|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Синтетичні волокна. Історія винаходу та виробництва
Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас Синтетичні волокна, Хімічні волокна - текстильні волокна, що одержуються з природних та синтетичних органічних полімерів, а також неорганічних сполук.
Протягом тисячоліть людство використовувало для потреб природні волокна рослинного (льон, бавовна, пенька) і тваринного (вовна, шовк) походження. Крім того, застосовувалися і мінеральні матеріали, наприклад, азбест. Тканини, вироблені з цих волокон, йшли виготовлення одягу, технічні потреби тощо. У зв'язку із зростанням населення Землі натуральних волокон стало не вистачати. Саме тому виникла потреба у їх замінниках. Першу спробу отримати штучним шляхом шовк зробив 1855 р. француз Одемар з урахуванням нітроцелюлози. У 1884 р. французький інженер Р. Шардоне розробив метод отримання штучного волокна - нітрошовку, і з 1890 р. було організовано широке виробництво штучного шовку нітратним способом із заснуванням ниток з допомогою фільєр. Особливо ефективним виявилося в 90-х роках XIX ст. виробництво шовку із віскози. Згодом цей спосіб набув найбільшого поширення, і нині віскозний шовк становить приблизно 85 % світового виробництва штучного волокна. У 1900 р. світове виробництво віскозного шовку становило 985 тонн, 1930 р. - близько 200 тис. тонн, а 1950 р. виробництво віскозного шовку досягло майже 1600 тис. тонн. У 1920-х роках було освоєно виробництво ацетатного шовку (з ацетилцелюлози). На вигляд ацетатний шовк майже не відрізняється від натурального. Він малогігроскопічний і, на відміну від віскозного шовку, не меніться. Ацетатний шовк широко застосовується у електротехніці як ізоляційний матеріал. Пізніше було відкрито спосіб отримання ацетатного волокна надзвичайно великої міцності (шнур перетином 1 см2 витримує навантаження 10 тонн). За підсумками успіхів хімії протягом XX в. в СРСР, Англії, Франції, Італії, США, Японії та інших країнах було створено потужну промисловість штучного волокна. Напередодні Першої світової війни у всьому світі вироблялося лише 11 тис. тонн штучного волокна, а через 25 років виробництво штучного волокна відтіснило виробництво натурального шовку. Якщо 1927 р. виробництво віскозного і ацетатного шовку становило близько 60 тис. тонн, то 1956 р. світова продукція штучних - віскозних і ацетатних - волокон перевищила 2 млн тонн. Різниця між натуральним, штучним та синтетичним волокнами полягає в наступному. Природне (натуральне) волокно повністю створене самою природою, штучне волокно зроблено руками людини, а синтетичне – створено людиною на хімічних заводах. При синтезі синтетичних волокон з більш простих речовин одержують складніші високомолекулярні сполуки, тоді як штучні матеріали утворюються за рахунок руйнування значно складніших молекул (наприклад, молекул клітковини при отриманні метилового спирту шляхом сухої перегонки деревини). У 1935 р. американським хіміком У. Карозерсом відкрили нейлон - перше синтетичне волокно. Карозерс спочатку працював бухгалтером, але пізніше зацікавився хімією та вступив до Іллінойського університету. Вже на третьому курсі йому доручили читати лекції з хімії. У 1926 році Гарвардський університет обирає його професором органічної хімії. У 1928 р. у долі Карозерса відбувся різкий поворот. Найбільший хімічний концерн Дюпон де Немур запросив його очолити лабораторію органічної хімії. Йому створили ідеальні умови: великий штат співробітників, найсучасніше обладнання, свободу у виборі тематики досліджень. Це було пов'язано з тим, що за рік до цього концерн прийняв стратегію на теоретичні дослідження, вважаючи, що вони, зрештою, принесуть значну практичну користь, а отже, і прибуток. Так і сталося. Лабораторія Карозерса, досліджуючи полімеризацію мономерів, після трьох років наполегливої роботи досягає видатного успіху - отримує полімер хлоропрену. На основі його в 1934 р. концерн "Дюпон" розпочав промислове виробництво одного з перших видів синтетичного каучуку - поліхлоропрену (неопрену), за своїми якостями здатного з успіхом замінити дефіцитний натуральний каучук. Однак головною метою своїх досліджень Карозерс вважав отримання такої синтетичної речовини, яку можна було б перетворювати на волокно. Використовуючи метод полікомпенсації, яким він займався ще в Гарвардському університеті, Карозерс у 1930 р. отримав у результаті взаємодії етиленгліколю та себацинової кислоти поліефір, який, як з'ясувалося пізніше, легко витягувався у волокно. Це було вже величезним досягненням. Однак практичного застосування ця речовина не могла мати, тому що легко розм'якшується від гарячої води. Подальші численні спроби отримати комерційне синтетичне волокно виявилися безуспішними, і Карозерс вирішив припинити роботу у цьому напрямі. Керівництво концерну погодилося закрити програму. Проте завідувач хімічного відділу чинив опір такому результату справи. Насилу він переконав Карозерса продовжити дослідження. Наново обмірковуючи результати своєї роботи у пошуках нових шляхів її продовження, Карозерс звернув увагу на недавно синтезовані полімери, що містять у молекулі амідні групи – поліаміди. Цей вибір виявився виключно плідним. Досліди показали, що деякі поліамідні смоли, протиснуті через фільєру, виготовлену з тонкого медичного шприца, утворюють нитки, з яких можна виготовляти волокно. Застосування нових смол здавалося дуже перспективним. Після нових експериментів Карозерс та його помічники 28 лютого 1935 р. отримали поліамід, з якого можна було виробляти міцне, пружне, еластичне водостійке волокно. Ця смола, виділена в результаті реакції гексаметилендіаміну з адипінової кислотою, з подальшим нагріванням у вакуумі отриманої солі (АГ), була названа "полімер 66", так як вихідні продукти містили по 6 атомів вуглецю. Оскільки над створенням цього полімеру працювали одночасно в Нью-Йорку та Лондоні, то волокно з нього отримало назву "нейлон" - за початковими літерами цих міст. Фахівцітекстильники визнали його придатним для комерційного виробництва пряжі. Протягом двох наступних років вчені та інженери "Дюпона" розробляли в лабораторних умовах технологічні процеси виробництва проміжних продуктів полімеру та нейлонової пряжі та конструювали дослідно-заводську хімічну установку. 16 лютого 1937 р. нейлон було запатентовано. Після багатьох дослідних циклів у квітні 1937 р. було отримано волокно для експериментальної партії панчіх. У липні 1938 р. було завершено будівництво дослідного підприємства. 29 квітня 1937 р., через три дні після того, як Карозерсу виповнився 41 рік, він пішов із життя, прийнявши ціаністий калій. Видатного дослідника переслідувала нав'язлива ідея, що він не відбувся як учений. Розробка нейлону коштувала 6 млн. доларів, дорожче, ніж будь-який інший продукт громадського користування. (Для порівняння: на розробку телебачення США витратили 2,5 млн. доларів.) Зовні нейлон нагадує натуральний шовк і наближається до нього за хімічною будовою. Однак за своєю механічною міцністю нейлонове волокно перевершує віскозний шовк приблизно втричі, а натуральний – майже вдвічі. Компанія "Дюпон" тривалий час суворо оберігала секрет виробничого процесу нейлону. І навіть сама виготовляла потрібне для цього обладнання. Як співробітники, так і оптові продавці товару обов'язково давали підписку про нерозголошення інформації щодо "нейлонових секретів". Першим комерційним виробом, що надійшли ринку, стали зубні щітки з нейлонової щетиною. Їх випуск розпочався 1938 року. Нейлонові панчохи були продемонстровані у жовтні 1939 р., а з початку 1940-го в м. Вілмінгтон стало вироблятися нейлонове волокно, яке трикотажні фабрики купували для виготовлення панчіх. Завдяки взаємній домовленості торгових фірм панчохи виробників, що конкурують між собою, з'явилися на ринку в один день: 15 травня 1940 року. Масове виробництво виробів із нейлону почалося лише після Другої світової війни, у 1946 році. І хоча з того часу з'явилися багато інших поліамідів (капрон, перлон та ін), нейлон все ще широко застосовується в текстильній промисловості. Якщо 1939 р. світове виробництво нейлону становило лише 180 тонн, то 1953 р. воно досягло 110 тис. тонн. З нейлонової пластмаси у 50-ті роки минулого століття виготовляли суднові лопатеві гвинти для суден малого та середнього тоннажу. У 40-50-ті роки XX ст. з'явилися інші синтетичні поліамідні волокна. Так було в СРСР найбільш поширений капрон. Як вихідна сировина для його виробництва використовується дешевий фенол, що виробляється з кам'яновугільної смоли. З 1 т фенолу можна отримати близько 0,5 т смоли, та якщо з неї виготовити капрон у кількості, достатньому виготовлення 20-25 тис. пар панчіх. Капрон отримують з продуктів переробки нафти. У 1953 р. вперше у світі в СРСР у дослідно-промисловому масштабі була здійснена реакція полімеризації між етиленом і чотирихлористим вуглецем і отримано вихідний продукт для промислового виробництва волокна енант. Схема його виробництва було розроблено колективом вчених під керівництвом А. Н. Несмеянова. За основними фізикомеханічними властивостями енант не тільки не поступався іншим відомим поліамідним волокнам, а й багато в чому перевершував капрон і нейлон. У 50-60-ті роки. минулого століття розпочалося виробництво поліефірних, поліакрилонітрильних синтетичних волокон. Поліефірні волокна формуються з розплаву поліетилентерефталату. Вони мають чудову термостійкість, зберігаючи 50 % міцності при температурі 180 °C, вогнестійкі та атмосферостійкі. Стійкі до дії розчинників та шкідників: молі, плісняви тощо. Нитка з поліефірних волокон використовується для виготовлення транспортерних стрічок, приводних ременів, канатів, вітрил, рибальських мереж, шлангів, як основа для шин. Моноволокно застосовується для сітки для папероробних машин, струн для ракеток. У текстильній промисловості нитка з поліефірних волокон йде виготовлення трикотажу, тканин тощо. До поліефірних волокон належить лавсан. Поліакрилонітрильні волокна за своїми властивостями близькі до вовни. Вони стійкі до дії кислот, лугів, розчинників. Їх застосовують виготовлення верхнього трикотажу, килимів, тканин для костюмів. У суміші з бавовною та віскозним волокном поліакрилонітрильні волокна використовують для виготовлення білизни, гардин, брезентів. У СРСР ці волокна випускалися під торговою назвою нітрон. Багато синтетичних волокон отримують шляхом продавлювання розплаву або розчину полімеру через фільєри діаметром від 50 до 500 мікрометрів в камеру з холодним повітрям, де відбувається затвердіння і перетворення струменів на волокно. Нитка, що безперервно утворюється, намотують на бобіну. Затвердіння ацетатних волокон відбувається серед гарячого повітря для випаровування розчинника, а затвердіння віскозних волокон - в осадових ваннах зі спеціальними рідкими реагентами. Витяжка волокон на бобінах при формуванні застосовується для того, щоб полімерні ланцюгові молекули прийняли більш чіткий порядок. На властивості волокон впливають різними методами: зміною швидкості видавлювання, складу та концентрації речовин у ванні, змінюючи температуру прядильного розчину, ванни чи повітряної камери, варіюючи розміри отвору фільєр. Важливою характеристикою властивостей міцності волокна є розривна довжина, при якій волокно розривається під дією власної тяжкості. У природного бавовняного волокна вона змінюється від 5 до 10 км, ацетатного шовку – від 12 до 14, натурального – від 30 до 35, віскозного волокна – до 50 км. Волокна з поліефірів та поліамідів мають велику міцність. Так у нейлону розривна довжина сягає 80 км. Синтетичні волокна потіснили натуральні у багатьох областях. Загальний обсяг їхнього виробництва практично зрівнявся. Автор: Пристінський В.Л.
▪ Вініл
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Рослини відчувають і реагують на температуру коріння ▪ Робот для покращення врожаю чорниці ▪ Мініатюрні прецизійні АЦП MAX11259 та MAX11261 ▪ Мініатюрний модуль для прийому цифрового радіомовлення
▪ Розділ сайту Нормативна документація з охорони праці. Добірка статей ▪ статтю Щуку кинули у річку. Крилатий вислів ▪ стаття Іван-чай. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Розширювачі імпульсів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Секрет мильних бульбашок. Фізичний експеримент
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page