Полиэфирные волокна

Полиэфирные волокна — это синтетические волокна, формуемые из расплава полиэтилентерефталата (ПЭТФ) или его производных. Относятся к классу поликонденсационных волокон. Характеризуются высокой прочностью, упругостью, устойчивостью к воздействию света, микроорганизмов и большинства химических реагентов. Являются наиболее распространённым видом синтетических волокон в мире, широко используются в текстильной промышленности, производстве нетканых материалов, технических изделий и упаковки.

История

Разработка полиэфирных волокон началась в Великобритании в 1941 году в лаборатории компании Calico Printers Association под руководством химиков Джона Уинфилда и Джеймса Диксона. Они синтезировали полиэтилентерефталат и получили первые образцы волокна, названного «террилен». Однако промышленное производство было запущено только после Второй мировой войны.

В 1946 году права на технологию приобрела компания Imperial Chemical Industries (ICI), а в 1949 году — американская корпорация DuPont. В 1953 году DuPont начала коммерческое производство волокна под торговой маркой «дакрон». В СССР промышленный выпуск полиэфирных волокон (лавсан) был освоен в 1960-х годах на предприятиях в Могилёве, Курске и других городах.

К началу XXI века полиэфирные волокна заняли доминирующее положение на мировом рынке синтетических волокон, обогнав полиамидные и акриловые. По данным Международного бюро по производству синтетических волокон (CIRFS), в 2023 году на долю полиэфиров приходилось около 80% мирового производства синтетических волокон.

Классификация

Полиэфирные волокна классифицируют по нескольким признакам.

По типу исходного полимера

• Полиэтилентерефталатные (ПЭТФ) — основной тип, получаемый из терефталевой кислоты и этиленгликоля.
• Полибутилентерефталатные (ПБТФ) — отличаются повышенной эластичностью и стойкостью к истиранию.
• Политриметилентерефталатные (ПТТФ) — обладают улучшенными упругими свойствами, используются для производства эластичных тканей.
• Сополиэфирные — модифицированные полимеры с добавлением других мономеров для придания специальных свойств (например, пониженной горючести).

По форме и структуре

• Комплексные нити — состоят из множества элементарных волокон (филаментов), скрученных вместе.
• Мононити — одиночные нити большого диаметра, применяемые в технических целях.
• Штапельные волокна — короткие отрезки (длиной 30–120 мм), используемые для смешивания с другими волокнами.
• Текстурированные нити — с изменённой структурой (извитые, объёмные), придающие тканям повышенную пушистость и мягкость.
• Профилированные нити — с некруглым сечением (треугольным, плоским, полым), что влияет на блеск, тактильные свойства и теплозащиту.

По назначению

• Текстильные — для производства одежды, домашнего текстиля, искусственного меха.
• Технические — для корда шин, ремней, канатов, фильтровальных материалов, геотекстиля.
• Нетканые материалы — для наполнителей, утеплителей, салфеток, медицинских масок.
• Упаковочные — для изготовления лент, шпагата, сеток.

Свойства

Физико-механические

• Плотность: 1,38–1,40 г/см³.
• Прочность при растяжении: 40–60 сН/текс (для текстильных нитей), до 80 сН/текс (для технических).
• Относительное удлинение при разрыве: 10–50% в зависимости от типа.
• Упругость: высокая, волокно практически не мнётся, восстанавливает форму после деформации.
• Модуль упругости: высокий, что обеспечивает жёсткость тканей.
• Устойчивость к истиранию: высокая, но ниже, чем у полиамидных волокон.

Химические

• Стойкость к кислотам: устойчивы к действию разбавленных минеральных и органических кислот.
• Стойкость к щелочам: умеренная; концентрированные щёлочи при повышенной температуре разрушают волокно.
• Стойкость к растворителям: устойчивы к большинству органических растворителей (ацетон, бензол, четырёххлористый углерод).
• Стойкость к окислителям: высокая.
• Гидролиз: возможен при длительном воздействии горячей воды или пара, особенно в щелочной среде.

Термические

• Температура плавления: 255–265 °C (для ПЭТФ).
• Температура стеклования: 70–80 °C.
• Температура размягчения: 230–240 °C.
• Термостойкость: длительная эксплуатация возможна до 140–150 °C; кратковременно выдерживает до 200 °C.
• Горючесть: волокно плавится и горит с образованием твёрдого остатка; самозатухает при удалении из пламени.

Эксплуатационные

• Светостойкость: высокая, значительно превосходит полиамидные и натуральные волокна.
• Биостойкость: не повреждается плесенью, грибками, насекомыми.
• Гигроскопичность: низкая (0,4–0,6%), что делает ткани малогигроскопичными, но способствует накоплению статического электричества.
• Электризуемость: высокая, необходима антистатическая обработка для одежды.

Технология производства

Производство полиэфирных волокон включает несколько стадий.

1. Синтез полимера. Полиэтилентерефталат получают реакцией поликонденсации терефталевой кислоты (или диметилтерефталата) с этиленгликолем. Процесс ведут в вакууме при температуре 270–290 °C в присутствии катализаторов (оксиды сурьмы, титана). Полученный расплав охлаждают и гранулируют.

1. Сушка гранулята. ПЭТФ-гранулы сушат до содержания влаги менее 0,005%, так как влага вызывает гидролиз полимера при плавлении.

1. Плавление и фильтрация. Гранулы плавят в экструдере при 280–290 °C, расплав фильтруют для удаления примесей.

1. Формование. Расплав продавливают через фильеры (пластины с отверстиями диаметром 0,2–0,8 мм). Струи полимера охлаждаются потоком воздуха и затвердевают в нити.

1. Вытяжка. Сформованные нити вытягивают в 3–6 раз для ориентации макромолекул, что повышает прочность. Вытяжка проводится при температуре 80–120 °C.

1. Термофиксация. Нити нагревают до 150–200 °C для стабилизации структуры и снятия внутренних напряжений.

1. Текстурирование (при необходимости). Нити обрабатывают для придания извитости, объёма или других свойств.

1. Намотка. Готовые нити наматывают на бобины или режут на штапель.

Применение

Текстильная промышленность

Полиэфирные волокна — основа современного производства тканей. Используются как в чистом виде, так и в смеси с хлопком, шерстью, вискозой, льном. Из них изготавливают:

• Одежду: платья, рубашки, костюмы, спортивную и верхнюю одежду, куртки, пуховики.
• Домашний текстиль: постельное бельё, шторы, покрывала, ковры, искусственный мех.
• Подкладочные ткани: благодаря низкой гигроскопичности и гладкости.
• Трикотаж: футболки, свитера, носки, колготки.

Нетканые материалы

• Геотекстиль: для укрепления грунтов, дренажа, разделения слоёв дорожных одежд.
• Утеплители: холлофайбер, синтепон, тинсулейт — для одежды, спальных мешков, мебели.
• Фильтровальные материалы: для очистки воздуха, жидкостей, газов.
• Медицинские изделия: одноразовые халаты, маски, простыни, салфетки.
• Абразивные материалы: основа для шлифовальных шкурок и кругов.

Технические изделия

• Корд для шин: армирование автомобильных покрышек.
• Ремни и канаты: грузоподъёмные, буксировочные, такелажные.
• Рыболовные сети и снасти: устойчивы к гниению и воздействию морской воды.
• Электроизоляция: обмотка проводов, кабельная изоляция.
• Композитные материалы: армирование пластиков, стеклопластиков.

Упаковка

• Ленты для обвязки грузов.
• Сетки для упаковки овощей, фруктов, строительных материалов.
• Шпагат для сельского хозяйства и бытовых нужд.

Экологические аспекты

Полиэфирные волокна не подвергаются биологическому разложению в естественных условиях. Срок их разложения в почве и воде оценивается в 200–400 лет. Это создаёт проблему накопления отходов, особенно в виде микропластика, образующегося при стирке текстиля.

В то же время полиэфиры пригодны для вторичной переработки. Механическая переработка включает измельчение, плавление и повторное формование волокон. Химическая переработка (деполимеризация) позволяет получать исходные мономеры (терефталевую кислоту и этиленгликоль), которые могут быть использованы для синтеза нового полимера. В России и мире растёт доля полиэфирных волокон, произведённых из вторичного сырья (rPET).

Интересные факты

• Полиэфирные волокна составляют около 60% всего объёма текстильных волокон, используемых в мире.
• Лавсан — советское торговое название полиэфирного волокна, образованное от аббревиатуры «Лаборатория высокомолекулярных соединений Академии наук».
• Полиэфирные ткани часто называют «полиэстер» — от английского polyester.
• Волокно обладает эффектом «памяти формы»: при нагревании до температуры стеклования (70–80 °C) его можно переформовать, и оно сохранит новую форму после охлаждения.
• Из полиэфирных волокон изготавливают щетину для зубных щёток и кистей.

Источники

• Перепелкин К. Е. «Химические волокна: развитие производства, свойства, применение». — М.: Химия, 2005.
• Роговин З. А. «Основы химии и технологии химических волокон». — М.: Химия, 1974.
• ГОСТ 26095-84 «Волокна и нити полиэфирные. Технические условия».
• CIRFS (International Committee of Rayon and Synthetic Fibres). Statistical Yearbook 2023.
• U.S. Environmental Protection Agency. Textiles: Material-Specific Data. 2022.