Полиэфирные волокна

Полиэфирные волокна

Полиэфирные волокна представляют собой синтетические волокнистые материалы, образованные на основе полиэфиров — высокомолекулярных соединений, содержащих в основной цепи макромолекулы эфирные связи –СО–О–. Наиболее распространённым представителем этой группы является полиэтилентерефталат (ПЭТ), получаемый из терефталевой кислоты и этиленгликоля. Благодаря сочетанию высокой прочности, термостойкости и химической инертности полиэфирные волокна занимают одно из ведущих мест среди синтетических материалов, применяемых в текстильной, промышленной и технической сферах.

Основой полиэфирных волокон служат линейные полиэфиры, которые синтезируются методом полиэтерификации или поликонденсации. В промышленности процесс получения полиэтилентерефталата осуществляется двумя основными путями:

  1. Полиэтерификация диметилтерефталата этиленгликолем: [ (CH_3OOC–C_6H_4–COOCH_3) + 2HOCH_2CH_2OH HOCH_2CH_2OOC–C_6H_4–COOCH_2CH_2OH + 2CH_3OH] Далее полученный бис(β-гидроксиэтил)терефталат подвергают поликонденсации с выделением этиленгликоля: [ nHOCH_2CH_2OOC–C_6H_4–COOCH_2CH_2OH (–OCH_2CH_2OOC–C_6H_4–CO–)_n + nHOCH_2CH_2OH]

  2. Прямая поликонденсация терефталевой кислоты с этиленгликолем: [ nHOOC–C_6H_4–COOH + nHOCH_2CH_2OH (–OCH_2CH_2OOC–C_6H_4–CO–)_n + 2nH_2O]

Полученный полиэфир расплавляют, фильтруют, дегазируют и подают в прядильные фильеры, из которых экструдируются тонкие струи расплава, затвердевающие в виде непрерывных нитей.

Структура и свойства полиэфирных волокон

Макромолекулы полиэфиров обладают выраженной склонностью к ориентации и кристаллизации. После вытягивания при повышенной температуре волокна приобретают высокоупорядоченную структуру, характеризующуюся чередованием кристаллических и аморфных областей. Такая структура обуславливает совокупность ценных свойств:

  • Высокая прочность и упругость — обусловлены сильными межмолекулярными взаимодействиями и упорядоченностью макромолекул.
  • Термостойкость — температура плавления полиэтилентерефталата составляет около 250–260 °C, температура размягчения — 220–230 °C.
  • Малая гигроскопичность — волокна практически не впитывают влагу, что обеспечивает их размерную стабильность и быстрое высыхание.
  • Химическая устойчивость — полиэфиры стойки к воздействию кислот, масел и большинства растворителей, но подвержены гидролизу в щелочной среде при повышенных температурах.
  • Свето- и атмосферостойкость — полиэфирные волокна устойчивы к воздействию ультрафиолетового излучения и не разрушаются при длительном хранении.

Электрические свойства полиэфирных волокон характеризуются низкой электропроводностью, что вызывает накопление статического заряда. Для снижения электростатического эффекта применяются антистатические добавки или поверхностные аппреты.

Технологические особенности производства

Процесс получения полиэфирных волокон включает несколько стадий:

  1. Синтез и подготовка полимера. После поликонденсации ПЭТ охлаждается, гранулируется и сушится до остаточного содержания влаги менее 0,01 %.
  2. Плавление и формование. Гранулы полимера подаются в экструдер, расплав нагревается до 280 °C и продавливается через фильеру с большим числом капилляров.
  3. Охлаждение и вытягивание. Выходящие нити охлаждаются потоком воздуха, затем подвергаются многоступенчатому вытягиванию при 80–200 °C, что придаёт им прочность и ориентированность макромолекул.
  4. Термофиксация. Осуществляется при температуре около 180–200 °C для закрепления кристаллической структуры и снижения усадки.
  5. Финишная обработка. Волокна могут подвергаться текстурированию, окрашиванию и смешению с другими волокнами для придания специальных свойств.

Виды и модификации полиэфирных волокон

Существуют различные типы полиэфирных волокон, отличающиеся по химическому составу и назначению:

  • Терилен (Terylene) — британское название полиэтилентерефталатного волокна.
  • Дакрон (Dacron) и Тревира (Trevira) — коммерческие марки ПЭТ-волокон с высокой термостабильностью и механической прочностью.
  • Лавсан (советское обозначение ПЭТ) — используется как в чистом виде, так и в смесях с хлопком или шерстью.
  • Полибутилентерефталат (ПБТ) — отличается большей эластичностью и термопластичностью, применяется для трикотажа и технических тканей.
  • Сополимерные модификации ПЭТ — с введением изофталевой кислоты или диэтиленгликоля для получения низкоплавких и легкокрасимых волокон.

Применение полиэфирных волокон

Благодаря сочетанию механической прочности, устойчивости к износу и химической инертности полиэфирные волокна нашли широчайшее применение:

  • Текстильная промышленность: изготовление тканей для одежды, белья, костюмных и платьевых материалов, подкладок. Смеси лавсана с хлопком и шерстью улучшают износостойкость и уменьшают усадку изделий.
  • Технические материалы: производство ремней, кордных тканей для шин, фильтров, транспортерных лент и канатов.
  • Нетканые материалы: получение синтепона, геотекстиля, утеплителей, шумо- и виброизоляционных материалов.
  • Медицинские применения: шовные материалы, искусственные сосуды, фильтрующие мембраны.

Полиэфирные волокна легко поддаются термоформованию, что позволяет изготавливать изделия сложной формы, в том числе объёмные наполнители и волокнистые структуры.

Экологические и перерабатывающие аспекты

Современная петрохимическая промышленность уделяет особое внимание вопросам утилизации полиэфирных отходов. Полиэтилентерефталат способен к повторной переработке путём механического или химического рециклинга. При механическом способе отходы дробятся, очищаются и переплавляются для повторного формования. При химическом — полимер подвергается деполиконденсации до исходных мономеров (терефталевой кислоты и этиленгликоля), которые вновь используются в производстве.

Переработка ПЭТ уменьшает нагрузку на окружающую среду и снижает потребление сырой нефти, что делает полиэфирные волокна важным объектом в концепции устойчивого развития и циркулярной экономики.

Физико-химические характеристики (типичные значения для лавсана)

  • Плотность: 1,38 г/см³
  • Прочность при растяжении: 60–70 сН/текс
  • Удлинение при разрыве: 15–25 %
  • Модуль упругости: 600–800 МПа
  • Температура плавления: 255–260 °C
  • Влагопоглощение при 65 % влажности: 0,4 %
  • Усадка при нагревании до 150 °C: менее 2 %

Эти показатели определяют устойчивость полиэфирных волокон к механическим нагрузкам и внешним воздействиям, делая их одним из самых технологичных материалов современной петрохимии.

Оглавление