Лучевые методы обработки

Применение химических волокон  в текстильной промышленности также высокоэффективно, так как позволяет сократить число производственных операций и прежде всего такой важной, как операция прядильного производства.

Химические волокна широко используют для технических целей. Для бытовых целей из-за низкой гигроскопичности и воздухопроницаемости, способности накапливать статическое электричество химические волокна используют не в чистом виде, а в смеси с натуральными волокнами.

Характеризуя качество волокон, обычно подразумевают комплекс показателей, определяющих потребительскую и эксплуатационную ценность получаемых изделий. При изготовлении товаров народного потребления и технических изделий необходимо учитывать и эстетические требования, предъявляемые к ним.

Основными показателями, характеризующими качество волокна, являются: прочность на разрыв, удлинение в сухом и мокром состояниях, эластичность, гигроскопичность, устойчивость к деформации и истиранию, удельный вес, стойкость к действию высоких и низких температур, света, атмосферных явлений, химическая стойкость и т. д. При оценке качества волокон, применяемых для изготовления изделий народного потребления, определяются дополнительно такие показатели, как сминаемость, равномерность окрашивания, устойчивость к стирке и химической чистке.

Главным техническим свойством  химических волокон является прочность на разрыв, которая характеризуется разрывной длиной (в разрывных километрах — ркм), при которой волокно разрывается под действием собственной тяжести. Например, прочность шерсти — 12, хлопка — 35, капрона и нейлона — до 72, вискозы — около 40, полиэфирного волокна — до 60 ркм.

Удлинение — один из существенных показателей, определяющих условия переработки волокна и эксплуатационную ценность получаемых изделий. Разрывное удлинение представляет собой величину, показывающую, насколько возросла длина волокна (%) к исходной длине в момент разрыва.

Гигроскопичность имеет большое значение как для технических изделий, так и для товаров широкого народного потребления.

Искусственные волокна на основе целлюлозы (вискоза, ацетатные волокна) до 1970 г. являлись основным видом химических волокон, производимых мировой промышленностью.

Растительный источник сырья (древесина), большое количество отходов  производства снижают экономическую эффективность искусственных волокон по сравнению с синтетическими. Вот почему доля искусственных волокон в мировом производстве падает. В настоящее время в большинстве развитых стран мира доля искусственных волокон составляет около 1/3 мирового производства всех видов химических волокон, а 2/3 — синтетические волокна.

Основным видом искусственного волокна является вискоза, имеющая  широко доступную сырьевую базу. Она  получается обработкой целлюлозы раствором  едкого натра с последующим взаимодействием полученной алкалицеллюлозы с сероуглеродом. Образовавшаяся соль затем растворяется в разбавленном растворе щелочи, затем созревает в течение 1 — 2 сут. После созревания полученная вискоза передается на формование мокрым способом в осадительной ванне (смесь разбавленной серной кислоты и растворов ее солей).

Вискозное волокно обладает целым рядом ценных физико-химических свойств: устойчивостью к действию органических растворителей, термостойкостью, прочностью, хорошей окрашиваемостью обычными красителями. Вискозе можно придавать свойство несминаемости; теплостойкость вискозных волокон выше, чем хлопковых.

К недостаткам вискозы  относятся: пониженная прочность волокна во влажном состоянии, сминаемость, подверженность гниению, невысокая стойкость к воздействиям атмосферных условий. Вискоза применяется для изготовления бельевых, трикотажных и подкладочных тканей, шинного корда и т. д.

В настоящее время широкое  развитие получили волокна на основе ацетилцеллюлозы: диацетатное и триацетатное. Исходным сырьем для их производства служит ацетилцеллюлоза, получаемая действием уксусного ангидрида на целлюлозу. Простой способ получения, меньший расход сырья и материалов и малостадийное производство позволяют непрерывно увеличивать выпуск триацетатного волокна. Формование ацетатных волокон проводится сухим способом и отличается хорошими технико-экономическими показателями. Ацетатные волокна широко применяются для изготовления изделий широкого потребления.

Синтетические волокна, полученные на основе реакций полимеризации и поликонденсации из химического сырья, являются ведущим видом химических волокон. Независимость сырьевой базы от природных и климатических условий, высокий уровень технологии и производительности труда, минимальные отходы производства, возможность автоматизации производства в сочетании с ценными прочностными, тепловыми, эстетическими свойствами делают синтетические волокна важнейшим видом химической продукции.

Главными видами синтетических волокон на основе поликонденсации являются полиамидные и полиэфирные волокна, которые обладают целым рядом ценных физико-химических и механических свойств, высокой прочностью в сухом и мокром состояниях (одни из самых прочных волокон), высокой эластичностью, химической и термической стойкостью, устойчивостью к истиранию (превосходят в 10 раз хлопок, в 20 раз шерсть и в 50 раз вискозное штапельное волокно), стойкостью к гниению и действию микроорганизмов, легко окрашиваются, стираются и очищаются.

Эти волокна широко применяются  в легкой, текстильной, трикотажной, обувной, химической, электротехнической промышленности, в авиа- и автомобилестроении, в строительстве. Особое значение имеет применение полиамидных волокон в виде корда для шин, сетей, канатов, фильтровальных тканей и электроизоляционных материалов.

Процесс производства синтетических волокон состоит из четырех стадий: получение мономера, получение полимера, формование волокна и его текстильная обработка.

Сырьем для производства полиамидных волокон служат бензол, циклогексан. На их основе синтезируют мономеры (аминокапроновая кислота для капрона, адипиновая кислота для нейлона), а затем реакцией поликонденсации получают полимер: .

Для полиамидных волокон  характерна высокая экономическая эффективность их применения в различных отраслях народного хозяйства (например, при производстве шинного корда и резинотканевых изделий). Так, капитальные вложения на 1 млн. км пробега новых автопокрышек с капроновым кордом составляют 57% по сравнению с хлопчатобумажным кордом и 70% по сравнению с вискозным кордом, а себестоимость 1 млн. км пробега новых покрышек с капроновым кордом составляет 57 % по сравнению с хлопчатобумажным и 77 % по сравнению с вискозным кордом.

Сырьем для производства полиэфирных волокон (лавсана) служит этиленгликоль и терефталевая кислота, получаемая окислением «-ксилола, извлекаемого из продуктов коксования каменного угля. Отличительные свойства полиэфирных волокон (несминаемость, прочность, высокая Эластичность, хорошая химическая и светоустойчивость, малая трудоемкость изготовления) определяют более высокие темпы роста мирового производства этих волокон по сравнению с остальными. Важный путь снижения себестоимости полиэфирных волокон состоит прежде всего в выборе дешевых и доступных источников сырья и в эффективном использовании сырья и материалов.

В последнее время освоено  производство новых поликонденсационных  волокон: полиуретановых, поли- мочевинных и др.

Главными видами синтетических  волокон на основе полимеризаций являются: полиолефины, полиакрилонитрильные, поливинилхлоридные, фторсодержащие,  поливинилспиртовые и др.

Наибольшую роль в народном хозяйстве играют волокна на основе полиакрилонитрила (нитрон) и полиолефинов (полиэтилен, полипропилен). Исходным сырьем для получения мономеров для синтеза этих волокон являются преимущественно этилен и ацетилен. Следовательно, производство полимеризационных волокон в отличие от поликонденсационных имеет более широкую, доступную и дешевую сырьевую базу на основе газо-, нефтедобывающей и перерабатывающей промышленности. Себестоимость сырья для производства полимеризационных волокон во много раз ниже, чем для поликонденсационных.

Полиакрилонитрильное волокно  но органолептическим свойствам  больше других химических волокон напоминает натуральный шелк, а в виде штапеля — высококачественную шерсть, которую превосходит по прочности и теплоизоляционным свойствам. Поэтому полиакрилонитрильное волокно применяется в основном как заменитель шерсти. Оно обладает достаточной прочностью (34 — 40 ркм), низкой гигроскопичностью (0,1%), в мокром состоянии сохраняет 95 — 98% прочности, эластично, термостойко (может использоваться продолжительное время при 200 °С), химически стойко, легко моется и очищается. По свето- и атмосфероустойчивости волокно нитрон превосходит все натуральные и химические волокна (кроме фторлона). Однако устойчивость к истиранию у полиакрилонитрильного волокна в 5 —10 раз ниже, чем у полиамидного и полиэфирного. Недостатками нитрона являются также его плохая окрашиваемость и повышенная хрупкость.

Производство полиакрилонитрильных волокон совершенствуется, но в связи с появлением волокон с лучшими свойствами (например, полиэфирные) в последние годы темпы роста производства нитрона снизились.

Полимеризационные волокна  находят широкое применение в технике для производства спецодежды, технических изделий, фильтровальных тканей, ковров, сетей, канатов и т. д.

              2.3  Каучуки и резина

Наряду с металлом, нефтью, газом и пластмассами каучук превращается в один из важнейших народнохозяйственных и стратегических видов промышленной продукции. Трудно назвать отрасль народного хозяйства, где бы не применялись изделия из каучука и резины. Около ²/₃ производимого каучука идет на изготовление шин. Крупнейшими потребителями шин являются авиация, автомобильный транспорт, сельскохозяйственное и дорожное машиностроение.

Технический прогресс в различных  отраслях народного хозяйства сопровождается непрерывным ростом потребления резинотехнических изделий. Транспортерные ленты, приводные ремни, муфты сцепления, резиновые валы, баки, трубопроводы, шланги, уплотнители — вот далеко не полный перечень резинотехнических изделий, без которых немыслима современная техника. Резиновые изделия широко применяются в электротехнической и кабельной промышленности; большое значение имеет каучук для изготовления дорожных и гидроизоляционных покрытий, герметиков, заливочных составов, паст, для изготовления обивки мебели, матрацев, сидений, в производстве клеев, красок и т. д.

В зависимости от происхождения каучук делится на натуральный и синтетический.

Первоначально каучуковые и резиновые изделия производились только из натурального каучука (млечного сока гевеи бразильской). Само название «каучук» происходит от индейских слов «као-учу» — «слезы дерева». Натуральный каучук был привезен европейцами из Латинской Америки. Уже в 1910 г. добыча натурального каучука составляла 97 тыс. т, в 1930 г. — 839 тыс. т, в 1965 г. — 2362 тыс. т. Перебои в снабжении натуральным каучуком, высокие цены на мировом рынке, с одной стороны, и все возрастающий спрос на изделия из каучука и резины — с другой, диктовали необходимость создания синтетического каучука.

Большое значение для создания синтетического каучука имели работы крупнейших русских ученых А. М. Бутлерова и И. JI. Кондакова, А. Е. Фаворского и Н. Д. Зелинского, но решающую роль сыграли исследования С. В. Лебедева, по методу которого 15 февраля 1931 г. в СССР был произведен первый в мире промышленный синтетический каучук.

Современный ассортимент  отечественной продукции насчитывает свыше 30 видов синтетического каучука, главными потребителями которого кроме шинной являются промышленности: резинотехнических изделий, искусственной кожи, строительных материалов, асботехнических изделий, а также кожевенно-обувная, кабельная и бумажная.

Модернизация и повышение  эффективности производства, внедрение прогрессивной технологии, комплексная механизация и автоматизация, поиски дешевых источников сырья, повышение качества изделий — вот основа увеличения выпуска резины и резиновых изделий, в которых главным компонентом является каучук.

Каучуки представляют собой  высокомолекулярные соединения, гибкие и длинные цепи макромолекул которых состоят из десятков тысяч и более атомов. В ненапряженном состоянии макромолекулы каучука находятся в свернутом состоянии, а при растяжении распрямляются, при снятии растягивающей нагрузки вновь самопроизвольно скручиваются. Этим объясняется высокая эластичность и способность каучука к большим обратимым деформациям.

Каучуки поступают на заводы резиновой промышленности в сухом виде — безводные твердые или жидкие каучуки, либо в виде водных эмульсий — латексов, содержащих около 30% каучука. Латексы могут применяться не только в производстве каучука, но и как конечный товарный продукт.

Основные технические  характеристики любых видов натурального и синтетического каучука включают их эксплуатационные свойства.

К эксплуатационным свойствам  каучука относятся механические: предел прочности при растяжении, износостойкость, комплекс характеристик эластичности (упругий отскок, относительные и остаточные удлинения), а также физические и химические свойства: тепло- и морозостойкость, свего-, озоно-, масло-, бензостойкость, газопроницаемость, стойкость к действию агрессивных сред, к старению, электрические свойства, удельный вес и т. д.

К технологическим свойствам  сырых каучуков относятся: их пластичность; способность к пластикации, смешиванию, дальнейшей переработке, вулканизации; усадка и т. д.

Натуральный каучук (НК) имеет в своей основе полимер изопрена — высокомолекулярный углеводород (С₅Н₈)„. Изделия из натурального каучука высокоэластичны, прочны на разрыв и истирание, температура их эксплуатации от — 68 до 4- 200 °С. К недостаткам можно отнести набухаемость в маслах и растворителях и легкую окисляемость каучука под действием солнечных лучей. Несмотря на достижения в области создания новых синтетических каучуков, натуральный каучук все еще сохраняет свое значение как один из наиболее высококачественных каучуков общего назначения.