Полиакрилонитрильные волокна

ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛЬНЫЕ ВОЛОКНА (акриловые волокна, нитрон, акрилан, аиилана, вольприла, воннел, долан, дралон, зефран, кашмилон, куртель, орлон, торей-лон, экслан и др.), синтетич. волокна, получаемые из поли-акрилонитрила и сополимеров, содержащих более 85% по массе акрилонитрила. Иногда к полиакрилонитрильным волокнам относят и модакрило-вые волокна. Полиакрилонитрильные волокна текстильного назначения производят, как правило, из тройных сополимеров: акрилонитрил, сомоно-мер (6-12%), повышающий р-римость 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 к-та-к катионным красителям, винилпиридин - к кислотным). Полиакрилонитрильные волокна техн. назначения производят в осн. из двойных сополимеров (содержание акрилонитрила > 90%) или гомополимера.

Выпускают гл. обр. штапельные (резаные) полиакрилонитрильные волокна или жгут. Нити составляют менее 1% от произ-ва всех полиакрилонитрильных волокон.

Получение. В пром-сти полиакрилонитрильные волокна формуют из р-ров по сухому или мокрому способу (см. Формование химических волокон). В качестве р-рителей в обоих способах формования используют ДМФА, для мокрого способа - также диметил-ацетамид, ДМСО и водные р-ры этиленкарбоната (85%-ный), тиоцианата Na (51,5%-ный), ZnCl₂ (60%-ный), HNO₃ (65-70%-ные). Р-ры получают либо растворением продуктов гетерог. полимеризации, либо в результате гомог. полимеризации акрилонитрила и сомономеров в р-ре (см. Поли-акрилонитрил). Р-ры фильтруют и дегазируют. При произ-ве полиакрилонитрильных волокон, предназначенных для получения углеродных волокон, р-ры подвергают тонкой фильтрации с целью очистки от мех. примесей размером более 0,5 мкм.

При формовании полиакрилонитрильных волоконо сухому способу используют р-ры с концентрацией полимера 20-35% по массе. Нагретые до 100-130⁰C р-ры продавливают через отверстия фильеры в воздушную шахту прядильной машины, где образуются волокна в результате испарения р-рителя из струек р-ра. В шахте поддерживается т-ра 200-280⁰C. Полностью удалить р-ритель из полиакрилонитрильных волокон 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 полиакрилонитрильных волокон проводится при меньших скоростях (до 150 м/мин) на др. машинах.

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

При произ-ве штапельного полиакрилонитрильного волокна нити со шпуль или из контейнеров объединяют в жгуты, линейная плотность к-рых 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 полиакрилонитрильных волокон используют р-ры с концентрацией полимера 10-25% по массе. Р-р продавливают в виде струек через отверстия фильеры в осадительную ванну, представляющую смесь р-рителя с осадителем полимера (как правило, с водой). В результате диффузионного массообмена между струйками р-ра и осадительной ванной происходит изменение состава р-ра, приводящее к осаждению полимера в виде гель-волокон. Сформованные волокна подвергают ориентац. вытягиванию и тем же обработкам, что и полиакрилонитрильные волокна, полученные по сухому способу.

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

Специфич. особенность свежесформованных полиакрилонитрильных волокон, полученных по мокрому способу,-большая пористость (50-60% объема) и развитая внутр. пов-сть 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 р-р (крашение в массе) как при мокром, так и при сухом формовании. Обычно этот способ крашения используют для получения наиб. темных окрасок. Для крашения полиакрилонитрильных волокон, формуемых по мокрому способу, в темные тона все большее применение находит комбинир. крашение, при к-ром 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 полиакрилонитрильных волокон и изделий из них используют катионные красители.

Технико-экономич. показатели произ-в лучше при выработке штапельных полиакрилонитрильных волоконпо мокрому способу формования. По этой причине и поскольку полиакрилонитрильные волокна выпускают гл. обр. в виде жгутов и резаных волокон, доля полиакрилонитрильных волокон, 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 полиакрилонитрильных волокон (ок. 250 торговых марок).

Свойства. Линейная плотн. 0,11-2,5 текс. Для полиакрилонитрильных волокон текстильного назначения: прочность 25-34 сН/текс, относит. удлинение 25-40%, модуль деформации при растяжении 3-5 ГПа. Для полиакрилонитрильных волокон техн. назначения; прочность 40-70 сН/текс, относит. удлинение 10-25%, модуль деформации при растяжении 5-15 ГПа. Прочность полиакрилонитрильных волокон в мокром состоянии на 15-20% ниже прочности сухого волокна. Усадка полиакрилонитрильных волокон в кипящей воде обычно ниже 5%, хотя выпускаются модификации полиакрилонитрильных волокон с усадкой до 25%, предназначенные для получения, напр., объемной пряжи. Полиакрилонитрильные волокна термостойки до 150-160⁰C, обладают высокой свето- и атмосферостойкостью, устойчивы к действию микроорганизмов, а также к-т и щелочей умеренной концентрации, многих орг. р-рителей, в т.ч. применяемых в хим. чистке (CCl₄, бензин, ацетон, трихлор- и тетрахлорэтилен и др.). Разрушаются в феноле, м-крезоле, формалине.

Применение. Большую часть полиакрилонитрильных волокон используют в чистом виде или смесях с шерстью для изготовления верх. трикотажа. При этом существенно, что деформационные (кривая нагрузка - удлинение) и теплозащитные св-ва полиакрилонитрильных волокон в большей степени, чем у др. хим. волокон, близки к шерсти. Кроме того, полиакрилонитрильные волокна применяют при произ-ве искусств. меха и ковров, а в смесях с шерстью - одежных и драпировочных тканей. В технике ткани из полиакрилонитрильных волокон используют для фильтрации горячих (до 150 ⁰C) газов. В значительном и быстро увеличивающемся объеме полиакрилонитрильных волокон 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 произ-во полиакрилонитрильных волокон, предназначенных для переработки в разл. виды углеродных волокон.

Мировое произ-во полиакрилонитрильных волокон 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. произ-во полиакрилонитрильных волокон впервые освоено в США (по сухому способу) в 1946.

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