Полимеры и волокна доклад

Обновлено: 18.05.2024

С 1931 года кроме бутадиенового каучука, синтетических полимеров еще не было, а для изготовления волокон использовались единственно известные тогда материалы на основе природного полимера — целлюлозы.

Революционные изменения наступили в начале 60-х годов, когда после объявления известной программы химизации народного хозяйства промышленность нашей страны начала осваивать производство волокон на основе поликапроамида, полиэфиров, полиэтилена, полиакрилонитрила, полипропилена и других полимеров.

В то время полимеры считали лишь дешевыми заменителями дефицитного природного сырья — хлопка, шелка, шерсти. Но вскоре пришло понимание того, что полимеры и волокна на их основе подчас лучше традиционно используемых природных материалов — они легче, прочнее, более жаростойки, способны работать в агрессивных средах. Поэтому все свои усилия химики и технологи направили на создание новых полимеров, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками, и методов их переработки. И достигли в этом деле результатов, порой превосходящих результаты аналогичной деятельности известных зарубежных фирм.

В начале 70-х за рубежом появились поражающие воображение своей прочностью волокна кевлар (США), несколько позже — тварон (Нидерланды), технора (Япония) и другие, изготовленные на основе поли-п-фенилентерефталамида и других аналогичных полимеров ароматического ряда, получивших собирательное название арамидов. На основе таких волокон были созданы различные композиционные материалы, которые стали успешно применять для изготовления ответственных деталей самолетов и ракет, а также шинного корда, бронежилетов, огнезащитной одежды, канатов, приводных ремней, транспортерных лент и множества других изделий.

Эти волокна широко рекламировались в мировой печати. Однако только узкому кругу специалистов известно, что в те же годы российские химики и технологи самостоятельно создали арамидное волокно терлон, не уступающее по своим свойствам зарубежным аналогам. А потом здесь же были разработаны методы получения волокон СВМ и армос, прочность которых превышает прочность кевлара в полтора раза, а удельная прочность (то есть прочность, отнесенная к единице веса) превосходит прочность высоколегированной стали в 10-13 раз! И если прочность стали на разрыв составляет 160-220 кг/мм2, то сейчас активно ведутся работы по созданию полимерного волокна с прочностью до 600 кг/мм2.

Другой класс полимеров, пригодных для получения высокопрочных волокон — жидкокристаллические ароматические полиэфиры, то есть полимеры, обладающие свойствами кристаллов в жидком состоянии. Волокнам на их основе свойственны не только достоинства арамидных волокон, но еще и высокая радиационная стойкость, а также устойчивость к воздействию неорганических кислот и различных органических растворителей. Это идеальный материал для армирования резины и создания высоконаполненных композитов; на его основе созданы образцы световодов, качество которых соответствует высшему мировому уровню. А ближайшая задача — создание так называемых молекулярных композитов, то есть композиционных материалов, в которых армирующими компонентами служат сами молекулы жидкокристаллических полимеров.

Молекулы обычных полимеров содержат, помимо углерода, еще и атомы других элементов — водорода, кислорода, азота. Но сейчас разработаны методы получения волокон, представляющих собой, по сути дела, чистый полимерный углерод. Такие волокна обладают рекордной прочностью (свыше 700 кг/мм2) и жесткостью, а также чрезвычайно малыми коэффициентами термического расширения, высокой стойкостью к износу и коррозии, к воздействию высоких температур и радиации. Это позволяет успешно использовать их для изготовления композиционных материалов — углепластиков, применяемых в самых ответственных конструкционных узлах скоростных самолетов, ракет и космических аппаратов.

Применение углепластика оказывается экономически весьма выгодным. На единицу веса изготовленного из него изделия нужно затратить в 3 раза меньше энергии, чем на изделие из стали, и в 20 раз меньше, чем из титана. Тонна углепластика может заменить 10-20 тонн высоколегированной стали. Турбина насоса, изготовленная из углепластика и пригодная для перекачки минеральных кислот при температурах до 150оС, оказывается вдвое дешевле и служит в шесть раз дольше. Уменьшается и трудоемкость изготовления деталей сложной конфигурации.

Многие свойства углекомпозитов можно изменять в широчайших пределах. Например, созданы материалы с коэффициентом трения, составляющим всего 0,06, — их можно использовать в подшипниках скольжения. Однако есть и материалы с коэффициентом трения до 0,7, а это значит, что из них можно делать тормозные колодки, не содержащие асбеста.

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Еще одно замечательное свойство материалов на основе углеродных волокон — их способность хорошо проводить электричество и тепло. Это позволяет делать на их основе сухие безынерционные электронагреватели в виде либо жестких пластин, либо мягких тканей. Они совершенно безопасны в пожарном отношении, так как тепловой поток равномерно распределяется по большой поверхности, и их можно использовать для обогревания помещений или сидений автомобилей и тракторов. Питаются такие нагревательные элементы либо постоянным током с напряжением от 6 до 18 В, либо переменным током с напряжением от 24 до 220 В.

Углеродные материалы имеют и медицинские области применения: живой организм их не отторгает. Поэтому если скрепить сломанную кость штифтом на основе углепластика, а поврежденное сухожилие заменить легкой и прочной углеродной лентой, то организм не воспримет этот материал как чужеродный. А углеродные материалы, обладающие высокой адсорбционной активностью, с успехом применяют в виде повязок, тампонов и дренажей при лечении открытых ран и ожогов — в том числе и химических. Сорбционные свойства специально приготовленного углеродного волокна в 2,5 раза выше сорбционных свойств активированного угля!

Природные полимеры — важнейший компонент химической организации живой природы. Однако без полимеров немыслима и жизнь современного индустриального общества, и повседневная жизнь человека.

Полимеры делятся на природные, искусственные и синтетические в зависимости от того, как они были получены.

Природные высокомолекулярные вещества были исторически первыми полимерами, которые человек использовал для своих хозяйственных и бытовых нужд. Шерстяные, шёлковые, льняные, хлопчатобумажные ткани изготавливали из соответствующих нитей и волокон, получаемых на основе природных белковых (шерсть, шёлк) или целлюлозных (лён, хлопок) волокон. Древесина до сих пор применяется как наиболее экологически чистый, экономичный и эстетичный материал в строительстве и отделке помещений, изготовлении мебели и предметов домашнего обихода.

Однако изделия и материалы на основе природных полимеров не лишены недостатков. Они легко повреждаются микроорганизмами, быстро стареют и изнашиваются, подвергаются гниению и порче.

Искусственные полимеры

Во второй половине XIX в. учёные задумались над тем, каким образом можно придать природным полимерам новые свойства, которыми они не обладают. Вскоре решение было найдено. Взятый за основу природный полимер обрабатывали химическими веществами. Например, при обработке волокон целлюлозы концентрированной азотной кислотой получают продукт нитрования, в котором гидроксильные группы (две или все три) в структурном звене (остатке глюкозы) замещены на нитрогруппы. Таким образом, происходит замена одной группы атомов на другую, а полимерная цепь при этом не затрагивается:

В результате этой реакции получались вещества, которые имеют широкое применение: ди- и тринитроцеллюлоза.

Изменение химического состава и структуры полимера придавало ему новые свойства. Такой процесс назвали модификацией полимера, а полученные высокомолекулярные соединения, в отличие от природных, получили название искусственных.

Пластмассы

В 1870 г. американский изобретатель Джон Хайатт добавил к динитрату целлюлозы камфору и получил блестящий материал молочно-белого цвета. Из этого вещества стали изготавливать бильярдные шары, заменившие дорогостоящие шары из слоновой кости (рис. 50). Новый материал получил название целлулоид и стал первой искусственной пластмассой.

Свойства пластмассы как материала можно задать заранее с помощью введения дополнительных компонентов: наполнителей, которые обеспечивают жёсткость пластмассы, красителей, которые придают ей необходимый цвет, пластификаторов, которые делают полимерный материал более эластичным и гибким.

Помимо бильярдных шаров, из целлулоида делали украшения, расчёски, рукоятки инструментов, канцелярские принадлежности, фотоплёнку и многое другое. Однако целлулоид пожароопасен, поэтому области его применения ограничены. Из него изготавливают красивую блестящую облицовку музыкальных инструментов и теннисные шарики.

Кроме того, на основе нитратов целлюлозы изготавливают клеи, лаки и эмали.

Тринитрат целлюлозы используют в качестве пороха для снаряжения патронов и называют пироксилином.

Волокна

Полимеры используют для получения не только пластмасс, но и волокон.

Природный полимерный углевод — целлюлоза имеет волокнистую структуру. Из содержимого коробочек созревшего хлопчатника изготавливают хлопчатобумажные ткани и медицинскую вату. Изделия лёгкой промышленности на основе хлопка гигиеничны и экологичны. Но они легко мнутся и намокают, недостаточно прочны.

Получается сложный эфир — триацетат целлюлозы, не имеющий волокнистой структуры. Поэтому его вытягивают в нити. Для этого была разработана специальная технология.

В раствор или расплав полимера добавляют красители, а также специальные добавки, повышающие эластичность волокна, его прочность и другие характеристики. Затем нагретую жидкость под давлением пропускают через специальные колпачки со множеством мельчайших отверстий — фильеры. Через отверстия просачивается тонкая струйка полимера, который обдувается нагретым воздухом. При этом растворитель, если он присутствовал, испаряется, струйки превращаются в волоконца, которые затем скручивают в нить.

Ткани из ацетатного шёлка красивы, прочны, легко окрашиваются, гигиеничны и недороги.

На основе целлюлозы получают ещё одно искусственное волокно — вискозу, которая обладает дополнительными экологическими и гигиеническими преимуществами по сравнению с ацетатным шёлком. Вискоза хорошо впитывает влагу, шелковистая и мягкая на ощупь, обладает воздухопроницаемостью и высокой интенсивностью цвета, не электризуется и, что немаловажно, стоит недорого.

Помимо волокон, на основе вискозы получают пластмассы и плёнки. Вы наверняка слышали название некогда распространённого упаковочного материала — целлофан. Эта вискозная плёнка широко использовалась для упаковки подарков, цветов, продуктов питания. Её главное достоинство — лёгкость разложения в природных условиях, что не приводит к загрязнению окружающей среды. Однако в настоящее время целлофан практически полностью вытеснен более дешёвыми полиэтиленом, полипропиленом, лавсаном. Эти полимеры относят к группе синтетических материалов, о которых пойдёт речь в следующем конспекте.

Полимеры: понятие, особенности, область применения. Определение и область применения волокон: общая классификация, состав. Распространение полимерных органических волокон, их полезные свойства, специфика производства, экономическая эффективность.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	06.05.2009
Размер файла	18,9 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Содержание

1. Полимеры: понятие, особенности, область применения

2. Волокно: понятие, классификация, состав

3. Полимерные органические волокна

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Наука о полимерах стала развиваться как самостоятельная область знания к началу Второй мировой войны и сформировалась как единое целое в 50-х гг. XX столетия, когда была осознана роль полимеров в развитии технического прогресса и жизнедеятельности биологических объектов. Она тесно связана с физикой, физической, коллоидной и органической химией и может рассматриваться как одна из базовых основ современной молекулярной биологии, объектами изучения которой являются биополимеры.

Полимеры и волокна на их основе подчас лучше традиционно используемых природных материалов - они легче, прочнее, более жаростойки, способны работать в агрессивных средах. Поэтому все свои усилия химики и технологи направляют на создание новых полимеров, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками, и методов их переработки.

1. Полимеры: понятие, особенности, область применения

Полимер - высокомолекулярное соединение, вещество с большой молекулярной массой (от нескольких тысяч до нескольких миллионов), состоит из большого числа повторяющихся одинаковых или различных по строению атомных группировок - составных звеньев, соединенных между собой химическими или координационными связями в длинные линейные (например целлюлоза) или разветвленные (например амилопектин) цепи, а также пространственные трёхмерные структуры.

Часто в его строении можно выделить мономер - повторяющийся структурный фрагмент, включающий несколько атомов. Полимеры состоят из большого числа повторяющихся группировок (звеньев) одинакового строения, называют например поливинилхлорид (--СН2--СНСl--)_n, каучук натуральный и др. Высокомолекулярные соединения, молекулы которых содержат несколько типов повторяющихся группировок, называют сополимерами.

Полимер образуется из мономеров в результате реакций полимеризации или поликонденсации. К полимерам относятся многочисленные природные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, каучук и другие органические вещества. В большинстве случаев понятие относят к органическим соединениям, однако существует и множество неорганических полимеров. Большое число полимеров получают синтетическим путём на основе простейших соединений элементов природного происхождения путём реакций полимеризации, поликонденсации и химических превращений. Названия полимеров образуются из названия мономера с приставкой поли-: полиэтилен, полипропилен, поливинилацетат.

Особые механические свойства:

· эластичность - способность к высоким обратимым деформациям при относительно небольшой нагрузке (каучуки);

· малая хрупкость стеклообразных и кристаллических полимеров (пластмассы, органическое стекло);

· способность макромолекул к ориентации под действием направленного механического поля (используется при изготовлении волокон и плёнок).

Особенности растворов полимеров:

· высокая вязкость раствора при малой концентрации полимера;

· растворение полимера происходит через стадию набухания.

Особые химические свойства:

· способность резко изменять свои физико-механические свойства под действием малых количеств реагента (вулканизация каучука, дубление кож и т. п.).

Особые свойства полимеров объясняются не только большой молекулярной массой, но и тем, что макромолекулы имеют цепное строение и обладают уникальным для неживой природы свойством - гибкостью.

Довольно часто общую формулу полимеров можно записать в виде

где фрагмент -Х- называется элементарное звено, а число n -степень полимеризации. Это число для разных полимеров может изменяться в широком диапазоне, от сотен до десятков тысяч. В отличие от низкомолекулярных веществ, разные молекулы одного и того же полимера могут иметь разное значение n и разную молекулярную массу, поэтому для характеристики полимера используют понятия средней степени полимеризации и средней молекулярной массы.

Полимеры могут иметь регулярное и нерегулярное строение. Если все элементарные звенья в молекуле характеризуются одинаковым пространственным расположением атомов (например, в натуральном каучуке), то говорят о регулярном строении, в противном случае - о нерегулярном. Полимеры с регулярным строением имеют особо ценные физико-химические и механические свойства.

Благодаря ценным свойствам полимеры применяются в машиностроении, текстильной промышленности, сельском хозяйстве и медицине, автомобиле- и судостроении, в быту (текстильные и кожевенные изделия, посуда, клей и лаки, украшения и другие предметы). На основании высокомолекулярных соединений изготовляют резины, волокна, пластмассы, пленки и лакокрасочные покрытия. Все ткани живых организмов представляют высокомолекулярные соединения.

Одна из важных областей применения полимеров - изготовление волокон и тканей.

2. Волокно: понятие, классификация, состав

Волокно - класс материалов, состоящий из непряденых нитей материала или длинных тонких отрезков нити. Волокно используется в природе как животными так и растениями, для удержания тканей (биологических). Волокно используется человеком для прядения нитей, веревок, как часть композитных материалов, а также для производства таких материалов как бумага или войлок. Классификация волокон приведена ниже на рисунке 1.

Рис.1. Классификация волокон

Волокна, для производства которых используют химические методы, составляют группу химических волокон. Они делятся на искусственные и синтетические. Искусственные волокна получают химической модификацией природных материалов (хлопка, шерсти), тогда как для производства синтетических волокон используются только синтетические материалы - полимеры.

Синтетические волокна очень дешёвы, поэтому используются гораздо шире натуральных.

Органические волокна образуются из полимеров, имеющих в своем составе атомы углерода, непосредственно соединённых друг с другом, или включающие наряду с углеродом атомы других элементов.

Для производства химических волокон из большого числа существующих полимеров применяют лишь волокнообразующие полимеры. Волокнообразующие полимеры состоят из гибких и длинных макромолекул, линейных или слаборазветвлённых, имеют достаточно высокую молекулярную массу и обладают способностью плавиться без разложения или растворяться в доступных растворителях.

3. Полимерные органические волокна

Полимерные волокна получаются в результате процессов нефтехимии из полимеров, таких как:

o полиамидный нейлон;

o полиэфир - полиэстер (PET или PBT);

o фенолформальдегид (PF);

o поливинилиденфторид PVOH;

o поливинилхлорид PVC ПВХ;

o полиолефины PP и PE;

o акриловые полимеры. Используется как сырье для получения углеволокна в процессе пиролиза без доступа воздуха. Традиционно акриловое волокно используется как замена шерсти;

o арамидное волокно, торговые марки Кевлар, Twaron, Армос, Nomex. Деградирует при высоких температурах не плавясь. Данное волокно прочнее стали на разрыв;

o полиэтилен (PE) - волокно с супердлинными молекулами;

o полиуретановые волокна.

Раньше полимеры считали лишь дешевыми заменителями дефицитного природного сырья - хлопка, шелка, шерсти. Но вскоре пришло понимание того, что полимеры и волокна на их основе подчас лучше традиционно используемых природных материалов - они легче, прочнее, более жаростойки, способны работать в агрессивных средах. Поэтому все свои усилия химики и технологи направили на создание новых полимеров, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками, и методов их переработки. И достигли в этом деле результатов, порой превосходящих результаты аналогичной деятельности известных зарубежных фирм.

В начале 70-х за рубежом появились поражающие воображение своей прочностью волокна кевлар (США), несколько позже - тварон (Нидерланды), технора (Япония) и другие, изготовленные на основе поли-п-фенилентерефталамида и других аналогичных полимеров ароматического ряда, получивших собирательное название арамидов. На основе таких волокон были созданы различные композиционные материалы, которые стали успешно применять для изготовления ответственных деталей самолетов и ракет, а также шинного корда, бронежилетов, огнезащитной одежды, канатов, приводных ремней, транспортерных лент и множества других изделий.

Эти волокна широко рекламировались в мировой печати. Однако только узкому кругу специалистов известно, что в те же годы российские химики и технологи самостоятельно создали арамидное волокно терлон, не уступающее по своим свойствам зарубежным аналогам. А потом здесь же были разработаны методы получения волокон СВМ и армос, прочность которых превышает прочность кевлара в полтора раза, а удельная прочность (то есть прочность, отнесенная к единице веса) превосходит прочность высоколегированной стали в 10-13 раз! И если прочность стали на разрыв составляет 160-220 кг/мм 2 , то сейчас активно ведутся работы по созданию полимерного волокна с прочностью до 600 кг/мм 2 .

Другой класс полимеров, пригодных для получения высокопрочных волокон - жидкокристаллические ароматические полиэфиры, то есть полимеры, обладающие свойствами кристаллов в жидком состоянии. Волокнам на их основе свойственны не только достоинства арамидных волокон, но еще и высокая радиационная стойкость, а также устойчивость к воздействию неорганических кислот и различных органических растворителей. Это идеальный материал для армирования резины и создания высоконаполненных композитов; на его основе созданы образцы световодов, качество которых соответствует высшему мировому уровню. А ближайшая задача - создание так называемых молекулярных композитов, то есть композиционных материалов, в которых армирующими компонентами служат сами молекулы жидкокристаллических полимеров.

Молекулы обычных полимеров содержат, помимо углерода, еще и атомы других элементов - водорода, кислорода, азота. Но сейчас разработаны методы получения волокон, представляющих собой, по сути дела, чистый полимерный углерод. Такие волокна обладают рекордной прочностью (свыше 700 кг/мм 2 ) и жесткостью, а также чрезвычайно малыми коэффициентами термического расширения, высокой стойкостью к износу и коррозии, к воздействию высоких температур и радиации. Это позволяет успешно использовать их для изготовления композиционных материалов - углепластиков, применяемых в самых ответственных конструкционных узлах скоростных самолетов, ракет и космических аппаратов.

Применение углепластика оказывается экономически весьма выгодным. На единицу веса изготовленного из него изделия нужно затратить в 3 раза меньше энергии, чем на изделие из стали, и в 20 раз меньше, чем из титана. Тонна углепластика может заменить 10-20 тонн высоколегированной стали. Турбина насоса, изготовленная из углепластика и пригодная для перекачки минеральных кислот при температурах до 150 о С, оказывается вдвое дешевле и служит в шесть раз дольше. Уменьшается и трудоемкость изготовления деталей сложной конфигурации.

Многие свойства углекомпозитов можно изменять в широчайших пределах. Например, созданы материалы с коэффициентом трения, составляющим всего 0,06, - их можно использовать в подшипниках скольжения. Однако есть и материалы с коэффициентом трения до 0,7, а это значит, что из них можно делать тормозные колодки, не содержащие асбеста.

Еще одно замечательное свойство материалов на основе углеродных волокон - их способность хорошо проводить электричество и тепло. Это позволяет делать на их основе сухие безынерционные электронагреватели в виде либо жестких пластин, либо мягких тканей. Они совершенно безопасны в пожарном отношении, так как тепловой поток равномерно распределяется по большой поверхности, и их можно использовать для обогревания помещений или сидений автомобилей и тракторов. Питаются такие нагревательные элементы либо постоянным током с напряжением от 6 до 18 В, либо переменным током с напряжением от 24 до 220 В.

Углеродные материалы имеют и медицинские области применения: живой организм их не отторгает. Поэтому если скрепить сломанную кость штифтом на основе углепластика, а поврежденное сухожилие заменить легкой и прочной углеродной лентой, то организм не воспримет этот материал как чужеродный. А углеродные материалы, обладающие высокой адсорбционной активностью, с успехом применяют в виде повязок, тампонов и дренажей при лечении открытых ран и ожогов - в том числе и химических. Сорбционные свойства специально приготовленного углеродного волокна в 2,5 раза выше сорбционных свойств активированного угля!

Полимеры - это высокомолекулярные соединения состоящие из макромолекул. Макромолекулы большинства высокомолекулярных соединений построены из одинаковых многократно повторяющихся групп атомов, которые называются - элементарными звеньями. А степень полимеризации определяется числом звеньев входящих в состав макромолекулы.

Для полимеров характерны некоторые общие свойства которые позволяют выделить химию высокомолекулярных соединений в самостоятельную науку.

Для производства полимерных органических волокон из большого числа существующих полимеров применяют лишь волокнообразующие полимеры. Волокнообразующие полимеры состоят из гибких и длинных макромолекул, линейных или слаборазветвлённых, имеют достаточно высокую молекулярную массу и обладают способностью плавиться без разложения или растворяться в доступных растворителях.

Полимеры на самом деле встречаются повсюду - это пластиковые предметы быта, это конструкции в строительстве, это органическое стекло, пломбы в зубах, детали и элементы авто- и самолетов, мусорные пакеты, баки, и даже савок для мусора, а главное что все растения в природе из полимеров и конечно же человек это 80% биополимер.

Список использованной литературы

1. Большая Советская энциклопедия.

2. Калмыкова Е.А., Лобацкая О.В. Материаловедение швейного производства: Учеб. Пособие,- Мн.: Выш. шк., 2001- 412с.

3. Ю.Н. Сидоренко, Конструкционные и функциональные волокни-стые композиционные материалы // Конспект лекций. - Томск, 2005, 96 с.

4. А.А Берлин Современные полимерные композиционные материалы// Химия, 2005. - № 1. - С. 59

Подобные документы

Физико-механические свойства базальтовых волокон. Производство арамидных волокон, нитей, жгутов. Основная область применения стекловолокна и стеклотекстильных материалов. Назначение, классификация, сфера применения углеродного волокна и углепластика.

контрольная работа [39,4 K], добавлен 07.10.2015

Натуральные волокна животного, минерального и растительного происхождения. Классификация натуральных волокон. Использование волосяного покрова животных. Водные силикаты магния, железа и кальция. Химический состав волокон и область их происхождения.

реферат [17,5 K], добавлен 23.11.2012

Классификация химических волокон. Свойства и качества искусственных их разновидностей: вискозы и ацетатного волокна. Полиамидные и полиэфирные их аналоги. Сфера применения капрона, лавсана, полиэфирного и полиакрилонитрильного волокон, акриловой пряжи.

презентация [537,4 K], добавлен 14.09.2014

Стеклянное волокно, его применение. Общие сведения о базальтовом волокне. Структуры, образующиеся при окислении ПАН-волокна. Плотность и теплопроводность арамидных волокон. Основные свойства полиолефиновых волокон. Поверхностные свойства борных волокон.

контрольная работа [491,1 K], добавлен 16.12.2010

Месторождение базальтов, их структура и текстура, распространённость. История развития производства базальтовой теплоизоляции. Сравнительные характеристики базальтовых волокон. Технологический процесс получения волокна и изделия, получаемые из него.

курсовая работа [159,2 K], добавлен 06.07.2014

Основу материалов и тканей составляют волокна. Друг от друга волокна отличаются по химическому составу, строению и свойствам. В основу существующей классификации текстильных волокон положено два основных признака - способ их получения и химический состав.

курсовая работа [34,7 K], добавлен 15.12.2010

Этапы производства химических волокон. Графит и неграфитированные виды углерода. Высокопрочные, термостойкие и негорючие волокна и нити (фенилон, внивлон, оксалон, армид, углеродные и графические): состав, строение, получение, свойства и применение.

Химическими называются волокна, добываемые из синтетических и природных органических полимеров. Они делятся на 2 основных вида: синтетические из синтетического сырья и искусственные из природного сырья. Бывает, что полимеры, изготовленные из неорганического сырья, тоже относят к хим. волокнам. В промышленном производстве химические волокна изготавливают в виде:

моноволокон (единичные длинные волокна);
шпательных волокон (тонкие, небольшие отрезки);
нитей филаментных (соединенный большой пучок из тонких волокон).

Свойства

Волокна имеют большую разрывную прочность, поэтому обладают несминаемостью, формоустойчивостью. Также остаются стабильными, подвергаясь множественным нагрузкам. Обладают устойчивостью к природным воздействиям: влажности, солнечным лучям, температурным колебаниям. В процессе изготовления можно подвергнуть изменениям физико-химические и -механические свойства исходного полимера. Это дает возможность изготавливать волокна с различными свойствами, используя одно первоначальное сырье. Для изготовления новых текстильных вещей, делают смесь химических и природных волокон, тем самым улучшая качество и вид продукта.

Волокна искусственные

Добывают из органического природного сырья. Подразделяются:

ацетилцеллюлозные (триацетатные и ацетатные);
гидратцеллюлозные (вискозные, лиоцелл и медно-аммиачные);
белковые (зерно и казеин).

Целлюлоза, которая выделяется из древесины, является сырьем для изготовления гидратцеллюлозных волокон. Для изготовления белковых волокон сырьем служит растительный или природный белок.

Формирование искусственных волокон происходит из раствора мокрым или сухим способом. Выпускаются в форме кордной или текстильной нити, или как шпательное волокно. К минусам белковых и гидратцеллюлозных волокон относятся их возможность легко мяться и лишение прочности в мокром виде. Из-за дешевизны и легкодоступности сырья вискозных волокон, их изготовление продолжает развитие. Выпуск белковых волокон снижен. Производство ацетатных волокон увеличивается, благодаря их положительным качествам: несминаемости и стоящему внешнему виду.

Синтетические волокна

карбоцепные: поливинилхлоридные, поливинилспиртовые, полиакрилонитрильные, полиэтиленовые;
гетероцепные: полиамидные, полиуретановые, полиэфирные.

Формирование синтетических волокон происходит из растворов или расплавов полимеров сухим либо мокрым способом.

Обладают синтетические волокна износоустойчивостью, сильной прочностью, эластичностью, устойчивостью к воде и воздействию хим. агентов. Из-за быстрого развития базы и доступности сырья, менее трудоемкого процесса изготовления, производство синтетических волокон стремительно развивается.

Вариант №2

Технический прогресс шагнул далеко вперед с открытием химической природы вещей. На основе химических соединений синтезировали новые вещества. Прогресс коснулся и текстильной промышленности. Ранее, ткани получали из природных волокон. В 1890 году, впервые французами получено волокно, синтезированное на основе химических реакций.

Сейчас, все химические волокна классифицируются на:

Органическое волокно,
Неорганическое волокно.

Органические волокна получают на основе природного сырья – льна, хлопка, шерсти и шелка. Неорганические волокна, или химические, в свою очередь делятся на:

Любой процесс производства химического волокна, подразумевает длительную по времени обработку исходного материала. Весь процесс разделен на несколько этапов. После подготовительной обработки, получают концентрат, который является основой для прядения отдельных волокон, а дальше из них идет создание полотна. Поэтапно, все производство можно представить следующим образом: этап 1 – проведение предварительной обработки.

Этап 2 – Получение прядильного концентрата.

Этап 3 – Получение волокон.

Этап 4 – Обработка готовых волокон.

Этап 5 – Текстильная обработка.

При формировании концентратов добавляют целлюлозу. Чтобы изготовить целлюлозу в растворе, исходный концентрат под давлением продавливается через отверстия и, уже с готовых волокон, отмывают растворитель, для чего применяется уксусная кислота, гидроксид меди и натрия, сероуглерод. Поэтому закрепились названия – волокна ацетатные, медноаммиачные, вискозные. Вырабатывают вискозное полотно из еловой древесины. Ацетатное волокно вырабатывают из отходов хлопкового производства, такое полотно обладает хорошими гидрофильными свойствами (хорошо впитывают влагу).

Синтетические волокна получают из продуктов нефтепереработки, газообразной фракции и каменного угля. Поэтому волокна классифицируются по составляющим

полиамидное полотно (лавсан),
полиэфирное полотно (нейлон и капрон),
полиакрилонитрильное полотно (акрил, нитрон),
Эластановое полотно (лайкра и дорластан).

Обладают сильными горючими свойствами и легкоплавкостью, плохо, практически совсем не впитывают влагу.

Химические волокна (виды и свойства)

Все мы прекрасно знаем Владимира Ильича Ленина (Ульянова) – вождя трудящихся, великого политика, но вот кем он был, как простой дворянин стал столь известным? Родился он в 1870 году в Симбирске,

Иван-чай – многолетнее растение из семейства Кипрейные. Из него готовят лекарственный чайный напиток, который обладает мощным оздоровляющим эффектом. Это растение высоко ценится по всему миру, ведь одним из его главных преимуществ является

Если вдруг захотите прочитать гениальные сочинения Антона Павловича Чехова, то не ошибетесь в своем выборе. Ведь каждая его работа-это своего рода наша с вами жизнь. Писатель родился на берегу Азовского моря, в небольшом городке,

Жизнь сейчас трудно представить без полимеров. Из них созданы гаджеты, одежда, запчасти и даже контактные линзы. Да и сама молекула ДНК — тоже полимер. РБК Тренды выяснили, какими бывают полимеры и как их получают

Что такое полимеры

Название синтетических полимеров, используемых в статье:

Полиэтилен — термопластичный полимер этилена.
Полиуретан — сырьем для этого полимера служит полиол. Его получают из сырой нефти.
Полиамид — получается в результате химической переработки угля, газа и нефти.
Поливинилхлорид (ПВХ) — синтетический термопластик, который состоит из хлора и этилена.
Бакелит — продукт реакции фенола и формальдегида под давлением при высоких температурах.
Полистирол — материал, который получают в результате полимеризации стирола.
Полиметилметакрилат (оргстекло) — полимер, который пропускает свет, и внешне похож на стекло.
Полиэфирное волокно — используется в качестве наполнителя в игрушках, одеялах, подушках, мебели.
Полипропилен — твердое вещество, которое получается в результате полимеризации пропилена (бесцветный газ).
Полиамиды — в эту группу пластмасс входят найлон, капрон, анид.
Тефлон — полимер, который содержит углерод и фтор (политетрафторэтилен).
Полимерные композиты — изготавливаются из двух и более компонентов. В качестве основного (матрицы) выступает полимер.
Полиакриламид (ПАА) — полимер белого цвета без запаха. Растворяется в воде, в ледяной уксусной и молочной кислотах и глицерине, но не растворяется в этаноле, метаноле и ацетоне.

Применение полимеров

Полимеры в нефтегазовой промышленности

Нефть и газ — это не просто источник топлива для большинства видов транспорта, но и сырье для химического производства. Именно из нефтепродуктов создают большинство видов полимеров.

Также полученные полимеры используются и в самом процессе добычи. Так, для увеличения производительности и очистки трубопроводов используют полиакриламид (ПАА) и его производные. Этот технический водорастворимый полимер помогает увеличивать максимальную пропускную способность нефтепровода и улучшает качество перекачиваемой нефти. Его же используют при ремонтных работах в скважинах.

В медицине

Медицинская сфера уже давно и активно использует изделия из полимеров. Среди них: штифты, одноразовые шприцы, инструменты для хирургии, контейнеры для плазмы и крови, контактные линзы, лабораторная посуда, хирургические нити, бахилы, протезы, искусственные органы и даже полимерные наногели для доставки лекарств.

В автомобилестроении

Предприятия автомобильной промышленности используют не менее 100 видов полимерных материалов при производстве транспортных средств. Так, колпаки колес, приборные панели и некоторые части двигателя сделаны из полипропилена. Сиденья выполнены из полиуретана, коврики — из полиэтилена. В рычагах включения привода, шестернях, бензобаке, аккумуляторе, корпусах предохранителей есть полиамид. Проводку делают из поливинилхлорида (ПВХ). Этот термопластичный полимер винилхлорида знаком жителям всего мира. Из него обычно изготавливаются линолеум и натяжные потолки.

В строительстве

Не отстает от других и строительная сфера. Из полимеров создают электротехнические конструкции, кабели, провода, трубы, изоляционные эмали, лаки, пленки, сетки, ограждения и защитные покрытия. Более того, полимеры добавляются в состав железобетона и бетона. Это позволяет улучшить качество строительных материалов.

В пищевой промышленности

Полимеры в пищевой промышленности обязаны соответствовать определенным санитарно-гигиеническим требованиям. Они не должны влиять на органолептические свойства продуктов (вкус, цвет, запах), а также содержать токсичные компоненты. Полимеры используются не только в производстве оборудования для пищевой промышленности, но и в упаковочных материалах.

Оборудование.К примеру, в консервной и молочной промышленности звенья транспортерных лент изготовлены из полиамидов или полиэтилена высокой плотности. А для того, чтобы сырье и полуфабрикаты не прилипали к поверхности оборудования, на металлические конструкции наносят специальные полимерные покрытия.
Полимерная упаковка. Она позволяет сохранять миллионы тонн сельскохозяйственной продукции и продовольствия в магазинах. Так, одноразовые многослойные пленки сохраняют продукты на 20% дольше без добавления консервантов.

Свойства полимеров

Ударопрочность. По способности выдерживать механическую нагрузку полимеры ничем не уступают некоторым металлам. Поэтому полимеры используют при создании автомобильных бамперов, защитных чехлов и не только.
Пластичность и эластичность. Таким свойством обладают, например, природные и синтетические каучуки. Именно поэтому их используют при создании автомобильных шин, шланги, оболочки проводов и кабелей, подошвы для обуви, воздушные шарики и не только.
Отражательная способность. Благодаря этому свойству из полимеров создают специальные светоотражающие пленки. Обычно их используют для индикации предметов в темное время суток. К примеру, светоотражающие материалы применяют при организации дорожного движения, создании билбордов и баннеров.
Электроизоляция. Полимеры — диэлектрики (не пропускают через себя электрический ток). Их можно использовать не только в качестве изоляционных материалов в электрооборудовании, но и при изготовлении рукояток инструмента для работы с токопроводящими деталями.

Природные и синтетические полимеры

Природные

Природные полимеры встречаются повсюду. Они представляют собой макромолекулы, созданные самой природой без участия человека. Приведем ряд примеров.

Полисахариды. В эту большую группу природных полимеров относят крахмал и целлюлозу. Они отличаются друг от друга своими свойствами. Так, крахмал легко растворяется в воде и его можно употреблять в пищу. Целлюлоза не растворяется в воде. Ее обычно используют при производстве бумаги и волокон для ткани.
Белки (протеины) — природный полимер, который состоит из аминокислот. Именно белок отвечает за рост, строение и развитие живого организма.
Нуклеиновые кислоты. Нуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК) содержат всю информацию о человека: от болезней до талантов.
Природный каучук. Это пластичный и вязкий полимер, который содержится в соке каучуконосных растений.

Синтетические

До XIX века промышленности хватало природных полимеров. Но со временем из-за нехватки ресурсов появилась потребность и в других материалах. Так, в 1909 году американский химик Лео Бакеланд пытался найти замену природному шеллаку (смола). Но в итоге опыты помогли ему создать материал под названием бакелит. Он получился в результате реакции фенола и формальдегида под давлением при высоких температурах. Именно с этого открытия началась эра синтетических материалов. В химических лабораториях началась разработка новых видов полимеров.

Перед Второй мировой войной в нескольких странах (Англия, Германия и США) стартовало производство синтетического каучука. В тоже время началась разработка полистирола, поливинилхлорида, полиметилметакрилата.
В 1950-е годы ученые создали полиэфирное волокно и началось производство тканей на его основе. Тогда же появились полипропилен и полиэтилен низкого давления. Затем в массовое производство запустили полиуретаны.
В 1960–1970-х годах удалось синтезировать полиамиды.

Как получают полимеры

Полимеры получают двумя способами: полимеризация и поликонденсация. У каждого свои особенности. Полимеризация — это процесс, при котором мономеры объединяются в цепи и удерживаются химическими связями. Полимеризацией получают полистирол, хлоропреновый и бутадиеновый каучуки, тефлон, полипропилен, полиэтилен.

При поликонденсации помимо полимера образуется еще и низкомолекулярное вещество (вода, спирт, хлороводород). В процессе поликонденсации образуются лавсан, полипептиды, фенолформальдегидные смолы. А вот капрон, например, можно получить сразу двумя способами.

Полимеры и пластмассы: в чем разница

По мнению экологов, именно процесс производства пластмасс создал глобальный кризис отходов. Опасения защитников окружающей среды вызывает не только объем выбросов, но и сам процесс создания таких материалов.

По данным Greenpeace, при добыче нефти и газа в воздух и воду попадает масса токсичных веществ. Более 170 химикатов, которые используют при добыче сырья для пластмасс, вызывают множество болезней: от онкологии до ослабления иммунной системы.

Будущее полимеров

Тем временем ученые и производители продолжают искать способы снизить экологический след от некоторых видов полимеров. Одни компании уменьшают количество первичного пластика и делают ставку на вторичную переработку, а другие разрабатывают альтернативные варианты.

Так, английская компания Polythene UK представила несколько видов упаковок на растительной основе. Сейчас предприятие производит компостируемый полиэтилен на основе крахмала. Упаковку из такого материала не нужно перерабатывать — процесс разложения займет не более трех лет. Со временем они распадаются на природные элементы: биомассу, воду, углекислый газ, метан. Еще одна альтернатива — полиэтилен из отходов сахарного тростника. Его можно использовать для крышек поддонов.

Читайте также: