Лекция № 11

Талшық түзүші материалдардың сыныптамасы. Былғары және жүн өндірісінде қолданылатын синтетикалық және жасанды былғары, тоқыма және т.б. полимерлер. Фенол-альдегидті шайырлар-новолакты және резолды. Аминді шайырлар.

Жоспар:

1.Табиғи талшықтар.

2.Химиялық талшықтар.

3.Синтетикалық талшықтар.

4.Талшық түзуші полимерлер.

Талшықтар деп тоқыма мен тектилдік бұйымдарды дайындауға жарамды, бөліктері көлденең қимасының өлшемінен көп ретті асатын ұзындығымен иілімді және берік дене болатын материалдарды айтады.

Шығу тегі бойынша талшықтар табиғи және химиялық болып бөлінеді (5.1 сурет).

Табиғи талшықтарға жатады:

- тұқымдардың бетінде (мақта), сабақтарында (кендір, кенеп, рами), жапырақтарында (сизаль, маниль кендірі) және жемістердің қабықшаларында (кокос жаңғақтарынан алынатын койр) өсімдіктердің даму процесінде қалыптасатын целлюлоза негізі болып табылатын өсімдіктекті талшықтар;

- ақуыздан: кератиннен (әр түрлі жануарлардың түктері) және фирион мен серициннен (жібек тоқушы тұт құрты);

-минералды талшық (асбест).

Табиғи талшықтар.

Табиғи талшық (natural fibres, Naturfasern, fibres naturelles) — табиғи жағдайларда түзіледі және тоқыма мен тектилдік бұйымдарды дайындауға жарамды, шектелген ұзындығымен кішкентай көлденең өлшемдерімен созылған иілімді және берік дене болып келеді.

Табиғатта барлық талшықты құрылымдардың әр түрлілігі полимерлердің екі түрінің – полисахаридтер мен фибриллярлы полипептидтердің негізінде 5.1 кестеде келтірілген екі негізгі әдістерді немесе технологияларды қолдануымен жасалынады.

-бір мезгілде өтетін процестер: полимердің биосинтезі және талшықты ұлпаның (құрылымның) түзілуі; осылай өсімді ағзаларда жасушалар (талшық) түзіледі, жануарлы ағзаларда жүн талшығының және талшықты коллагенді құрылымдардың (тері, сіңір ұлпасы т.б.) өсуі жүреді;

-кезектесіп өтетін екі процесс: полимердің биосинтезі және одан талшық неме табиғи жібек жібін қалыптау.

Табиғи талшықтар негізінен жоғары молекулалық қосылыстардан тұрады. Оларды шығу тегі бойынша өсімдіктекті, жануартекті және минеарды талшықтарға сыныптайды, ол сондай-ақ олардың химиялық құрамын анықтайды.

5.1 кесте

Табиғатта талшықтардың түзілуінің негізгі принциптері

Талшық және талшықты құрылымдар	Полимерлер	Талшықтардың (жасуша-лардың) түзілу процес-терінің сипаттамасы	Талшықтардың (жасуша-лардың), жіптердің құ-рылымдары мен қасиет-терінің ерекшеліктері
Өсімді жасушалар және талшық	Целлюлоза	Көп жасушалы құрылым-дардың бір мезгілде синтезі мен түзілуі	Жасушада фибриллалар-дың көп қабатты спиралды орналасуы
Жүн, шаш	Кератины	Көп жасушалы құрылым-дардың бір мезгілде синтезі мен түзілуі	Жиі ішкі каналымен көп жасушалы құрылым
Сіңір	Коллаген	Талшықты құрылымдар-дың бір мезгілде синтезі мен түзілуі	Бағытталған жоғары берік байланыстырушы ұлпа
Тері жабындары (тері ұлпасы)	Коллаген	Құрылымдардың бір мезгілде синтезі мен түзілуі	Өскен талшықтардан созылымды (торлы) құрылымдардың түзілуі
Табиғи және өрмектік жібек	Фиброиндар	Берілген құрылымдағы фибрион матрицалық синтезінің екі сатылы процесі	Жіптердің құрылымы мен қасиеті фибрион синте-зінің сатысында амин-қышқылдарының жалға-сымдылығымен және макромолекулалардың кеңістіктік құрылымымен анықталады

Өндіріс көлемі дүние жүзінде өндірілетін барлық текстилдік талшықтардан 70% (масса бойынша) асатын өсімдіктекті табиғи талшықтар қалыптасады: а) тұқымдардың бетінде — мақта; б) өсімдіктің сабақтарында — кендір, кендір (көк нардан), кенеп, рами т.б.; в) өсімдіктің жапырақтарында — абака (маниль кендірі), сизаль, генекен т.б.; г) жемістердің қабықшаларында — койр (кокос жаңғақтарынан алынатын). Бұл талшықтар аз мөлшерде гемицеллюлоза және басқа полиозалар, сондай-ақ лигнин т.б. болатын целлюлозадан тұрады. Маңызды текстилдік талшық — мақта. Талшықтармен жабылған мақта тұқымы шикі мақта деп аталады. Біріншілік өңдеу процесінде тұқымнан негізгі массасы 20 мм көбірек ұзындыққа ие мақта-талшықты, едәіур қысқа талшық - мамық(линт) және 5 мм ұзындығымен жастықша (делинт) кезектесіп бөліп алады. Мақта-талшықты әр түрлі маталар, трикотаж, мата емес бұйымдар, тігіс жіптері т.б. өндірістерінде қолданады. Оны тоқуға таза түрінде немесе басқа талшықтармен (қынармен, жүнмен, химиялық талшықтармен) қосып өңдейді. Мамықты мақта өңдеу үшін, жасанды талшықтар өндірісінде және жастықша өңделетін басқа, мысалы, пластмассалар, қабыршақтар, жарылғыш заттар т.б. үшін шикізат ретінде химиялық өндірістерінде қолданады 5.2 кестеде табиғи талшықтардың қасиеттері келтірілген.

Табиғи талшықтардың қасиеттері

Талшық	Негізгі зат	Тығыз-дығы, г/м^3	Ылғал-дылығы * %	Ыдырау темп-сы, °С (ауада)	Ұзындығы (орт), мм	Қалың-дығы(орт) мкм	Беріктігі*, Мн/м^2	Қатысты ұзаруы, %
Мақта Кендір (техникалық талшық) Жүн жіңішке қалың Жібек (кокон жібі) Асбест (хризотил)	Целлюлоза   Целлюлоза Кератин     Фибрион Магний силикаты	1,52   1,50 - 1,32 1,32 1,35 2,50	7-9   - 15-17 15-17 10,5 0,5	150-160   - 130-140 130-140 160-170 1500**	25-45   400-1250 - 50-100 50-200 6×10^8-8×10^8 9-20	20-25   40-85 - 16-35 35-63 20-30 ***	250-400   500-600 - 200-250 150-200 350-400 700-800	6-8   2-3 - 30-50 20-35 18-22 1-2

* Қоршаған ауаның 20° С температурасында және оның 65% қатысты ылғалдылығында.** Балқу температурасы. *** 20 нм (2-10^{-5 мм)} көлденең қимасымен жеке кристалдарға дейін бөлінеді.

Мақта шаруашылығымен айналысатын елдер – ТМД елдері (Өзбекстан, Қазақстан, Түркменстан, Тәжікстан), АҚШ, ҚХР, Үндістан, АРЕ т.б.

Біріншілік өңдеу кезінде барлық дерлік сабақты және жапырақты табиғи талшықтар өзара пектиндік заттармен желімделген бірегей (элементарлы) целлюлозалы талшықтардың шумақтарының ұзынығы бойынша кезектесіп орналасқан ұзын техникалық талшықтар түрінде бөліп алады. Сабақты талшықтардың арасынан анағұрлым маңыздысы – жіңішке сабақты – қынар және қалың сабақты – пенька және джут болып табылады. Кендір шаруашылығы негізінен артығырақ еуропаның қара теңіздік емес бөлігінде, Польшада және басқа да Орталық және Батыс Еуропада дамыған. Кендірден төсек және басқа маталар, костюм-көйлектік, декоритивті, таралық т.б. маталар дайындалады: кендірді мақтамен, полиэфирлі талшықтармен қоспасын жиі өңдейді.

Көк нар шаруашылығы ТМД және Оңтүстік Еуропа елдерінде дамыған. Кендірді таралық маталар үшін және жіп-арқанды өндірісте көбірек қолданылады. Негізінен Пәкістан мен Үндістан шығаратын кендір қап маталары үшін кең қолданылады. Табақты табиғи талшықтар негізінен жіп-арқанды өндірісте қолданылады, соңғы жылдары оларды синтетикалық талшықтармен сәтті алмастырады.

Жануартекті табиғи талшықтар: жүн – қой (96—97%), ешкі, түйе және т.б. түкті жабының талшығы және жібек - жібек тоқушы тұт құртынан алынатын талшық. Жіңішке жүн талшығы (мамық) бір жағынан талшық тірегіне бекітілген, ал басқа жағы – бір-біріне жатқызылған қабыршақ түріндегі сыртқы қабатына; жасуша аралық заттармен берік жабысқан ұршықтәріздес жасушалардан тұратын тері қабатына (талшық тірегіне) бөлінеді.

Жүн талшығы жоғары емес беріктігімен, үлкен созылымдылығымен, жоғары гигроскопиялығымен, аз жылуөткізгіштігімен сипатталады. Костюмдік, көйлектік, пальтолық, техникалық маталар, сыртқы және т.б. трикотаж, тоқыма бұйымдары өндірістерінде қолданылады.

Табиғи талшықтарға жиі табиғи жібек жібі де жатады. Жібек – фибриллярлы құрылымға және жабысқан ақуызды затқа – серицинге ие фибрионнан құралатын екі элементарлы жіпке бөлінетін, үзіксіз жіп түрінде жібек құрттарынан бөлінеді. Жібек құрттары берік қабықшаны – кокон түзе отырып, жіпті өз бойына жинайды. Кокондық жіп өңдеу үшін өте жіңішке болғандықтан, кокондарды жазған кезде 5-7 бойынша оларды қосады; олар өзара серицинмен желімделеді және шикі жібек жібін түзеді. Жібектің қалдығын өзіндік талшықтарға бөледі және тоқымаға өңдейді. Жібек жоғары беріктікке, созылымдылыққа, үлкен ылғал сіңіруге, жеңіл боялуға, жағымды жарқырауға ие. Оны алу кезіндегі үлкен еңбек шығынының нәтижесінде жібек – ең қымбат табиғи талшық.

Минералды табиғи талшықтарға асбесттер жатады. Негізінен магний силикатынан тұратын хри­зотил-асбестті қолданады. Асбесттер жіңішке иілімді және өте берік кристалдық құрылымды талшықтарға бөліп алуға болады. Ең жақсы сорттарын (әдетте, 10-15% мақтамен қоспасын) оттан сақтайтын, химиялық тұрақты, электроқшаулағыш және т.б. маталарды жасау үшін қолданылады.

5.1 сурет. Текстилді талшықтардың сыныптамасы

Химиялық талшықтар

Химиялық талшықтар (ХТ) (chemical fibres. Chemiefasern, fibres chimiques) деп органикалық табиғи немесе синтетикалық полимерлерден құралатын талшықтарды айтады. Бастапқы шикізатқа тәуелді олар бөлінеді:

- сәйкес полимерді (целлюлоза, ақуыз) бөлумен және тазартумен табиғи шикізатты (өсімді және жануарлы) химиялық өңдеумен алынатын жасанды химиялық талшық. 5.2 суретте жасанды ХТ сыныптамасы келтірілген.

- әр түрлі төмен молекулалық қосылыстардан (мономерлерден) полимерлер синтезі жолымен алынатын синтетикалық химиялық талшық. 5. 3 суретте синтетикалық ХТ сыныптамасы келтірілген.

Өнеркәсіпте химиялық талшықтар түрінде шығарылады: 1) моно-талшық (үлкен ұзындықтағы жеке талшық); 2) штапелді талшық (жеке жіңішке талшықтардың қысқа кесінділері); 3) филаментті жіптер (иіріліп қосылған жеке жіңішке және өте ұзын талшықтардың үлкен санынан тұратын шумақ). Филаментті жіптер, қолданылуына қарай, текстильді және техникалыққа бөлінеді (жоғарылатылған беріктігімен анағұрлым қалың жіптер мен орамдар).

Химиялық талшық негізінен текстилдік қолданысқа ие және ұзындықтың диаметрге өте үлкен қатынасымен (>10 000), сондай-ақ өзіндік тән механикалық қасиеттермен: 1) жоғары беріктігімен [1 Гн/м² (100 кгс/мм²) дейін]; 2) салыстырмалы ұзаруының жоғарылығымен (>5%); 3) созылымдылығымен және сыртқы күштердің әсерінен туындайтын деформацияның жылдам; 4) жүктеуді түсіргеннен кейінгі минималды иілімді (қалдық) деформациялармен; 5) көп ретті және ауыспалы жүктеуге максималды тұрақтылығымен сипатталады. Сондықтан химиялық талшықтар өндірісі үшін шикізат ретінде тек жоғары молекулалық когезияға ие, түзу тізбекті немесе әлсіз тармақталған қалыптағы иілімді мкакромолекулалардан тұратын талшық түзуші полимерлер қолданылады. Бұл полимерлердің молекулалық массасы 15000 астам, ал молекулалық-массалық таралымы жеткілікті тар болуы керек. Сонымен қатар, бұл полимерлер ыдыраусыз балқуы керек, еріткіштерде еруі немесе басқа бір әдістермен тұтқырақыштық күйіне ауысуы қажет.

Химиялық талшықтардың алынуы келесі сатылардан тұрады: 1) иіру ерітінділерін немесе балқымаларын дайындау; 2) талшықтарды қалыптау және 3) оларды өңдеу.

Иіру ерітінділері (балқымаларын) дайындау. Полимердің ерітіндісін (балқымасын) қоспалардан, ауа көпіршіктерінен тазалайды және оған термо- немесе жарыққа тұрақты талшықтар үшін, оларды бояу үшін қосындыларды т.б. енгізеді. Содан кейін ерітіндіні (балқыманы) талшықты қалыптайтын иіру машинасына береді.

Талшықтарды қалыптау процесі жіңішке талшық түрінде қатаюын туындататын ортада фильердің ұсақ саңылаулары арқылы иіру ерітінділерін сығымдауға негізделген. Қалыптанатын талшықтың тағайындалуы мен қалыңдығына қарай фильердегі саңылау саны құрайды:

1) 1—4 —моноталшық үшін; 2) 10—60 —текстилді жіптер үшін; 3) 800—1200 —кордты жіптер үшін; 4) 3 000—80 000 — штапелді талшық үшін. Полимер балқымасынан (мысалы, полиамидті талшықтар) химиялық талшықтарды қалыптау кезінде полимердің қатаюын туындататын орта қызметін суық ауа атқарады. Егер ерітіндіден қалыптауды ұшқыш еріткіштерде (мысалы, ацетатты талшықтар) өткізілсе, онда бұл жердің ортасы еріткіш буланып кететін ыстық ауа болып табылады (қалыптаудың «құрғақ» әдісі). Ұшқыш емес еріткіште полимер балқымасынан қалыптау кезінде (мысалы, вискозды талшық) полимерді тұндыру және талшықты қалыптау үшін әр түрлі реагенттерді құрайтын ерітінді орта қызметін атқарады (қалыптаудың «ылғалды» әдісі).

Қалыптау жылдамдығы талшықтардың қалыңдығына және қолданылуына, сондай-ақ қалыптау әдісіне тәуелді: балқымадан қалыптау кезінде— 10—20 м/сек, ерітіндіден «құрғақ» әдісі бойынша қалыптағанда— 5—10 м/сек, «ылғалды» әдісі бойынша — 0,5-2 м/сек.

Иіру ерітіндісі (балқымасы) тұтқыр сұйықтық ағындарының талшыққа өту процесінде бір мезгілде созылады (фильерлік созу); кейбір жағдайларда талшық иіру шахтасында қосымша созылады немесе иілімді күйінде иіру машинасынан шыққаннан кейін міндетті түрде созылады (иілімді созу). Иілімді күйінде талшықтарды созу олардың беріктігінің өсуіне әкеледі. Бірнешеден 360 000 талшықтарға дейін құрайтын ширатылған жіптерді қалыптаудан кейін өңдеуге бағыттайды немесе суық немесе қыздырылған (100—160 °С дейін) түрінде қосымша 3-10 рет созады.

Қосымша созу созу кезінде талшықтардың беріктігін едәуір жоғарылатады және олардың салыстырмалы ұзаруын төмендетеді; бірмезгілде көптеген бағалы талшықтардың текстилді қасиеттері жақсарады (серпімділік модулі артады, иілімді деформация үлесі төмендейді, көп ретті деформациялар кезінде тұрақтылық өседі).

Қалыптау шарттары (полимердің қатаю жылдамдығы, оның ерітіндіден немесе балқымадан тепе-тең бөлінуі, созу және созу дәрежесі) қалыптанатын талшықтардың сапасын және олардың физика-механикалық қасиеттерін анықтайды.

5.3 кесте

Химиялық талшықтардың қасиеттері

Талшық	Сызықтық тығыздығы(қалыңдығы), текс	Тығыз-дығы, г/см^3	Беріктік	Салыстырмалы ұзаруы, %	Судағы ісінуі, %
құрғақ талшық, Мн/м^2	ылғалды талшық	тоқымадағыталшық
% құрғақ талшық беріктігінен	құрғақ талшық	ылғалды талшық
Жасанды талшық
Ацетатты (жіп)......................... Триацетатты штапелді......... Визкозды штапелді қарапайым штапелді жоғары берік.... штапелді жоғары модулді қарапайым жіп............................ жоғары берік жіп.............. Мысаммиакты штапелді...... жіп............................................	6,7-17 0,33-067 0,17-0,67 0,17-0,33 0,11-0,25 6,7-27,2 180; 250 0,17-0,67 5,13	1,32 1,30 1,52 1,52 1,52 1,52 1,52 1,52 1,52	160-180 140-160 320-370 500-620 500-820 320-370 450-820 210-260 230-320			25-35 22-28 15-23 19-28 5-15 15-23 12-16 30-40 10-17	35-45 30-40 19-28 23-29 7-20 19-28 20-27 35-50 15-30	20-25 12-18 95-120 62-65 55-90 95-120 62-70 -
Синтетикалық талшық
Полиамидті (капрон) қарапайым жіп............................ жоғары берік жіп.............. штапелді............................... Полиэфирлі (лавсан) қарапайым жіп............................ жоғары берік жіп.............. штапелді............................... Полиакрилрнитрильное (нитрон) техникалық жіп.............................. штапелді............................... Поливинилспиртті (штапелді)....... Поливинилхлоридті (штапелдіе)...... Полипропиленді жіп.......................................... штапелді............................... Полиуретанды (жіп, штапелді)......	1,7; 5; 16 0,18-0,48   0,17-0,83   0,17-0,83 0,17-0,33 0,17-0,33   6,7-17 0,4-1 -	1,14 1,14 1,14   1,38 1,38 1,38   1,17 1,17 1,30 1,38   1,0	460-640 740-860 410-620   520-620 800-1000 400-580   460-560 210-320 470-700 110-160   300-650 300-490 50-100	85-90 85-90 80-90	40-80   60-90	30-45 15-20 40-70   18-20 8-15 20-30   16-17 20-60 20-23 23-180   15-30 20-40 500-1000	30-45 45-20 40-70   18-30 8-15 20-30   16-17 20-60 20-25 23-180   15-30 20-40 500-1000	10-12 9-10 10-12   3-5 3-5 3-5   5-6   -
Табиғи талшық
Мақта.................................... Жүн....................................	0,11-0,2 0,21-5	1,52 1,32	330-400 330-400		-	22-25	25-30	22-34

Моноталшықты қалыптағаннан кейін текстилді және кордты жіптерді әр түрлі реагенттермен өңдеуге, кептіруге, орауға ұшыратады және шпуль, копс және т.б. түрінде шығарады; штапелді талшықтардың ширатылған жіптерін 30-100 мм ұзындығымен кесінділерге (штапельдерге) кеседі және реагенттермен өңдеуге және кептіруге ұшыратады. Кейбір жағдайларда штапелді талшықтар өндірісіне арналған ширатылған жіптерді реагенттермен өңдеуге ұшыратады және кесуге дейін кептіреді. Әр түрлі реагнеттермен талшықтарды өңдеу сипаты қалыптау шарттарына байланысты. Мұнда талшықтардан төмен молекулалық қосылыстар (мысалы, полиамидті талшықтардан), еріткіштер (мысалы, полиакрилонитрилді талшықтардан), шығарып тастайды, қышқылдар, тұздар және тұндырғыш суаттардан талшықтардан алынатын басқа қоспалар жуылады (мысалы, вискозды талшықтар үшін). Талшықтарға жұмсақтық, бір-бірімен жабысу қабілетін, антистатикалық қасиеттерді беру үшін, сондай-ақ жуу мен тазалаудан кейін үйкеліс коэффициентін төмендету үшін оларды әуелік өңдеуге ұшыратады, содан соң кептіргіш роликтерде, цилиндрлерде немесе кептіргіш камераларда кептіреді. Химиялық талшықтардың реагенттермен өңделуі мен кептірілуі созылған (мұнда талшықтың физхика-механикалық көрсеткіштері өзгермейді) және бос күйінде жүргізіледі. Соңғы жағдайда талшық отырғызылады; мұнда созу кезіндегі беріктігі елеусіз төмендейді, бірақ салыстырмалы ұзаруы күшті өседі және созылымдылық қасиеттері жақсарады.

Өңдеу мен кептіруден кейін көптеген химиялық талшықтар жылулық өңдеуге – фиксацияға ұшыратады (әдетте созылған күйінде 100-180°С-та), нәтижесінде полимердегі молекула аралық байланыстардың саны өседі, талшық пішіні, тоқыманың көлемдігі т.б. тұрақтанады, сондай-ақ жоғарылатылған температураларда өңдеген кезде талшықтардың да, олардан жасалған бұйымдардың да отыруы.

Талшық түзетін полимерлердің, сондай-ақ полимерлерді де, олардан талшықтарды модификациялау әдістерінің үлкен түрлілігі әр түрлі текстилді және басқа қасиеттерімен химиялық талшықтарды алуға мүмкіндік береді (5.3 кесте).

Синтетикалық талшықтар

Синтетикалық талшықтар (synthetic fibres, Syn-thesefasern, fibres synthetiques) — синтетикалық полимерлерден қалыптанатын химиялық талшықтар. Синтетикалық талшықтарды алу үшін өнеркәсіпте полиамидтер, полиэфирлер, полиакрилонитрил, полиолефиндер, поливинилхлорид, поливи­нилді спирт қолданылады.

Синтетикалық химиялық талшықтар, олар қалыптанатын полимерлердің табиғаты бойынша гетеротізбектіге және карботізбектіге бөлінеді. Осы топтардың әрбірі, өз кезегінде, жеке өкілдерінің үлкен санынан тұрады (5.3 сурет).

Синтетикалық талшықтардың өндірісі келесі сатылардан тұрады: 1) иіру балқымасын (полиа­мидтер, полиэфирлер, полиолефиндер) және ерітіндісін (полиакрилонитрил, поливинилхлорид, поливинилді спирт) олардан қоспалар мен ауа көпіршіктерін жоя отырып, дайындау; 2) иілімді күйге созумен және термофикациямен ерітіндіден (балқымадан) талшықты пішіндеу; 3) пішінделген талшықтарды өңдеу (әр түрлі реагенттермен өңдеу, майлау, кептіру, орау, қаптау).

Бастапқы полимерлердің қасиеттерінің түрлілігі және оларда әр түрлі реакцияға қабілетті топтардың болуы модификация әдістерімен әр түрлі қасиеттерімен синтетикалық талшықтарды алуға мүкіндік береді.

Синтетикалық талшықтар моноталшық, текстилді немесе техникалық жіптер және штапелді талшықтар түрінде шығарады. Синтетикалық талшықтардың беріктігі 1,2 Гн/м² (120 кгс/мм²) жетеді, жоғары созылымды деформациясы 2-ден 1000%-ға дейін құрайды. Синтетикалық талшықтардың текстилді және физика-химиялық көрсеткіштері жасанды талшықтарға қарағанда анағұрлым әр түрлі. Синтетикалық талшықтардың өндірісі жасанды талшықтар өндірісінен жылдам дамып жатыр, ол бастапқы шикізаттың жетімділігімен, әр түрлі полимерлер өндірісінің дамуымен, әсіресе, синтетикалық талшықтардың әр түрлі қасиетерімен және жоғары сапасымен түсіндіріледі.

Химиялық талшықтардың ерекше тобын әр түрлі бейорганикалық заттардан: кремний қосылыстарынан, металдардан және олардың қосылыстарынан, көміртектен, бордан қалыптанатын жасанды талшықтар құрайды. 5.4 суретте бейорганикалық химиялық талшықтардың сыныптамасы келтірілген.

5.4 сурет. Бейорганикалық химиялық талшықтардың сыныптамасы

1-шыны талшық, 2-базальтты, 3-вольфрамды, 4-бериллийлі, 5-молибденді,

6-болатты, 7-тотықты, 8-титан боридінен, 9-карбидті(бор, кремний карбидтері),

10-нитридті (кремний нитриді), 11-боридті, 12-көміртекті.

Талшық түзуші полимерлер

Талшық түзуші полимерлер (Fibre-forminq polumers, faserbildende polumeres Polumere, polumeres fibroqenes) – талшықтарды қалыптау үшін жарамды табиғи немесе синтетикалық полимерлер.

Талшық түзуші полимерлер ыдыраусыз балқуы керек немесе жеткілікті тұтқыр концентрленген ерітінділер түзе отырып, жеткілікті ерітінділерде еруі керек. Полимерге талшық қалыбын беру үшін жеке макромолекулалар немесе олардың агрегаттары бір-біріне алмасатындай болуы қажет. Бұл шарт макромолекуланың молекула аралық әрекеттесуінің (сутектік, диполді, ван-дервальсті) қосынды энергиясы Е₁ макромолекулалық тізбектегі көрші атомдардың химиялық байланыстардың энергиясынан Е₀ төмен болғанда орындалады. Сондай-ақ полимердің химиялық құрылысына тәуелді болатын және температураның өсуімен немесе полимердің ерітіндіге өтуі кезінде жоғарылайтын макромолекулалық тізбектің иілімділігі үлкен әсер көрсетеді.

Температура жоғарылаған кезде е мәні, яғни Е₁ төмендейді және Е₁ балқу температурасы кезінде Е₀ төмен болады. Полимер тұтқыр аққыш күйге өтеді және талшыққа пішінделу қабілетіне ие болады. Уменьшение е және Е₁ сондай-ақ төмендеуі полярлы топтардың еріткіш молекулаларымен сольватациясы кезінде немесе талшық түзуші полимерлердің макромолекулаларының еріткіш молекулаларымен энтропиялық араласуы кезінде мүмкін. Бұл жағдайларда талшық түзуші полимерлердің тұтқыр аққыштық күйіне өту мүмкіндігі тек е мәнімен ғана емес, бірақ молекулалық массамен, сондай-ақ орналасу факторымен анықталады. Талшық түзуші полимерлердің балқу температурасы 150-280°С аралығында жатуы керек. Төменгі аралық талшықтарды іс жүзінде қолдану шарттарымен (үтік температурасы -140°С), ал жоғарғысы – полимер тұрақтылығымен анықталады (көптеген талшық түзуші полимерлер 310-320°С-та айтарлықтай бұзылады). Кейде талшық түзуші полимерлер ретінде қыздырған кезде балқусыз тұтқыр иілімді күйге өтетін полимерлер қолданылады.

Молекулалық массаның, «қаптау» тығыздығының және макромолекулалардың орналасуының өсуі полимерлердің балқуы мен еруін қиындатады және жоғарылатылған тұтқырлығымен және төмендетілген концентрациясымен балқымалар мен ерітінділердің алынуына алып келеді. Бұл талшықтар өндірісінде технологиялық қиындықтарды туындатады.

Талшық түзуші полимерлер 15 000-80 000 аралығындағы молекулалық массаға ие. ~15 000 төмен молекулалық массасымен полимерлерден алынатын талшықтар жеткілікті беріктікке ие болмайды. Жоғары молекулалық массасымен талшық түзуші полимерлер талшықтың беріктігі өседі, яғни молекула аралық өзара әрекеттесу Е₁ өседі. Бірақ ~80 000 көп молекулалық массасымен полимерлер олардан талшықтарды пішіндеуді қиындатын жоғары тұтқыр ерітінділер мен балқымалар түзіледі. Фильерлерге тұтқыр массаларды беру үшін экструдерлерді қолданумен талшықтарды пішіндеу талшық түзуші полимерлердің молекулалық массасының жоғарғы шегін 150 000-200 000 дейін көтеруге мүмкіндік береді және осымен талшықтар сапасын да жоғарылатады.

Талшық түзуші полимерлердің иакроиолекулалары сызықтық немесе әлсіз тармақталғанқалыпқа ие болуы керек. Торлы (тігілген) құрылымымен полимерлер талшықтар алу үшін жарамсыз, өйткені олар ерітіндіге немесе балқымаға өтуі мүмкін. Макромолекулаларда үлкен тармақтардың болуы молекула аралық өзара әрекеттесуді төмендетеді және бір мезгілде қалыптау және талшықтарды иілімді созу кезінде макромолекулалардың орналасуын қиындатады; бұл талшықтың созу кезіндегі беріктігін төмендетеді және қажетсіз иілімді деформацияны өсіреді сондықтан, мысалы, полиолефиндер класынан таолшықтарды қалыптуға тек стереоретті іс жүзінде тармақталмаған полимерлер (мысалы, изотактикалық полипропилен) жарамды.

Талшық түзуші полимерлер ретінде поликонденсациялаумен алынатын сызықтық полимерлер, мысалы полиамидтер, полиэфирлер кең қолданылады. Радикалды полимерлеумен алынатын полимерлердің макромолекулалары, әдетте тармақталған құрылымға ие; ол макромолекулалары, полимерлер молекулалық өзара әрекеттесуін жеткілікті үлкен болатын, активті полярлы топтарды құраса ғана талшықтарды қалыптау үшін қолданылуы мүмкін. Мұндай талшық түзуші полимерлерге аз тармақталған поливинилхлорид, поливиниловый спирт, полиакрилонитрил және т.б. карботізбекті полимерлер жатады. Иондық полимерленумен алынатын полимерлерден жоғары сапалы талшықты қалыптау мүмкін, бірақ құрылымның жоғары реттілігінің арқасында бұл полимерлерді ерітінділерге өтуі технологиялық қиындықтармен байланысты.

Талшық түзуші полимерлер тар молекулалық-массалық таралымға ие болуы қажет. Полимердің полидисперстілігінің өсуімен полимердегі қысқа молекулалардың саны өседі, ол молекула аралық өзара әрекеттесудің төмендеуіне шарттанған. Нәтижесінде полимердің ерітіндігге немесе балқымаға өтуі, сондай-ақ талшықтарды иілімді созу жеңілдейді, дегенмен талшықтарда макромолекулалардың орналасуы қиындайды. Мұнда талшықтардың сапасы төмендейді. Тепе-тең поликонденсациялаумен алынатын полимерлер радикалды полимерлеумен алынатын полимерлермен салыстырғанда молекулалық-массалық таралымы едәуір тар болуымен ерекшелінеді. Сондықтан поликонденсациялық полимерлер жоғары сапалы талшықтарды жасау үшін анағұрлым жарамды.

Талшық түзуші полимерлердің иілімділігі жеткілікті жоғары болу керек. Көптеген химиялық талшықтардың оптималды тектилді қасиеттері жоғары кристалдылық кезінде жетеді. Талшық түзуші полимерлерде аморфты аймақтардың болуы созылымдылыққа, серпімділікке, шаршау беріктігіне және талшықтардың басқа да бағалы қасиеттеріне жағымды әсер етеді, ал кристалдық фаза сыртқы әсерлерге тұрақтылық береді және барлық жағдайларда талшықтардың пішін тұрақтылығын анықтайды.

Талшық түзуші полимерлер ретті, кей жағдайларда стереоретті құрылымға ие болуы керек. Құрылымның реттілігінің өсуімен иолекула аралық өзара әрекеттесу де өседі, бірақ құрылымның «асқан» реттілігі полимердің тұтқыр аққыш күйіне өтуін қиындатады.

Полимерде ОН, СООН, NН₂ және басқа гидрофилді топтардың болуы одан су және су буларын сіңіретін талшықтарды, яғни халық тұрмысындағы тауарларды жасау үшін кең қолданылатын талшықтарды алуды қамтамасыз етеді.

Дата добавления: 2014-01-20