Искусственные и синтетические волокна кратко. Натуральные и синтетические волокна. Виды и названия синтетических тканей

23.06.2020

Время чтения: 4 минуты

Некоторые натуральные целлюлозные волокна обрабатываются и перерабатываются для конкретных целей. Известные волокна, такие как вискоза, ацетат и т. д., получают путем переработки различных природных полимеров.

Первые искусственные волокна, которые были разработаны и изготовлены, использовали полимеры природного происхождения, точнее целлюлозу, которая является сырьем, доступным в больших количествах в растительном мире.

Целлюлоза — это натуральный полимер, который составляет живые клетки всей растительности. Это материал в центре углеродного цикла, а также самый распространенный и возобновляемый биополимер на планете.

Хлопчатобумажные листы и древесная масса, вискоза, медноаммиачный шелк, целлюлозный ацетат (вторичный и триацетат), полиноза, волокно с высоким модулем во влажном состоянии (ВВМ).

Целлюлоза является одним из многих полимеров, найденных в природе.
Дерево, бумага и хлопок содержат целлюлозу. Целлюлоза — отличное волокно.
Целлюлоза состоит из повторяющихся звеньев мономерной глюкозы.
Три типа регенерированных целлюлозных волокон представляют собой вискозу, ацетат и триацетат, которые получены из клеточных стенок коротких хлопковых волокон, называемых линтами.
Бумага, например, представляет собой почти чистую целлюлозу

Вискоза

Первоначально слово «вискоза» применялось к любому волокну, изготовленному на основе целлюлозы и, следовательно, содержало целлюлозные ацетатные волокна. Тем не менее, определение вискозы было описано в 1951 году и теперь включает в себя текстильные волокна и волокна, состоящие из регенерированной целлюлозы, за исключением ацетата.

Вискоза представляет собой регенерированное целлюлозное волокно.
Это первое изготовленное человеком волокно.
Она имеет зазубренную круглую форму с гладкой поверхностью.
При намокании вискоза теряет 30-50% своей силы.
Вискоза образуется из естественных полимеров, и поэтому является не синтетическим волокном, а искусственным регенерированным целлюлозным волокном.
Волокно продается как искусственный шелк.
Существует две основных разновидности вискозного волокна, а именно вискозное и медноаммиачное.

Ацетат

Производное волокно, в котором волокнообразующим веществом является ацетат целлюлозы. Ацетат получают из целлюлозы путем реакции очищения целлюлозы из древесной целлюлозы с уксусной кислотой и уксусным ангидридом в присутствии серной кислоты.

Характеристики ацетатного волокна:

Роскошное на ощупь и внешний вид
Широкий спектр цветов и блесков
Отличная драпируемость и мягкость
Относительно быстрое высыхание
Устойчивость к усадке, моли и мучнистой росе

Для ацетата разработаны специальные красители, так как он не принимает красители, обычно используемые для хлопка и вискозы.

Ацетатные волокна представляют собой изготовленные волокна, в которых волокнообразующим веществом является ацетат целлюлозы. Эфиры целлюлозы триацетат и ацетат образуются путем ацетилирования хлопковых линтов или древесной целлюлозы с использованием уксусного ангидрида и кислотного катализатора в уксусной кислоте.

Ацетатные и триацетатные волокна очень похожи по внешнему виду на вискозу с постоянной прочностью. Элементы и триацетаты представляют собой умеренно жесткие волокна и обладают хорошей эластичностью при изгибе и деформации, особенно после термообработки.

Устойчивость к абразивному износу ацетата и триацетата невелика, и эти волокна не могут использоваться в применениях, требующих высокой стойкости к истиранию и носке; однако устойчивость этих волокон к трению превосходна. Хотя ацетат и триацетат являются умеренно абсорбирующими, их абсорбция не может сравниться с чистыми целлюлозными волокнами. На ощупь ацетатные ткани несколько более мягкие и более гибкие, чем триацетат. Ткани обоих волокон обладают отличными характеристиками драпировки. Ткани ацетата и триацетата имеют приятный внешний вид и высокую степень блеска, но блеск этих тканей можно модифицировать путем добавления матирующего средства.

Как ацетат, так и триацетат восприимчив к атакам ряда бытовых химикатов. Ацетат и триацетат подвергаются воздействию сильных кислот и оснований и окисляющих отбеливателей. Ацетат обладает только небольшой устойчивостью к солнечному свету, тогда как солнечная устойчивость триацетата выше. Оба волокна имеют хорошую термостойкость ниже их точек плавления.

Ацетат и триацетат не могут быть окрашены красителями, используемыми для целлюлозных волокон. Эти волокна могут быть удовлетворительно окрашены дисперсными красителями при умеренных и высоких температурах, что дает четкие, яркие оттенки. Ацетат и триацетат быстро высушиваются, и их можно подвергать сухой чистке.

Современные технологии коснулись всех сфер жизнедеятельности человека. Лучшим примером того, как они развиваются, может служить текстильная промышленность: человечество научилось производить синтетические ткани.

Вискоза – разновидность искусственных тканей, изготовленных из целлюлозы. Данный вид полотна получается при переработке древесного сырья. Синтетические же ткани изготавливаются из полимеров, полученных благодаря химическим реакциям. Сырьем для материала являются нефтепродукты, уголь, газ. Как правило, из синтетических тканей производят спортивную одежду или вещи, необходимые для использования в экстремальных ситуациях.

Преимущества и недостатки синтетических тканей

Синтетический материал имеет свои достоинства и недостатки. Несмотря на все обилие натуральных тканей, существует ряд преимуществ синтетического материала.

Легкость ткани. В отличие от природных материалов, синтетическая ткань обладает незначительным весом.
Долговечность. Одежда из синтетического материала менее подвержена износу и хорошо сохраняет стойкость цвета. Это достигается за счет специальной обработки материи. Вот почему вещи можно носить долго, не боясь, что они полиняют. Однако некоторые виды портятся под воздействием ультрафиолетовых лучей.
Быстрая сушка. Практически все синтетические материалы не впитывают в себя много влаги, и сушка не занимает много времени.
Стоимость. Низкая цена материала достигается за счет невысокой стоимости исходного продукта. Предприятиям выгодно изготавливать такие ткани, вот почему с каждым годом увеличиваются объемы их производства.

Отрасль развивается с каждым днем. Производители ткани могут изменять характеристики полотна с учетом пожеланий крупных клиентов.

Самый большой минус подобных материалов в том, что они могут негативно влиять на здоровье. Синтетическая ткань электризуется из-за того, что накапливает статическое электричество. У человека может быть индивидуальная переносимость данной ткани. Она практически не впитывает влагу, следовательно, является не слишком гигиеничным материалом. Синтетика не способна пропускать воздух, поэтому белье из полиэстера или спандекса не слишком комфортно при каждодневном использовании.

С другой стороны, в непогоду синтетическая ткань будет крайне полезна – она сможет защитить человека от атмосферных осадков лучше, чем натуральная.

Особенности производства

Впервые патент на изготовление синтетической ткани был зарегистрирован в далеком 1930 году. Сначала научились выделять поливинилхлоридные волокна, затем немецкие ученые смогли получить полиамид. Такой материал стали называть . Производство его было поставлено на конвейер только в 1939 году.

В Советском Союзе одежду из синтетики начали производить только в конце 60-х годов. Вначале она являлась просто дешевым заменителем натуральной ткани. Только спустя много лет ей нашли должное применение: начали изготавливать спецодежду, отличавшуюся высокими характеристиками износостойкости и способную защитить человека от неблагоприятных факторов среды.

Искусственные и синтетические материалы отличаются по специфике производства, а также по стоимости исходного сырья. Синтетика не требует больших затрат. При изготовлении ткани происходит синтез волокна из низкомолекулярных соединений. Чтобы произвести материал, нужно сырье расплавить или растворить. После уже из тягучего материала можно выделить нить. Нитка может быть одиночной, комплексной либо закрученной в виде жгута. Также из расплавленного материала могут изготавливаться отдельные части одежды и обуви.

Из чего делают синтетический текстиль?

Сегодня существует множество видов синтетических волокон. Специалистами постоянно производятся новые разновидности материала. Однако для удобства их подразделяют на две группы, каждая из которых обладает своими особенностями.

Карбоцепная синтетика

При ее производстве используют углеводород. Данная разновидность объединяет следующий список тканей:

полиэтиленовые;
полиакрилонитрильные;
полипропиленовые;
поливинилхлоридные;
поливинилспиртовые.

Гетероцепная синтетика

Данный вид ткани производится не только из углеводорода, но и из других химических элементов. Это могут быть азот, хлор, фтор. Элементы способствуют улучшению характеристик материи.

В указанную группу входят следующие ткани:

полиуретановые.
полиамидные.

Благодаря указанным веществам вещи на основе гетероцепной синтетики добавляют к обычным характеристикам дополнительные качества, незаменимые при пошиве спецодежды.

Виды и названия синтетических тканей

Итак, текстильная промышленность на данном этапе своего развития позволяет получать самые разные виды синтетической материи. Но как не растеряться в таком ассортименте и выяснить, какая ткань отвечает всем необходимым критериям? Приведем краткие характеристики наиболее популярных разновидностей синтетики.

Лавсан

Обладает высокими показателями износостойкости. Ткань не садится, способна выдержать сильные температурные изменения, вплоть до + 115 градусов. Длительное время держит форму. Материал на ощупь жесткий, не пропускает воду. Полотно чаще всего используют при изготовлении гардин. Намного реже его добавляют в натуральное сырье для производства костюмов – это позволяет увеличить износостойкость изделий.

Флис

Изготавливается из синтетического волокна. По внешнему виду напоминает натуральную шерсть. Очень мягкий, теплый материал. Обладает эластичностью и способен пропускать воздух. Материал прост в уходе, легко стирается и чистится. Главное - его не нужно долго сушить и гладить, что значительно экономит время. Часто ткань используют при производстве детской одежды. Недостатком является быстрая потеря формы из-за того, что при повседневной носке вещь растягивается. Флис способен накапливать статическое электричество.

Полисатин

Производится с добавлением хлопка или полиэстера. Материал имеет ряд преимуществ. Он легко стирается, не мнется, не теряет форму, имеет блестящую поверхность. Зачастую он используется при производстве постельных комплектов, гардин, для обивки мебели. Модное и популярное постельное белье «с эффектом 3D» нередко производят из данного типа ткани.

Акрил

Это ткань, внешне напоминающая шерсть, однако она намного практичнее натурального волокна. Длительное время сохраняет форму, не пропускает влагу. Материал не подвержен ультрафиолетовым лучам, просто чистится, не садится. Его используют и в сочетании с шерстью.

Акрил используется для пошива верхней одежды. В сочетании с шерстью из него также производят детские матрасы, т. к. данная ткань не способна впитывать воду. При совмещении с натуральными волокнами он придает вещам прочность. Акрил не образует катышков и способен длительное время держать форму. Однако есть у него и небольшой недостаток - вещи из данного полотна сильно электризуются. Акрил часто добавляют в нитки для вязания.

Дайнема и спектра

В данной группе различают два типа волокон - полиэтиленовые и полипропиленовые. Они являются самыми легкими в категории синтетических тканей. Такое полотно невозможно утопить в воде. Оно обладает термостойкостью. Материал не поддается растягиванию, устойчив к любым погодным изменениям.

Выдерживает температуру до +115 градусов. Широко применяется при производстве туристической и специализированной одежды, например для рыболовов, горнолыжников, скалолазов, охотников. Также материал используется для и чулочно-носочной продукции. Однако для этой цели обязательно берется ткань из натуральных волокон.

Итог

Каждый год производство изделий из синтетических тканей растет вследствие того, что исходное сырье стоит дешево. Также улучшаются функциональные характеристики изделий и их внешний вид.

Синтетические вещи обладают высокими теплозащитными свойствами. Они имеют низкую гигроскопичность, высокую гидрофобность и довольно прочны. Возможно, они не настолько комфортны, как натуральные волокна. Немало споров ведется и по поводу их безопасности для здоровья. Но вышеуказанные свойства позволяют им оставаться в числе перспективных вариантов для применения в текстильной промышленности.

XIX век ознаменовался важными открытиями в науке и технике. Резкий технический бум коснулся практически всех сфер производств, многие процессы были автоматизированы и перешли на качественно новый уровень. Техническая революция не обошла стороной и текстильное производство - в 1890 году во Франции впервые было получено волокно, изготовленное с применением химических реакций. С этого события началась история химических волокон.

Виды, классификация и свойства химических волокон

Согласно классификации все волокна подразделяются на две основные группы: органические и неорганические. К органическим относятся искусственные и синтетические волокна. Разница между ними состоит в том, что искусственные создаются из природных материалов (полимеров), но с помощью химических реакций. Синтетические волокна в качестве сырья используют синтетические полимеры, процессы же получения тканей принципиально не отличаются. К неорганическим волокнам относят группу минеральных волокон, которые получают из неорганического сырья.

В качестве сырья для искусственных волокон используются гидратцеллюлозные, ацетилцеллюлозные и белковые полимеры, для синтетических - карбоцепные и гетероцепные полимеры.

Благодаря тому, что при производстве химических волокон используются химические процессы, свойства волокон, в первую очередь механические, можно изменять, если использовать разные параметры процесса производства.

Главными отличительными свойствами химических волокон, по сравнению с натуральными, являются:

высокая прочность;
способность растягиваться;
прочность на разрыв и на длительные нагрузки разной силы;
устойчивость к воздействию света, влаги, бактерий;
несминаемость.

Некоторые специальные виды обладают устойчивостью к высоким температурам и агрессивным средам.

ГОСТ химические нити

По Всероссийскому ГОСТу классификация химических волокон достаточно сложная.

Искусственные волокна и нити, согласно ГОСТу, делятся на:

волокна искусственные;
нити искусственные для кордной ткани;
нити искусственные для технических изделий;
технические нити для шпагата;
искусственные текстильные нити.

Синтетические волокна и нити, в свою очередь, состоят из следующих групп: волокна синтетические, нити синтетические для кордной ткани, для технических изделий, пленочные и текстильные синтетические нити.

Каждая группа включает в себя один или несколько подвидов. Каждому подвиду присвоен свой код в каталоге.

Технология получения, производства химических волокон

Производство химических волокон имеет большие преимущества по сравнению с натуральными волокнами:

во-первых, их производство не зависит от сезона;
во-вторых, сам процесс производства хоть и достаточно сложный, но гораздо менее трудоемкий;
в-третьих, это возможность получить волокно с заранее установленными параметрами.

С технологической точки зрения, данные процессы сложные и всегда состоят из нескольких этапов. Сначала получают исходный материал, потом преобразовывают его в специальный прядильный раствор, далее происходит формирование волокон и их отделка.

Для формирования волокон используются разные методики:

использование мокрого, сухого или сухо-мокрого раствора;
применение резки металлической фольгой;
вытягивание из расплава или дисперсии;
волочение;
плющение;
гель-формование.

Применение химических волокон

Химические волокна имеют очень широкое применение во многих отраслях. Главным их преимуществом является относительно низкая себестоимость и продолжительный срок службы. Ткани из химических волокон активно используются для пошива специальной одежды, в автомобильной промышленности - для укрепления шин. В технике разного рода чаще применяются нетканые материалы из синтетического или минерального волокна.

Текстильные химические волокна

В качестве сырья для производства текстильных волокон химического происхождения (в частности, для получения синтетического волокна) используются газообразные продукты переработки нефти и каменного угля. Таким образом, синтезируются волокна, которые различаются по составу, свойствам и способу горения.

Среди наиболее популярных:

полиэфирные волокна (лавсан, кримплен);
полиамидные волокна (капрон, нейлон);
полиакрилонитрильные волокна (нитрон, акрил);
эластановое волокно (лайкра, дорластан).

Среди искусственных волокон самые распространенные - это вискозное и ацетатное. Вискозные волокна получают из целлюлозы - преимущественно еловых пород. С помощью химических процессов этому волокну можно придать визуальную схожесть с натуральным шелком, шерстью или хлопком. Ацетатное волокно производят из отходов от производства хлопка, поэтому они хорошо впитывают влагу.

Нетканые материалы из химических волокон

Нетканые материалы можно получать как из натуральных, так и из химических волокон. Часто нетканые материалы производят из вторсырья и отходов других производств.

Волокнистая основа, подготовленная механическим, аэродинамическим, гидравлическим, электростатическим или волокнообразующим способами, скрепляется.

Основной стадией получения нетканых материалов является стадия скрепления волокнистой основы, получаемой одним из способов:

Химический или адгезионный (клеевой) - сформованное полотно пропитывается, покрывается или орошается связующим компонентом в виде водного раствора, нанесение которого может быть сплошным или фрагментированным.
Термический - в этом способе используются термопластичные свойства некоторых синтетических волокон. Иногда используются волокна, из которых состоит нетканый материал, но в большинстве случаев в нетканый материал еще на стадии формования специально добавляют небольшое количество волокон с низкой температурой плавления (бикомпонент).

Объекты промышленности химических волокон

Поскольку химическое производство охватывает несколько областей промышленности, все объекты химической промышленности делятся на 5 классов в зависимости от сырья и области применения:

органические вещества;
неорганические вещества;
материалы органического синтеза;
чистые вещества и химреактивы;
фармацевтическая и медицинская группа.

По типу назначения объекты промышленности химических волокон разделяются на основные, общезаводские и вспомогательные.

Синтетические ткани – гости из будущего

Легкие, прочные, долговечные и красивые синтетические материалы занимают все более прочные позиции на современном текстильном рынке. За высокие эксплуатационные характеристики и низкую себестоимость синтетические ткани называют материей будущего.

В сознании многих людей четко отложилась аксиома «Натуральные ткани – это хорошо, а синтетика – плохо». При этом большинство именует синтетикой все материалы, кроме хлопка, льна, шелка и шерсти.

Важно знать! Все ненатуральные ткани подразделяются на две большие группы – искусственные и синтетические. Первые производятся из природных компонентов – целлюлозы, белков, стекла. В основе синтетических материалов – только полимеры, не существующие в природе.

Синтетические волокна получают в процессе синтеза этилена, бензола или фенола, вырабатываемых из природного газа, нефти и каменного угля .

История синтетических тканей началась чуть больше полувека назад, когда незадолго до Второй мировой войны ведущим химиком американской фабрики «Дюпон» Уоллесом Карозерсом был синтезирован новый материал, получивший наименование «нейлон».

Это приятное на ощупь блестящее гладкое полотно тут же оказалось востребованным для производства дамских чулок. В годы войны нейлон шел на нужды армии, из него делали ткань для парашютов и маскировочную сетку.

Уже в конце 40-х – начале 50-х годов ХХ века началась эра синтетики – на текстильном рынке появились капрон, нитрон, анид, полиэстер и другие волокна.

Химическая промышленность не стоит на месте, и сейчас количество наименований синтетических тканей перевалило за сотню. Современные технологии позволяют получать материалы с уже заранее заданными свойствами.

Классификация синтетических волокон

Ткани из синтетических волокон различаются в зависимости от используемого при изготовлении сырья. Все современные материалы можно подразделить на несколько видов.

Полиамидные волокна

К этой группе относятся нейлон, капрон, анид и другие. Чаще всего используются для производства бытовых и технических изделий.

Отличаются высокой прочностью на растяжение и разрыв: капроновая нить в 3–4 раза прочнее, чем хлопковая. Стойки к истиранию, воздействию грибков и микробов.

Основные недостатки – низкая гигроскопичность, высокая электризуемость, устойчивость к солнечному свету. При длительном сроке службы желтеют и становятся ломкими.

Полиэфирные волокна

Самым ярким представителем этой группы синтетических материалов является лавсан, напоминающий по внешнему виду тонкую шерсть. В некоторых странах лавсан известен под названием терилен или дакрон.

Лавсановые волокна, добавленные к шерстяным, обеспечивают изделиям прочность и уменьшают их сминаемость.

Недостатком лавсана является его низкая гигроскопичность и относительная жесткость. К тому же ткань сильно электризуется.

Применяется для пошива костюмов, платьев, юбок, а также для производства искусственного меха.

Полиуретановые волокна

Главное достоинство этих волокон – эластичность и большая прочность на разрыв. Некоторые из них могут растягиваться, увеличиваясь в 5–7 раз.

Ткани, производимые из полиуретана – спандекс, лайкра, – прочные, упругие, не мнутся и прекрасно облегают тело.

Отрицательные стороны: плохо пропускают воздух, негигроскопичны, имеют низкую теплостойкость. Используются при производстве трикотажных полотен для пошива верхней одежды, спортивных костюмов, чулочно-носочных изделий.

Полиолефиновые волокна

Эти самые дешевые синтетические нити получают из полиэтилена и полипропилена. Основное использование – производство ковровых изделий, технических материалов.

Ткани, в состав которых входят полиолефиновые волокна, обладают повышенной прочностью, износостойкостью, не портятся при воздействии плесени или различных микроорганизмов.

Недостатками можно назвать значительную усадку при стирке, а также неустойчивость к высоким температурам.

Интересный факт! Не так давно было обнаружено основное достоинство полиолефиновых волокон – их способность отталкивать воду, оставаясь сухими. Благодаря этому волокна используются при производстве водоотталкивающих изделий – палаток, плащевой ткани и т. п.

Синтетический – не значит плохой

При всей своей «ненатуральности» синтетические ткани обладают рядом существенных плюсов:

Долговечность. В отличие от «натуралов», синтетика абсолютно не подвержена гниению, воздействию плесени, грибков или различных вредителей.
Стойкость цвета. Благодаря особой технологии, при которой ткань вначале отбеливается, а затем окрашивается, синтетика сохраняет устойчивость красок на долгие годы.
Легкость и воздушность. Синтетические ткани весят в несколько раз меньше, чем их натуральные собратья.
Несминаемость. Изделия из химических волокон не мнутся при носке и превосходно сохраняют форму. Синтетическую одежду можно развешивать на плечиках, не опасаясь вытягивания.
Низкая себестоимость. Поскольку в основе производства данных тканей лежит недорогое сырье, то изделия из них доступны любым категориям покупателей.

К тому же большое многообразие синтетических тканей позволяет каждому выбрать материал исходя из своих требований и вкуса.

Без недостатков не обойтись

Хотя современная химическая промышленность и развивается семимильными шагами, пытаясь улучшать свойства синтетических материалов, все же пока от некоторых негативных сторон избавиться не удается.

Список основных недостатков синтетики:

Пониженная гигроскопичность. Одежда из синтетики плохо впитывает влагу, нарушается теплообмен, тело человека потеет.
Впитывание запахов. Некоторые виды тканей способны накапливать в себе неприятные запахи и распространять их вплоть до следующей стирки.
Вероятность возникновения аллергии. У людей со склонностью к аллергическим реакциям после контакта с синтетикой может появиться раздражение на коже.
Токсичность. К сожалению, дешевые синтетические материалы не всегда безопасны для здоровья. Не рекомендуется покупать такую одежду, в особенности для маленьких детей.

Если одежда из 100% синтетики может вызвать у покупателей вполне понятные опасения, то добавление химических волокон в натуральные ткани только улучшает их свойства, делая более безопасными и экологичными.

Важно! Материалы из смешанных волокон эластичные, не мнутся при носке, не требуют глажки, не вызывают аллергию у людей с чувствительной кожей.

Коротко о наиболее известных синтетических тканях

К самым распространенным синтетическим материям можно отнести:

Акрил. Сырье для этой ткани получают из природного газа. По своим свойствам акрил близок к натуральной шерсти. Хорошо сохраняет тепло, поэтому из него часто шьют верхнюю одежду. Не боится моли, не выгорает на солнце и долго сохраняет яркость цвета.

Основной недостаток акрила – образование катышков при длительной носке.

. Промышленный выпуск этой ткани был налажен в 80-х годах прошлого столетия. По мягкости и удобству в носке флис сравним с натуральной шерстью или мехом.

Ткань очень легкая, эластичная, воздухопроницаемая, прекрасно сохраняет тепло. Флис неприхотлив в уходе: его можно стирать в машинке и не нужно гладить. Одежда из флиса великолепно подходит для прогулок, активного отдыха, в качестве материалов для домашних халатов и пижам.

Единственным недостатком данного материала является его способность электризоваться.

Полиэстер. Сами по себе полиэстеровые волокна жесткие и плохо поддаются окраске. Однако в сочетании с хлопком или льном они приобретают совсем иные качества: мягкость, эластичность, устойчивость к влаге и высоким температурам.

Благодаря этим качествам полиэстеровые ткани – лучший материал для пошива штор, занавесок, домашнего текстиля – скатертей, покрывал, салфеток.

Кроме того, гладкость и шелковистость полиэстера используется при изготовлении женского нижнего белья.

. Ткань была разработана в Японии и впервые увидела свет в 1975 году. Волокно настолько тонкое, что моток пряжи длиной в 100 километров весит всего пять грамм.

Микрофибра хорошо стирается, быстро сохнет, долго держит форму и сохраняет цвет. Отлично впитывает влагу, поэтому чаще всего из нее делают товары для дома: салфетки, тряпочки, полотенца и т. п.

С каждым годом ассортимент синтетических тканей растет, они приобретают новые все более совершенные характеристики, стремясь удовлетворить запросы самых требовательных покупателей.

В результате каждый день их используют миллиарды людей . И, в самом деле, любой из нас стремится предстать перед окружающими в наиболее привлекательном виде за счет использования наиболее привлекательной одежды, которую создают из самых лучших волокон, какие только существуют . Многим из нас требуется биоразлагаемый шовный материал в случае хирургического вмешательства. Мы все живем в домах, в которых необходимы волокна для воздушных и водяных фильтров . Удобная в обращении обтирочная салфетка из волокна помогает легко производить уборку на нашей кухне. И, действительно, широкий диапазон волокон позволяет создавать бесконечной количество применений.

Мы используем натуральные и синтетические волокна. Натуральные волокна использовались с незапамятных времен . Недавно на рынок были представлены новые бамбуковые волокна 1 , которые начинают широко использоваться . Эти волокна демонстрируют противомикробные свойства, и их можно использовать для создания многих текстильных применений, а также «зеленых» композитов. Хлопок, шелк, шерсть или лен (возможно, древнейшее волокно в мире) используются во всех сферах нашей повседневной жизни.

Интересно, что известные волокна являются полимерами. Большинство из них представляет собой просто линейные макромолекулы. Следует отдать должное д-ру Штаудингеру, лауреату Нобелевской премии, который был первым, кто отметил, что полимеры представляют собой линейные ковалентно связанные молекулы и не являются агрегатами, как считалось ранее. Он заложил основы химии синтетических органических полимеров и волокон . Вскоре после этого открытия пионерские работы д-ра Каротерса из компании Du Pont и д-ра Шлака из компании BASF представили нам полимерные волокна найлона 6,6 и найлона 6 соответственно. Позднее, в 1946 г. Винфилдом и Диксоном была разработана технология производства полиэтилен терефталата (PET ), и на рынке появились полиэфирные штапельные волокна. Найлоны и PET являются основными полимерными волокнами. На протяжении ряда лет было разработано множество других полимеров, и каждый день синтезируется множество новых макромолекул . В последние годы наблюдались значительные достижения в области разработки новых полимеров и полимерных волокон. Существенные достижения были достигнуты в области производства высокоэффективных волокон, эластичных волокон и нановолокон, произведенных из биополимеров за счет использования технологии электропрядения, а также высокоэффективных полиэфирных волокон. В результате, в этом номере Polymer Reviews мы ставим своей задачей информирование читателя о современном положении дел и обзорное рассмотрение этих новых достижений.

Высокоэффективные волокна

В последнее время большие усилия сосредотачиваются на производстве полимеров со сверхвысоким модулем. Ковалентные связи, присутствующие в этих полимерах, отвечают за их прочность . Тем не менее, синтетические полимеры обычно не демонстрируют соответствующего потенциального высокого модуля. Высокий модуль и прочность могут быть результатом структурного совершенства, такого как прямые, прекрасно выстроенные, стабильные и плотно упакованные цепи. Обычно присутствует сочетание расширенных цепей и высокой кристаллической ориентации .

Хорошо известно, что самые высокие значения модуля упругости, о которых сообщается для линейных полимеров, обычно намного меньше расчетных теоретических значений . Накамае и его коллеги 3 измерили "теоретический" модуль упругости , который был определен на основе наблюдения за зависящей от напряжения рентгеновской дифракцией в направлении полимерной цепи. Такое теоретическое значение модуля упругости сопоставляллось с окончательным модулем полимера. Большинство полимеров демонстрируют модули упругости при растяжении значительно ниже тех значений, которые имеются у их кристаллических решеток в направлении цепи . Только у ультра вытянутого полиэтилена с высокой молекулярной массой (UHMW PE ), изотактического полипропилена и кевлара модули, близкие к теоретическим значениям . Полиамидные волокна смогли достигать максимально только 1/20 своего теоретического значения.

В случае с полимерами с гибкой основной цепью, прочная и жесткая полимерная структура может быть получена за счет преобразования высоко ориентированных и расширенных конформаций цепей . В результате были получены значительно более высокие свойства упругости на разрыв, аналогичные свойствам ультра вытянутого полиэтилена с высокой молекулярной массой . Высокий модуль полиэтилена был получен за счет прядения из раствора (прядения геля) со сверх высокой степенью вытяжки. Закариадис и его коллектив успешно осуществляли вытяжку полиэтилена со сверхвысоким молекулярным весом более 200 раз и получили почти теоретическое значение модуля при такой степени вытяжки. Кристаллическая морфология полиэтилена со сверхвысокой молекулярной массой, получаемого из раствора (UHMWPE ), была деформирована втонковолокнистые структуры при значениях степени вытяжки, превышающих 200. Такая высокая степень вытяжки образуется за счет меньшего числа переплетений цепи и между- и межпластиновных связующих молекул в такой более упорядоченной морфологии кристаллов со сложными цепями и повторным входом . Высокоэффективные полиэтиленовые волокна в настоящее время производятся в промышленном масштабе с использованием метода гелепрядения компанией DSM High Performance Fibers из Нидерландов, совместным предприятием Toyobo / DSM в Японии, а также компанией Honeywell (ранее Allied Signal или Allied Fibers ) из США. Прочность Spectra 1000 достигает значения модуля Юнга 124 ГПа и прочности на разрыв 3.51 ГПа. По сообщению Афшари и Ли, была проведена большая работа для повышения термической стабильности этих волокон.

Компания Du Pont de Nemours в настоящее время разрабатывает товарные волокна и пряжи из M 5. Очень интересный мономер , 2,5-дигидрокситерефталевая кислота, используется для производства поли-2,6-диимидозопиридинилен-1,4-(2,5-дигидрокси)фенилена (PIPD ). Уникальной чертой этих полимеров является то, что две гидроксильные группы (на терефталевой кислоте) могут образовывать межмолекулярные связи и, следовательно, фибриллирование, которое часто является проблемой для арамидных волокон, здесь практически исключается . В результате, у волокон M 5 самый высокий предел прочности при сжатии среди всех синтетических волокон, Исследовательская оценка ультрафиолетовой стабильности М5 показала наличие превосходных эксплуатационных характеристик в этой области. Механические свойства этого нового волокна делают его конкурентоспособным по отношению к углеволокну при изготовлении многих применений, имеющих легкие, тонкие, выдерживающие нагрузку, жесткие, современные композитные компоненты и структуры . Огромные усилия были предприняты для разработки сверхпрочного кевлара, и, в последнее время, волокон PBO . Не так давно компания DuPont de Nemours объявила о планах расширения производства кевларовых полимеров на своем предприятии в Спруансе на 25% к 2010 г. для того, чтобы быть в состоянии удовлетворить растущий спрос. Благодаря своей высокой прочности на разрыв,высокому рассеянию энергии, низкой плотности и снижению веса, а также удобству кевлар используется при производстве пуленепробиваемых жилетов, шлемов, средств защиты собственности , панелей, средств защиты автомобилей и стратегического защитного экранирования для защиты человеческой жизни.

Волокна PBO были запущены в промышленное производство компанией Toyobo Co . в 1998 г. под торговым названием Zylon после почти 20 лет исследований в Соединенных Штатах и Японии . Волокна РВО обладают выдающими свойствами в области модуля упругости при растяжении (352 ГПа) и прочности на разрыв (5.6 ГПа) по сравнению с другими имеющимися на рынке высокоэффективными волокнами. Их удельная прочность и удельный модуль в 9 и 9.4 раз выше чем у стали . 6,7 К сожалению для PBO , высоким эксплуатационным характеристикам сопутствуют и существенные проблемы. Хорошо известна плохая устойчивость РВО к воздействию ультрафиолетовых лучей и видимого излучения. У РВО также отсутствует осевая прочность при сжатии . Прочность волокна РВО на разрыв также снижается в высокотемпературных и влажных средах . Немалые усилия были приложены для того, чтобы осуществить химическое изменение волокна РВО для повышения осевой прочности при сжатии .

И волокно кевлар, и волокно РВО рассмотрены Афшари и его коллегами в этой статье. Прочие высокоэффективные продукты, такие как волокна Vectran или PVA (Kurray ) здесь рассматриваться не будут. Мы надеемся собрать данные для другой работы о специальных синтетических волокнах в ближайшем будущем .

Эластичные волокна

Обзор эластичных волокон в данной статье представлен работой профессора Ху и его коллег из Гонконгского Политехнического университета .

Целый ряд компаний производит множество эластичных волокон, которые обладают эластичностью и способностью к восстановлению . Их можно получать с помощью прядения полимеров со специальной молекулярной структурой или модифицированных полимеров. В том, что касается упругого удлинения, эластичные волокна можно классифицировать как высокоэластичные волокна (удлинение 400-800%), среднеэластичные волокна (150-390%), низкоэластичные волокна (20-150%), и микроэластичные волокна с упругим удлинением менее 20%.

Традиционные эластичные волокна, такие как спандекс или лайкра, это хорошо известные сегментированные полиуретановые волокна, которые производятся промышленно с использованием технологии сухого прядения. Тем не менее, были разработаны многие новые эластичные продукты, включая высоко гигроскопичный и высвобождающий влагу спандекс (компания AsahiKasei ) или очень мягкий спандекс. И это лишь несколько примеров.

Еще одним интересным продуктом, который может термоотверждаться с волокнами РЕТ, является легко отверждаемый спандекс. У полиэфирного спандекса плохая термическая стабильность, поэтому его нельзя переплетать с полиэфирным волокном . В компании Asahi Kasei разработали низкотемпературный отверждаемый спандекс, который называется Roica BX , и обладает не только хорошим отверждением, но также может переплетаться с полиэфирным волокном и отверждаться при высокой температуре .

Еще одной инновацией является волокно со скрытой извитостью. В компании Du Pont de Nemours (Уилмингтон, Делавэр ) приступили к изучению первой пряжи со скрытой извитостью (из полипропилена) еще в начале шестидесятых годов. Недавно на рынке приобрели популярность новые запущенные в промышленное производство продукты со скрытой извитостью компании Du Pont , полиэфир T -400 и найлон T -800. Компания Unitica (Хиого, Япония) также запустила в промышленное производство пряжи со скрытой извитостью, Z -10 и S -10. Кроме того, двухкомпонентное волокно из найлона и полиуретана под названием Sideria , разработанное компанией Kanebo (Япония), позволяет приспособить до нужной степени термическую обработку к самой скрытой извитости.

XLAT M представляет собой растягивающееся волокно на полиолефиновой основе, которое обладает природной устойчивостью к воздействию агрессивных химических веществ, высокой теплоты и ультрафиолетовых лучей, и обеспечивает преимущества в области эксплуатационных характеристик, сопоставимые с преимуществами существующих эластичных волокон . Эта очень новая и интересная технология разработана компанией Dow Chemical , и представлена здесь Кейси, нашим постоянным автором .

Включение волокна XLA в ткани раскрывает несравненные возможности для разработки удобной в обращении и износостойкой одежды с улучшенной способностью сохранять форму. В США мы видим волокно Lastol , это новое родовое название для данного эластичного волокна на основе полиолефина . 10 " 13 В специальной микроструктуре XLA сочетаются длинные и эластичные цепи с кристаллическими и ковалентными связями или перекрестными связями с формированием сложной сети . За счет использования собственной технологии Dow по сшиванию с помощью электронного луча осуществляется управление длиной цепи, и количеством кристаллитов для придания волокну XLA уникального эластичного профиля . Высокое растяжение достигается при низких уровнях усилия, что позволяет одежде без труда растягиваться и сгибаться, сохраняя при этом свою изначальную форму .

Другой технологией будущего являются волокна с запоминанием формы. Как отмечает профессор Ху: "Задачей на будущее является исследование двухсторонних многофункциональных и имеющих много стимулов полимеров с бионическим запоминанием формы, которые можно будет активировать с помощью тепла, влажности, химических веществ, магнетизма и электричества или с помощью оптического стимула, и которые будут иметь функции устойчивости к воздействию ультрафиолетового излучения, а также противобактериальные, антистатические и препятствующие образованию плесени; а также создание системной, обобщенной и интегрированной теории полимеров с запоминанием формы наряду с применением таких полимеров с запоминанием формы при производстве текстиля". Не далек тот день, когда все эти идеи будут воплощены в жизнь в наших лабораториях и на наших промышленных предприятиях .

Волокнистые материалы, изготовленные электропрядением

С помощью традиционных технологий прядения волокна, таких как мокрое прядение, сухое прядение, прядение из расплава и гелепрядение можно производить полимерные волокна с диаметрами до значений микрометрового диапазона . При уменьшения диаметра волокна с микрометров до нанометров можно получить очень большое отношение площади поверхности к объему. Эти уникальные свойства делают полимерные нановолокна идеальными кандидатами для использования во многих важных применениях . Полимерные волокна могут генерироваться из электростатически стимулируемой струи полимерного раствора или полимерного расплава (Рис. 1). Эта технология, известная как технология электропрядения, привлекала большое внимание в предыдущем десятилетии благодарятому, что она обеспечивала возможность повторяемого производств полимерного волокна с диаметром в диапазоне от 50 до 500 нм. 15 " 19 Благодаря небольшим размерам ячеек и большой площади поверхности, которые изначально присущи текстильным, материалам, изготовленным электропрядением, эти ткани являются многообещающими для производства защитной одежды для солдат (они позволят максимально повысить выживаемость, возобновляемость и боевую эффективность индивидуальных систем солдатской одежды для борьбы с экстремальными погодными условиями , и в условиях баллистической, ядерной, биологической и химической войны ).