полиакрилонитрильные волокна

ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛЬНЫЕ ВОЛОКНА (акриловые волокна, нитрон, акрилан, аиилана, вольприла, воннел, долан, дралон, зефран, кашмилон, куртель, орлон, торейлон, экслан и др.)

синтетич. волокна, получаемые из поли-акрилонитрила и сополимеров, содержащих более 85% по массе акрилонитрила. Иногда к П. в. относят и модакриловые волокна. П. в. текстильного назначения производят, как правило, из тройных сополимеров: акрилонитрил, сомоно-мер (6–12%), повышающий растворимость сополимера, эластичность и усадочность волокна (метилакрилат, метилметакрилат, винилацетат и др.), и сомономер (1–3%), придающий волокну сродство к определенной группе красителей (напр., аллилсульфонат и итаконовая кислота — к катионным красителям, винилпиридин — к кислотным). П. в. техн. назначения производят в осн. из двойных сополимеров (содержание акрилонитрила > 90%) или гомополимера.

Выпускают гл. обр. штапельные (резаные) П. в. или жгут. Нити составляют менее 1% от производства всех П. в.

Получение. В промышленности П. в. формуют из растворов по сухому или мокрому способу (см. формование химических волокон). В качестве растворителей в обоих способах формования используют ДМФА, для мокрого способа — также диметил-ацетамид, ДМСО и водные растворы этиленкарбоната (85%-ный), тиоцианата Na (51,5%-ный), ZnCl₂ (60%-ный), HNO₃ (65–70%-ные). Растворы получают либо растворением продуктов гетерог. полимеризации, либо в результате гомог. полимеризации акрилонитрила и сомономеров в растворе (см. полиакрилонитрил). Растворы фильтруют и дегазируют. При производстве П. в., предназначенных для получения углеродных волокон, растворы подвергают тонкой фильтрации с целью очистки от мех. примесей размером более 0,5 мкм.

При формовании П. в. по сухому способу используют растворы с концентрацией полимера 20–35% по массе. Нагретые до 100–130 °C растворы продавливают через отверстия фильеры в воздушную шахту прядильной машины, где образуются волокна в результате испарения растворителя из струек раствора. В шахте поддерживается температура 200–280 °C. Полностью удалить растворитель из П. в. в шахте не удается, и выходящие из нее волокна могут содержать до 12% по массе ДМФА. Их подвергают ориентац. вытягиванию в 5–8 раз и принимают на шпули или в контейнеры со скоростью 200–600 м/мин. Дальнейшая отделка П. в. проводится при меньших скоростях (до 150 м/мин) на др. машинах.

Отделочные операции включают отмывку от растворителя, сушку, тепловые обработки для регулирования и фиксации усадочности, заключающиеся в кратковрем. прогреве волокна при температурах выше температуры стеклования с регулируемым натяжением (или усадкой), а также обработку ПАВ для регулирования фрикц. свойств, уменьшения жесткости и электризуе-мости волокон.

При производстве штапельного П. в. нити со шпуль или из контейнеров объединяют в жгуты, линейная плотность которых составляет 50–120 ктекс. Дальнейшие обработки жгутов проводятся непрерывно на линиях, включающих последовательно расположенные машины и аппараты. Отделанные жгуты гофрируют для придания волокнам извитости, необходимой при текстильной переработке, укладывают в товарный контейнер (жгут) или режут на отрезки (шта-пельки) определенной длины (резаное волокно) и упаковывают.

При мокром способе формования П. в. используют растворы с концентрацией полимера 10–25% по массе. Раствор продавливают в виде струек через отверстия фильеры в осадительную ванну, представляющую смесь растворителя с осадителем полимера (как правило, с водой). В результате диффузионного массообмена между струйками раствора и осадительной ванной происходит изменение состава раствора, приводящее к осаждению полимера в виде гель-волокон. Сформованные волокна подвергают ориентац. вытягиванию и тем же обработкам, что и П. в., полученные по сухому способу.

Скорости формования (выхода из осадительной ванны) П. в. по мокрому способу значительно ниже, чем по сухому способу, и составляют 5–20 м/мин. Поэтому производство П. в. по мокрому способу осуществляется непрерывно на линиях, включающих весь набор машин и аппаратов, необходимых для формования и отделки П. в., т. е. от прядильной машины до гофрировочных и резательных. Скорость выпуска готового волокна с линий составляет 40–120 м/мин.

Специфич. особенность свежесформованных П. в., полученных по мокрому способу,-большая пористость (50–60% объема) и развитая внутр. поверхность гель-волокон. Это создает возможность быстрого (в течение секунд) и равномерного крашения (т. наз. крашения "в геле" — см. крашение волокон), отбеливания, введения внутрь волокна разл. модификаторов или др. добавок, напр. солей металлов для повышения электропроводности. В результате послед. сушки и удаления влаги поры закрываются (смыкаются стенки) и таким образом происходит фиксация введенного красителя, отбеливателя или др. модификаторов. Красители, матирующие агенты и отбеливатели можно также вводить и в прядильный раствор (крашение в массе) как при мокром, так и при сухом формовании. Обычно этот способ крашения используют для получения наиб. темных окрасок. Для крашения П. в., формуемых по мокрому способу, в темные тона все большее применение находит комбинир. крашение, при котором сочетается крашение в массе сравнительно дешевым пигментом (напр., техн. углеродом) для создания фона и окончат. крашение в гелеобразном состоянии со значительно меньшим расходом красителя. Наиб. широко для крашения П. в. и изделий из них используют катионные красители.

Технико-экономич. показатели производств лучше при выработке штапельных П. в. по мокрому способу формования. По этой причине и поскольку П. в. выпускают гл. обр. в виде жгутов и резаных волокон, доля П. в., получаемых по сухому способу формования, составляет менее 20%. Кроме того, достоинства мокрого способа — возможность крашения и модификации волокон "в геле".

Разнообразие вариантов способов получения, широкие возможности изменения составов сополимеров и физ. модификации определяют чрезвычайно большой ассортимент П. в. (ок. 250 торговых марок).

Свойства. Линейная плотн. 0,11–2,5 текс. Для П. в. текстильного назначения: прочность 25–34 сН/текс, относит. удлинение 25–40%, модуль деформации при растяжении 3–5 ГПа. Для П. в. техн. назначения; прочность 40–70 сН/текс, относит. удлинение 10–25%, модуль деформации при растяжении 5–15 ГПа. Прочность П. в. в мокром состоянии на 15–20% ниже прочности сухого волокна. Усадка П. в. в кипящей воде обычно ниже 5%, хотя выпускаются модификации П. в. с усадкой до 25%, предназначенные для получения, напр., объемной пряжи. П. в. термостойки до 150–160 °C, обладают высокой свето- и атмосферостойкостью, устойчивы к действию микроорганизмов, а также кислот и щелочей умеренной концентрации, многих орг. растворителей, в т. ч. применяемых в хим. чистке (CCl₄, бензин, ацетон, трихлор- и тетрахлорэтилен и др.). Разрушаются в феноле, м-крезоле, формалине.

Применение. Большую часть П. в. используют в чистом виде или смесях с шерстью для изготовления верх. трикотажа. При этом существенно, что деформационные (кривая нагрузка — удлинение) и теплозащитные свойства П. в. в большей степени, чем у др. хим. волокон, близки к шерсти. Кроме того, П. в. применяют при производстве искусств. меха и ковров, а в смесях с шерстью — одежных и драпировочных тканей. В технике ткани из П. в. используют для фильтрации горячих (до 150 °C) газов. В значительном и быстро увеличивающемся объеме П. в. техн. назначения применяют в качестве армирующих добавок при получении спец. бетонов, взамен асбеста при изготовлении волокнистоцементных кровельных плит, труб и т. п. материалов. Быстро развивается производство П. в., предназначенных для переработки в разл. виды углеродных волокон.

Мировое производство П. в. 2,1–2,2 млн. т/год (1985), в т. ч. в Зап. Европе ок. 800 тыс. т/год, в США 300 тыс. т/год, Японии 350 тыс. т/год, в СССР 96,9 тыс. т/год (1986).

Пром. производство П. в. впервые освоено в США (по сухому способу) в 1946.

^{Лит.: Пакшвер Э. А., в кн.: Карбоцепные синтетические волокна, под ред. К. E. Перепелкина, М., 1973; Энциклопедия полимеров, т. 2, М., 1974, с. 702–10; Циперман В. Л., Нестерова Л. П., Полиакрилонитрильные волокна (типы, свойства, области применения, производители), М., 1984 (Обзорная информация НИИТЭХИМ. Сер. Синтетические волокна).}

_{В. Д. Фихман}