эффект в изделии. При этом принятая в текстильном производстве операция трощения исключается, что позволяет уменьшить стоимость нитей. Для получения меланжевого эффекта нить формуют из двух по-разному окрашивающихся компонентов (например, полиэфира и полиамида). Нить перерабатывают в трикотаж, который окрашивают смесью красителей разных классов. При этом изделие приобретает равномерную узорчатую окраску с четким цветовым контрастом.

К проблеме создания электропроводных волокон привлечено внимание исследователей. Многие крупные фирмы промышленно развитых стран являются патентодержателями в данной области.

Электропроводные волокна -- это системы, состоящие из волокнообразного электроизоляционного полимера и дисперсии компонента с электронной проводимостью распределенного в объеме системы. Они используются для изготовления ковров и мебельных тканей, антистатических текстильных материалов. Придание стабильных антистатических свойств при введении небольшого количества электропроводных волокон объясняется следующим образом. Заряды статического электричества отводятся за счет повышенной электронной проводимости; при приближении к наэлектризованному телу элементарных проводящих нитей повышается напряжение электрического поля у их поверхности, в результате чего облегчается образование коронного заряда. При трении тканей двух видов, одна из которых содержит электропроводимые нити, накопление заряда возможно только до определенной величины. При их разделении резко возрастает напряжение на каждой, и возникает ток в образовавшемся воздушном зазоре.

Наблюдается тенденция к преимущественному развитию саженаполненных волокон. Проводящие области по сечению волокна распределяются либо в центре, либо в поверхностном слое в виде непрерывных сегментов или стержней. Во всех случаях эксплуатационные свойства (эластичность, гибкость, прочность, окрашиваемость) волокнам придает ненаполненая электроизоляционная часть нити. Электропроводные вискозные нити получают путем введения сажи и измельченного активированного угля в прядильный раствор и формирования из него нитей по мокрому способу на фильтрах с увеличенным диаметром отверстий.

Основная масса полимерных волокнистых материалов производится формованием из растворов или расплавов полимерных материалов через тонкие отверстия фильеры с последующей фиксацией нитей путем охлаждения расплава или осаждением раствора полимера. Однако в последнее время было обращено внимание на то, что при высоких значениях ориентационной вытяжки в полимерных пленках возникает резкая анизотропия механических свойств (различная прочность в продольном и поперечном направлениях). Это обусловливает легкую расщепляемость (фибриляцию) пленки на тонкие элементарные нити (макрофибриллы). Волокнистые материалы, получаемые из ориентированной пленки, сразу нашли широкое применение. Так, в 1998 г. потребность в них составила 2,6 млн т. Это дает возможность заменять в ряде изделий остродефицитные натуральные волокна и практически использовать более экономичный по сравнению с классическим способом формирования химических волокон.

Для получения волокнистых материалов из ориентированной пленки можно применять практически все волокнообразующие полимеры (полиолефины, полиамид, полиэфиры и т.д.). Однако в основном перерабатываются только высококристаллические полиолефины. Это связано прежде всего с тем, что полиолефины и изделия на их основе обладают уникальными свойствами: высокой прочностью и сопротивлением к истиранию, самопроизвольной расщепляемостью с образованием элементарных нитей, низкой плотностью, биологической стойкостью, физиологической инертностью, стойкостью к фотоокислительной деструкции. Главным образом используется изотактический полипропилен. Технологический процесс производства волокнистых материалов из ориентированных полимерных пленок включает следующие операции: формование пленки, резка ее на полоски, ориентационное вытягивание и термофиксация полосок, фибрилляция, приемка и упаковка готовой продукции. В настоящее время волокнистые материалы получают из пленки, оформленной экструзионным методом через щелевую или кольцевую формовочные головки.

Металлизированными нитями отделывают, например, парчу, нарядные женские платья, трикотажные и галантерейные изделия.

По традиционной технологии металлизированные нити формуют вытягиванием проволоки из красной меди, ее сплава с никелем или другими металлами. Их вырабатывают округлой формы (диаметр 50--80 мм) или в виде ленточки. В некоторых случаях нити покрывают тончайшим слоем серебра или золота. Исходными элементами, из которых образуется крученая нить, служат металлические нити или сочетание металлических нитей с хлопчатобумажными, шелковыми и др. Согласно способу, разработанному в Японии, исходным материалом для получения металлизированных нитей, является клеящее вещество. На покрытую клеящим веществом поверхность пленки в соответствии с принятым рисунком укладывают кусочки золотой или серебряной фольги. После этого пленку равномерно прессуют для прочного закрепления фольги на поверхности пленки. После термовулканизации клеящего вещества поверхность фольги полируется тканью для удаления излишков фольги и образования одинакового рисунка на лицевой и изнаночной поверхностях. На поверхность фольги наносят слой прозрачной смолы, который соединяется с клеящим веществом. Полученную металлизированную пленку разрезают на узкие полоски, формируя нити.

Повышение долговечности и улучшение эксплуатационных характеристик волокнистых материалов часто связаны с защитой их от воздействия воды. При насыщении водой возрастает объемная масса текстильных изделий, повышается их теплопроводность, ухудшаются прочностные характеристики, увеличивается усадка. Присутствие воды стимулирует рост биологической активности ряда микроорганизмов, вызывает гниение и плесневение волокон.

Во многих странах проводятся в широких масштабах исследования в области производства химических волокон. Это позволило усовершенствовать существующие и создать новые технологические процессы, повысить качественные показатели волокон и получить их новые виды.

В настоящее время большая часть химических волокон и нитей производится методом формования из расплава на основе полимеров нескольких видов. По сравнению с процессами формования из растворов это наиболее производительно и экономично: не требуется применения вспомогательных технологических жидкостей (растворителей, осадителей) и соответственно отпадает необходимость в их регенерации, что обусловливает безвредность процесса в экологическом аспекте.

По классической схеме процесс формования волокна из расплава проводится при скорости 700-1000 м/мин. Получаемые свежесформованные нити имеют низкую ориентацию макромолекул, неравновесную структуру и подвергаются дальнейшему вытягиванию и термической обработке, в результате чего они приобретают заданные физико-механические свойства. Развитие технологии позволило повысить скорость формования волокон до 1500-2000 м/мин без принципиального изменения схемы процесса. Дальнейшими этапами в развитии расплавного метода формования является создание его новых разновидностей: совмещение процессов формования и вытягивания; формование со скоростью до 3000-4000 м/мин с получением частично ориентированных нитей. Такие нити имеют более высокую ориентацию, но характеризуются неравномерной структурой. В дальнейшем они подвергаются текстурированию.

Создан принципиально новый процесс получения нитей на основе их формования при сверхвысокой скорости (5000-6000 м/мин), не требующий последующего вытягивания и термической обработки. Возникающие при сверхвысокой скорости формования нитей большие напряжения приводят к качественно новому процессу структурообразования -- ориентационной кристаллизации. В результате в процессе одной технологической стадии получают нити с принципиально иными структурой и свойствами: высокой кристалличностью и ориентацией кристаллов, пониженной ориентацией аморфных областей, гетерогенной структурой в поперечном сечении. Следствием этого является несколько меньшие значения модуля деформации и прочности и повышенное удлинение при разрыве. Высокая равновесность структуры обусловливает низкую усадку волокон при термической и термовлажной обработках.

Таким образом, высокоскоростное формование позволило создать весьма производительный процесс получения нитей нового ассортимента. К преимуществам применения данной технологии относятся: увеличение производительности, простота процесса, уменьшение затрат на оборудование и энергию, снижение себестоимости продукции. При обычном двухстадийном методе скорость формования составляет 1000-1500 м/мин, скорость вытягивания -- 400-1000 м/мин; продолжительность выдержки свежесформованного волокна перед вытягиванием -- от двух часов до двух суток. При одностадийном методе производительность в 6-15 раз выше, потери времени на выдерживание от момента формования до вытягивания сводятся к нулю. При его проведении отпадает необходимость в дополнительном оборудовании для последующей обработки нитей.

Заключение

В настоящее время в России и странах СНГ выпускаются большинство традиционных видов химических волокон и нитей текстильного и технического назначения. Данные ВНИИСВ о выпуске химических волокон в России и странах СНГ приведены ниже:

Выпуск химических волокон и нитей в странах СНГ

Как видно из приводимых данных, в достаточно хорошем положении оказалось производство химических волокон в Белоруси. Это во многом связано с тем, что там были и сохранились наиболее современные предприятия, построенные в последние годы в СССР. Следует заметить, что большинство предприятий Украины и особенно Белоруси работает в значительной степени на российский рынок.

Однако текстильная промышленность в России и других странах СНГ столкнулись с нехваткой сырья -- как природных, так и химических волокон. Это привело к импорту большого количества готовых тканей, трикотажа и швейных изделий, что дополнительно сказалось на сокращении выпуска химических волокон.

Причина больших трудностей в сохранении и потенциальном развитии производств химических волокон связана с тем, что все они могут быть технически и экономически оправданы только при больших объемах выпуска продукции, что требует соответственно больших инвестиций по сравнению, например, с предприятиями по выпуску текстильных изделий. Кроме того, сроки окупаемости предприятий химических волокон достаточно большие. Тем не менее, изменения в инвестиционном климате в России, очевидно, должны привести к изменениям и в области производства химических волокон за счет привлечения инвестиций.

Для всех основных видов химических волокон определились свои ниши как по способам их получения, так и областям применения. Анализ тенденций развития производства различных видов химических волокон позволяет выделить следующие важные направления:

* интенсивный рост выпуска полиэфирных волокон по сравнению со всеми другими, вместе с тем наблюдается и ограниченный рост производства полиамидных и полиакрилонитрильиых волокон;

* быстрое развитие производства полипропиленовых волокон;

* совершенствование процессов получения вискозных и организация производства гидратцеллюлозных волокон типа лиоцелл;

* развитие новых нетрадиционных высокопроизводительных процессов получения волокнистых материалов, в том числе нетканых материалов прямого формования.

Среди перечисленных выше по объему мирового производства лидируют полиэфирные волокна -- их выпуск в 2001 г. составил 19,2 млн. т, в 2002 г. превысил 20млн. т. Это 60% от выпуска основных видов синтетических волокон (или 30% от выпуска всего количества природных и химических волокон бытового и технического назначения (включая нетканые материалы и сигаретный жгутик как материалы, не подвергаемые текстильной переработке).

Далее по объему производства следуют полипропиленовые волокна: 19% от суммарной продукции всех видов синтетических волокон в 2000 г. Выпуск полиамидных и полиакрилонитрильных волокон хотя и увеличивается, но их доля в общем, производстве синтетических волокон в мире постепенно снижается (13 и 8% соответственно в 2000 г.).

Следует особо остановиться на быстром развитии полипропиленовых волокон и нитей, общий выпуск которых достиг уже 7 млн. т (включая нетканые материалы прямого формования и пленочные нити). Это результат создания широкой гаммы модифицированных волокон с новыми свойствами, создания высокопроизводительных технологий, достижения высоких экономи ческих показателей их производства и ряда других факторов.

Как было показано выше, развитие производства химических волокон во многом определяется созданием новых технологий, нового оборудования и все более широким распространением процессов модифицирования, что привело к постепенному изменению соотношения между основными методами получения волокон. На фоне общего стабильного прироста производства большинства многотоннажных химических волокон, изданных приведенной табл. видно, что наибольший темп прироста наблюдается для волокон, формуемых из расплава. Это определяется как чрезвычайно высокой производительностью этого метода по сравнению с остальными, так и возможностями современных методов модифицирования, позволяющими широко варьировать свойства волокон и нитей.

Модифицирование волокон -- один из наиболее простых и перспективных путей, который позволяет получать их с широкой гаммой заданных функциональных свойств.

Методы модифицирования волокон можно подразделить на три группы:

* физические методы -- с изменением надмолекулярного строения, внешней формы или поверхности волокон. Эти методы используются на стадии формования и последующих обработок волокон;

* методы композитной модификации, или методы смешения, когда к основному волокнообразующему полимеру добавляются те или иные мелкодисперсные или растворимые компоненты -- носители новых свойств. Добавки вводятся на стадии подготовки исходного расплава или раствора к формованию или непосредственно перед формованием;

* методы химической модификации -- изменение химического строения волокнообразующего полимера путем сополимеризации при получении исходного полимера или введения новых функциональных групп

при обработке сформованных волокон (используется редко), а также при обработке текстильных полотен или изделий.

В настоящее время эти методы все шире используются для улучшения потребительских свойств традиционных видов химических волокон, а также для получения волокон с новым комплексом свойств. Большинство выпускаемых в настоящее время синтетических волокон и нитей являются сополимерными или полученными с функциональными специальными добавками, что позволяет существенно повышать потребительские свойства или придавать новые свойства текстильным изделиям. Химическое модифицирование, кроме того, часто производится на стадии отделки текстильных полотен.

В связи с постоянным возрастанием объемов выпуска химических волокон, а в перспективе многократным его увеличением, немаловажное значение приобретает проблема развития сырьевых ресурсов для производства химических волокон, поскольку наблюдается тенденция постепенного повышения цен, а в перспективе появление дефицита традиционных видов сырья -- нефти, каменного угля и газа.

К середине XXI-гo столетия эти виды сырьевых материалов будут близки к истощению, в то же время будет идти постепенное возрастание народонаселения и рост потребности в химических волокнах, отмеченный выше. Поэтому на смену или в дополнение к традиционным должны прийти новые сырьевые ресурсы для получения мономеров и/или волокнообразующих полимеров, получение которых будет основано на воспроизводимых растительных ресурсах, продуктах биотехнологии и связывании углекислого газа и азота из атмосферы.

Вследствие этого уже сегодня начинают развиваться исследования по новым сырьевым источникам для получения волокон и волокнистых материалов на их основе. Поскольку проблема исходных мономеров и волокнообразующих полимеров, очевидно, станет острой уже в первой половине ХХI-го столетия, предложений по новым источникам сырья немало.

Важнейшим возобновляемым видом исходного сырья для волокон является целлюлоза. Возможности ее получения из древесины еще далеко не исчерпаны. Однако в перспективе из-за сокращения площадей лесных массивов производство древесной целлюлозы (используемой для получения волокон) будет постепенно ограничиваться. Разрабатываются новые источники для замены древесной целлюлозы альтернативными ее видами, в частности высокопродуктивными по количеству целлюлозы на единицу площади в год однолетними растениями, которые могут произрастать в широком диапазоне климатических условий. Некоторые виды растений могут давать с единицы площади количество целлюлозы, (в пересчете на год) в 3--4 раза превышающее используемые сегодня древесные породы (ель, бук, эвкалипт). Проблема целлюлозы как возобновляемого полимера взаимосвязана с получением высококачественных гидратцеллюлозных волокон. В этом отношении следует ожидать как сохранения вискозного процесса, так и развития процессов прямого растворения целлюлозы с последующим формованием волокон, в частности волокон лиоцелл.

Вискозный процесс является многостадийным, энерго- и материалоемким (более 1,5кг/кг волокна вспомогательных химикалий) и пока еще вызывает существенные экологические затруднения. Однако совершенствование существующих и развитие новых процессов получения вискозных волокон и нитей позволяет существенно снизить присущие им недостатки за счет новых решений в технологии и развитии процессов их обезвреживания, в результате чего на передовых предприятиях осуществлен почти полный рециклинг большинства исходных вспомогательных материалов, практически отсутствуют сточные воды и выброс серосодержащих газов. Существующие сегодня технические решения показывают, что вискозный процесс имеет еще длительный срок «права на жизнь» и конкурентоспособен с другими альтернативными процессами получения гидратцел.люлозных волокон.

Вискозные волокна в настоящее время являются одним из важных видов сырья для текстильной промышленности, хотя их выпуск и уменьшился. Обычные и высокомодульные вискозные штапельные волокна с успехом применяются взамен хлопка. Они используются в чистом виде и в различных смескахдля широкого ассортимента полотен бытового назначения. Значительная часть этих волокон является модифицированными с улучшенными или со специальными свойствами -- бактерицидные, огне-защишенные, окрашенные в массе и др.

Гидратцеллюлозные волокна, получаемые на основе прямого растворения целлюлозы в органических растворителях, постепенно завоевывают «место под солнцем». Значительные успехи достигнуты в применении водных растворов N-метилморфолин N-метилоксида (NMMO) в качестве растворителя целлюлозы. Относительно простой процесс получения формовочных растворов, высокоскоростное формование по мокрому методу через воздушную прослойку («сухо-мокрое формование») обеспечивают высокую производительность технологического оборудования. Этот метод позволяет сократить расходхимикалий в несколько сотен раз по сравнению с вискозным процессом. Однако немалые сложности вызывает возврат NMMO, который осуществляется путем выпаривания и последующей конденсации воды, что делает процесс высокоэнергоемким.

Волокна лиоцелл и материалы на их основе близки по свойствам и по назначению к вискозным, но имеют свои особенности свойств -- пониженную деформативность (высокий модуль деформации и пониженное удлинение), ограничивающие их применение по сравнению с вискозными волокнами. Недостатком является также повышенная фибриллируемость волокон в мокром состоянии и поэтому пониженная износоустойчивость, хотя имеются указания, что эту особенность удается элиминировать. При дальнейшем развитии технологии волокон лиоцелл вышеуказанные особенности будут частично или полностью устранены и это приведет к повышению потребительских свойств данного типа волокон. Уже есть определенные достижения в указанном направлении. Тем не менее, хотя производственные мощности по волокнам типа лиоцелл составляют примерно 120-- 130 тыс. т в год, их выпуск пока развивается медленно, и в 2000 г. загрузка мощностей составила порядка 50-- 60%. Нет пока и сведений о строительстве новых заводов.

Среди волокон на основе возобновляемого растительного сырья весьма перспективны полилактидные волокна, получаемые на основе крахмалосодержащих растительных отходов. В настоящее время несколько фирм США, Японии и Германии создают современные технологии получения молочной кислоты, полилактида на ее основе и полимерных материалов -- в первую очередь волокон. Уже строятся или проектируются крупные промышленные производства.

Технология получения исходного сырья -- гексоз основана на известном биохимическом процессе гидролиза полисахаридов (обычно крахмалосодержащих отходов пищевой промышленности, широко применяемых при получении глюкозы). Исходным сырьем для биохимического процесса служит крахмал (маисовый, кукурузный, картофельный) или меласса, получаемая при производстве сахара из сахарной свеклы или сахарного тростника или некоторые другие растительные продуты, содержащие гексозаны. Эти исходные материалы подвергаются гидролизу с образованием глюкозы и других гексоз. Имеется также возможность использования гидролизата, получаемого кислотным гидролизом древесины (целлюлозы).

Гексозы (глюкоза) подвергаются ферментации с получением молочной кислоты, которая очищается переводом в дилактид. Последний полимеризуется с получением полилактида, являющегося плавким полимером с температурой плавления 175 -- 190°С. Получение волокон и нитей осуществляется формованием из расплава с последующими операциями вытягивания и релаксации.

Полилактидные волокна имеют свойства, близкие к таковым на основе полиэтиленте-рефталата. и предназначены для аналогичных областей применения -- использования для производства высококачественных текстильных материалов и изделий бытового, медицинского и санитарно-гигиенического, а также некоторых технических применений. Наличие воспроизводимой сырьевой базы -- растительного сырья, освоенная биотехнология получения мономера -- молочной кислоты, простота технологии получения полимера -- полилактида и волокон формованием из расплава показывают, что многотоннажное производство этих волокон будет экономически целесообразно и перспективно. Это производство не вызывает сложных экологических проблем вследствие нетоксичности исходных, промежуточных и готовых продуктов, возможноcти их рециклинга, ассимиляции и биоразрушения в окружающей среде.

Таким образом, полилактидные волокна, безусловно, будут одним из перспективных многотоннажных видов волокон, как в ближайшие годы, так и особенно в более далекой перспективе, по мере истощения месторождений нефти, угля и газа.

Список использованных источников

1. Айзенштейн Э.М. Производство химических волокон: новые скорости, новые возможности // Текстильная промышленность. - №7-8. - 1999. - С.45

2. Баранова А.А. Современные технологии в текстильной промышленности: учебное пособие. - Витебск: УО «ВГТУ», 2006. - 251 с.

3. Дубовский Н.А. Организация производства: Учеб.-метод. Комплекс. - Новополоцк: УО «ПГУ», 2006. - 368 с.

4. Научно-технические проблемы развития производства химических волокон в Беларуси: Материалы белорус. научно-практ. Конфер. «Химволокно-98», 15-16 декабря 1998. - Мн.; Могилев, 1999.

5. Основы технологии важнейших отраслей промышленности: учеб. пособ. / Под ред. И.В. Ченцова.-Мн.: Выш. шк., 1989.-325с.

6. Перепелкин К.Е. Мировые тенденции развития и новые виды химических волокон. Часть 1. Развитие мировой экономики химических волокон // ЛегПромБизнес Директор. - №6-7. - 2003. - С.8-11.

7. Перепелкин К.Е. Мировые тенденции развития и новые виды химических волокон. Часть 2. Развитие мировой экономики химических волокон // ЛегПромБизнес Директор. - №8. - 2003. - С.14-17.

8. Синица Л.М. Организация производства: учеб. пособие. - Мн.: ИВЦ Минфина, 2006. - 521 с.

9. Текстильные химические волокна: учеб. пособие / В.Н. Паращенко, Н.И. Гришко.-Мн.: БГЭУ, 2003.-99с.

10. Ушакова К.Н. Основы производства и подготовки к текстильной переработке химических нитей: Учебник для вузов. - М.: Легпромбытиздат, 1991. - 352 с.

Размещено на Allbest.ru