Химические волокна… Один из самых интересных материалов сегодняшнего дня. Немного, видимо, найдется отраслей промышленности полимеров, которые находились бы в процессе такого интенсивного технического развития, такого многообещающего научного поиска. Вискозное и ацетатное волокно, капрон, нейлон, лавсан, нитрон, хлорин, винол — всего 15—20 лет назад мы не знали еще большинства этих названий. А попробуйте сегодня представить без этих волокон дальнейшее развитие текстильной промышленности или решение важных технических задач в авиации, автомобилестроении, в электротехнике и (Множестве других отраслей производства!
И все-таки, то, что -создано — лишь начало, «заявка» о себе нового полимерного материала. В прошлом году наша страна выработала больше 300 тысяч тонн различных химических волокон. Пройдет несколько лет, и счет этой продукции пойдет на миллионы. Но дело, конечно, не только в количественном росте.
Сегодня в научных лабораториях многих стран мира создаются новые типы полимеров и волокон на их основе, разрабатываются новые методы улучшения свойств этих материалов, новые, более совершенные и экономичные методы их производства. И нередко возникает вопрос: что же принципиально нового и практически важного можем мы ожидать в ближайшие годы в этой области?
Может быть, в крупном промышленном производстве будут постоянно появляться волокна совершенно новых типов? Или вырабатываемые сейчас в массовом количестве 10—12 основных видов этого материапа удовлетворят потребителя, и научно-технический прогресс пойдет в основном по пути улучшения СВОЙСТВ известных волокон и усовершенствования методов их производства?
Разные мнения высказываются по этому важнейшему вопросу, и я хотел бы изложить свою, конечно, не бесспорную точку зрения.
Нет никакого сомнения, что ближайшие годы принесут нам немало открытий и появятся новые волокна, в основном синтетические, с ценными техническими свойствами. Они не будут предназначены для массового выпуска, потому что сфера их применения — достаточно специальные области. В большинстве случаев их производство будет ограничено сотнями и даже десятками тонн в год. Но это будут драгоценные тонны, потому что каждую из них не заменят и сотни тонн других — массовых — химических волокон.
О каких же волокнах идет речь? В первую очередь — о термостойких, способных долгое время работать при повышенных или очень высоких температурах. Затем — о хемостойких, выдерживающих длительный контакт с наиболее агрессивными химическими средами: крепкими кислотами, щелочами и окислителями. И, наконец, речь идет, по-видимому, о волокнах, применяемых в одной из самых важных областей: медицине, в частности, в хирургии и аллопластике.
Техника день ото дня повышает требования к жаропрочности, термостойкости материалов. Два-три года назад мы не знали волокон и тканей, способных десятки и сотни часов работать при температуре 250—300°, не снижая при этом прочности и не разрушаясь. А сегодня нужны волокна для работы в еще более жестких условиях — пои температурах выше тысячи градусов.
И такие синтетические волокна уже создаются. Правда, «работают» они пока всего несколько минут. Но главное, что уже намечены пути решения этой сложной и очень важной технической задачи.
Поиски химиков, работающих в этой области, сосредоточены, как правило, на определенных классах синтетических полимеров, особенно гетероцепных. Макромолекулы этих веществ, содержащих ароматические кольца, отличаются жесткостью — это делает полимер термостойким. На основе именно таких полимеров американские ученые создали два года назад полиамидное волокно— НТ, температурная «выносливость» которого достигает 350—450 С.
Известны методы получения волокон, способных в течение непродолжительного времени выдерживать нагревание до 700—1000°. Их макромолекулы тоже имеют циклическую структуру. Но структура эта характерна не для исходного материала, она возникает в волокне при специальной обработке. Что это значит?
Возьмите, например, обычное полиакрилнитрильное волокно. Оно усаживается и теряет прочность уже при 150—180°. Но начните это волокно прогревать, медленно повышая температуру до 250—300°—и структура, а вместе с ней и свойства волокна постепенно изменятся. В макромолекуле материала образуются сопряженные циклические структуры, которые характерны для термостойких соединений. А само волокно приобретает черный цвет. Ткань из черного нитрона не горит вообще, она не разрушается даже в пламени газовой горелки (700—800°).

В лаборатории Московского текстильного института рождается новое волокно мтилон. Все начинается с колб и аппаратов, с расчетов, обсуждений и споров, с долгих часов наблюдений за ходом реакции…
Но у этого замечательного волокна, как, впрочем, и у большинства других термостойких полимеров, есть существенный недостаток — низкая прочность. Поэтому используют их пока только в качестве термоизоляционного материала. Что будет с ними завтра? По-видимому, добиться нужной прочности все-таки удастся — и даже в ближайшие годы. Для решения этой задачи есть разные пути. И один из наиболее интересных вариантов — получение волокон на основе элементоорганических или неорганических полимеров.
Среди важнейших представителей волокон специального назначения мы упомянули и хемостойкие волокна. Получить волокно, не меняющее свои свойства, и в частности прочность, при длительном контакте с концентрированной азотной или какой-нибудь другой сильной кислотой, далеко не простое дело. Большинство известных синтетических волокон (не говоря уже о природных и искусственных) разрушается или растворяется под действием этих агрессивных веществ в течение нескольких часов. Сейчас известен только один вид полимерных материалов, который поможет решить трудную задачу. Речь идет о фторсодержащих полимерах.
Вы, видимо, уже не раз слышали о волокнах, изготовленных из них. Это советский фторлон и американский тефлон. У фторлона перед тефлоном есть весьма ощутимое преимущество: прочность его в 3—4 раза выше.
Не несколько часов, а помногу месяцев и даже лет выдерживают ткани из этих волокон действие концентрированных кислот, практически не снижая прочности. Вполне естественно, что для определенной области применения один килограмм подобного материала не заменят и сто килограммов капрона или лавсана.
Так в общих чертах обстоит дело с созданием синтетических волокон, обладающих специфически ценными свойствами. Главная тенденция работ в этой области — поиски принципиально новых решений.
А можно ли сказать то же самое о завтрашнем дне волокон массового применения?
Несколько лет назад заставило говорить о себе спандекс-волокно, представляющее большой интерес для широкого потребителя. Главное его достоинство — очень большая эластичность. Спандекс-волокно можно растягивать как резину — в 5—6 раз. И, что очень важно, удлинение это полностью обратимо. Кроме всего, прочность этого синтетического волокна в несколько раз выше, чем у резины.
Спандекс-волокно сразу же начали использовать вместо резиновых нитей, в производстве бандажей, подвязок, купальных костюмов и прочих массовых изделий.
Нет слов, получение такого материала — успех крупный. И все же производство спандекс-волокна и других не менее интересных волокон, предназначенных для широкого пользования, никогда не достигнет не только сотен, но и многих десятков тысяч тонн в год. Так или иначе, сфера их применения заметно ограничена.
Таким образом, в ближайшие годы едва ли можно ожидать появления новых .химически« волокон массового применения. Основное направление научных исследований в этой области—значительное улучшение свойств уже известных видов. Таким, на мой взгляд, должен быть ответ на вопрос о будущем науки и промышленности химических волокон, поставленный в начале статьи.
А теперь о методах изменения свойств уже существующих материалов. Мы будем говорить о модификации структурной и химической.
Управлять структурой волокна можно двояко. Например, формование, или вытягивание волокна позволяет регулировать в ширен их пределах его механические свойства, особенно прочность и устойчивость к деформации, повторяющейся много раз. Изменяя условия формования или степень вытягивания, можно менять размеры и ориентацию отдельных элементов надмолекулярной структуры волокна, регулировать равномерность этой структуры. Это — один путь.
второй вариант структурной модификации — перестройка макроструктуры. Если изменить, .например, условия крутки нити, то изменятся свойства .не отдельного элементарного волокна, а всей крученой нити, состоящей из большого числа таких элементарных волокон. Именно таким способом было получено новое волокно «эластик». Своими эластичными свойствами оно обязано только новому способу кручения уже готовых волокон, а не химической обработке. Пока «эластик» делают только из капроновых нитей, но в ближайшие годы этот принцип будет, бесспорно, использован для модификации других типов химических волокон.
Получение «эластика» очень интересно еще в одном отношении. До самого последнего ‘времени «обязанности» между химической и текстильной ‘промышленностью делились следующим образом: химики предлагали новые волокна, а текстильщики должны были приспосабливать процесс переработки к специфическим свойствам этих волокон… Получение волокна эластик — первый, но, по-видимому, не последний пример, когда рациональное изменение одной из основных стадий переработки может резко изменить свойства нитей и, соответственно, качество получаемых изделий.
Но, пожалуй, самые большие возможности получения волокон с заданными свойствами открывает систематическое и последовательное использование принципа химической модификации.
Изменяя химический состав полимера, из которого формуется волокно, состав самого волокна или даже готового изделия, можно не только избавиться от недостатков, присущих тому или иному виду материала, но и придать ему целый комплекс новых ценных свойств. Вот несколько примеров, которые показывают как интересны работы в этой области.
Варьируя химический состав полимера в процессе его синтеза (это называется сополимеризацией) или при последующей обработке полученного волокна (синтез привитых сополимеров), удается значительно повысить гидрофильность некоторых синтетических волокон, например, полиэфирного и полиолефинового. Обычно же эти волокна почти не поглощают влагу, это, естественно, ухудшало гигиенические свойства изделий из них и ограничивало область их применения.
Народному хозяйству нужны, конечно, и гидрофобные— не поглощающие воду — волокна. Но у них есть свой недостаток — они очень плохо окрашиваются. Устранить его удалось тоже методом химической модификации. Больше того, оказалось возможным получить даже химически окрашенные волокна с исключительно высокой прочностью окраски.

Из густой клейкой массы вытягиваются тонкие нити… Им предстоит пройти нелегкие испытания, прежде чем исследователи скажут, что новое волокно можно выпускать из лаборатории.
Комбинируя различные типы сополимеров одного и того же полимера,— а эти сополимеры обладают различной температурой размягчения и соответственно различной усадкой при повышенных температурах,— можно получить совершенно новый ассортимент текстильных изделий, в первую очередь, трикотажных. Этот же метод позволяет ‘ПОВЫСИТЬ устойчивость искусственных целлюлозных волокон к действию микроорганизмов— ткани, сделанные из таких нитей, не гниют, Таким же способом были созданы различные типы негорючих и теплостойких волокон.
Химическая модификация, в отличие от структурной, заметно не повышает прочности волокон. Однако она улучшает многие другие свойства изделий — ткани становятся, например, немнущимися. Исследования, проведенные в последние месяцы у нас в лаборатории химических волокон Московского текстильного института, показали, что прививка к искусственному волокну некоторых винильных полимеров в пять — десять раз повышает их устойчивость к истиранию. Значит, появляется реальная возможность устранить один из основных недостатков этих дешевых и массовых типов химического волокна.
Одним из самых обещающих методов химической модификации является синтез привитых сополимеров, о котором упоминалось раньше. Синтез этого особого типа разветвленных полимеров происходит в результате своеобразной химической прививки к молекуле исходного полимера молекул другого полимера. Этот процесс происходит по реакции полимеризации или поликонденсации.
Метод «прививок» позволяет широко осуществить химическую модификацию не только синтетических, но и природных полимеров, особенно натуральных и искусственных волокон, для которых большинство других методов, в частности спополимеризация, непригодны.
Если процесс прививки вести в приемлемых для этого условиях — на специально приспособленной аппаратуре, в водной среде по точно разработанной технологической схеме и с учетом экономичности то, бесспорно, этот метод в самые ближайшие годы можно будет применить в промышленности для направленного изменения свойств не только волокон, но и готовых изделий из них.
Сейчас в опытном масштабе выпускается разработанное в нашей лаборатории волокно мтилон — привитой сополимер гидратцеллюлозы и полиакрилнитрила, т. е. модифицированное вискозное штапельное волокно.
Доктор технических наук З. А. РОГОВИН