Золотое руно полимеров

Химические волокнаХимические 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?

3. А. РОГОВИН

Доктор технических наук 3. А. РОГОВИН

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°).

мтилон

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.

нити мтилона

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

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>