Ориентационное вытягивание химических волокон

Ориентационное вытягивание химических волокон проводят на стадии формования и отделки волокна для увеличения прочности и устойчивости к многократным деформациям.

Механизм вытягивания

При вытягивании и термической обработке волокон происходят повышение степени ориентации, дальнейшая кристаллизация и релаксация внутренних напряжений. Эффективное проведение ориентационного вытягивания и термической обработки возможно только при достаточной молекулярной подвижности полимера, то есть в высокоэластичном состоянии.

Виды вытягивания

Ориентационное вытягивание может быть одно- и двухстадийным с общей кратностью вытяжки Kв, определяемой соотношением скоростей выхода v2 и входа v1 нитей в зоне вытягивания: Kв = v2/v1 Кратность вытяжки составляет от 1,3 до 12 и более, время процесса вытягивания, необходимое для структурных перестроек, составляет от сотых долей секунды до нескольких секунд. Ориентационное вытягивание приводит к повышению прочности и снижению деформативности (росту модуля деформации и уменьшению удлинения при разрыве). Однако одновременно увеличивается неравновесность структуры и возрастают внутренние напряжения, что вызывает усадочность волокон, особенно заметную при малых временах вытягивания.

Степень ориентации и механические свойства волокон возрастают до определенного предела, ограничиваемого величиной механического напряжения, приводящего к обрывам волокон в местах имеющихся дефектов. В процессах ориентационное вытягивания и термической обработки микроструктура волокон существенно не изменяется, хотя может несколько увеличиться поперечная гетерогенность. Для получения высоких механических свойствв волокон из гибкоцепных и некоторых полужесткоцепных полимеров необходимы максимальные, значения ориентационных вытяжек (3–12-кратные) и проведение термической обработки под значительным натяжением. Существенные особенности имеют структурные перестройки в волокнах на основе полужёсткоцепных и особенно жёсткоцепных полимеров, способных к переходу в жидко-кристаллическое состояние. С увеличением жёсткости макромолекул величина ориентационной вытяжки уменьшается или она полностью исключается. В то же время при термической обработке происходит самопроизвольное удлинение волокон, увеличение степени ориентации, снижение разнодлинности молекулярных цепей. Следствием этого является увеличение прочности, модуля деформации и снижение удлинения при разрыве. Важное свойство ориентированных полимеров — повышенная прочность при растяжении и жёсткость вдоль оси ориентации при сохранении достаточной гибкости. Это обусловлено тем, что вдоль оси ориентации работают главным образом химические связи, в перпендикулярном направлении — межмолекулярные. Так, теоретические значения σразр и модуля продольной упругости E для волокна составляют соответственно 20–30 и 250 ГПа; для технически ориентированных полимерных волокон σ_разр = 0,5–1,0 ГПа, E = 20–50 ГПа; для высокоориентированных волокон σ_разр 5–10 ГПа, E =100–150 ГПа, что близко к теоретическим значениям.

Литература

• Марихин В. А., Мясникова Л. П. Надмолекулярная структура полимеров. — Л., 1977.
• Сверхвысокомодульные полимеры / Под ред. А. Чиферри, И. Уорда; пер. с англ. — Л., 1983
• Слуцкер А. И. Химические волокна / Под ред. 3. А. Роговина и др., т. 1–10. — М., 1973—1984.
• Роговин 3. А. Основы химии и технологии химических волокон. — 4 изд., т. 1–2, M., 1974.
• Перепёлкин К. E. Физико-химические основы процессов формования химических волокон. — М., 1978.
• Перепёлкин К. E. Структура и свойства волокон. — М., 1985.
• Зябицкий А. Теоретические основы формования волокон / Пер. с англ. — М., 1979.
• Перепёлкин К. E. и др. // Химические волокна. — 1984. — № 3. — С. 17–24; № 4. — С. 14–19.
• Юркевич В. В., Пакшвер А. Б. Технология производства химических волокон. — М., 1987.
• Высокоскоростное формование волокон / Пер. с англ. — М., 1988.
• Папков С. П. Теоретические основы производства химических волокон. — М., 1990.