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°).

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.

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