Fibres et fils chimiques. Encyclopédie du génie mécanique XXL Fibres chimiques inorganiques
Auteur Encyclopédie chimique b. I.L. KnunyantsFIBRES INORGANIQUES, des matériaux fibreux obtenus à partir de certains éléments (B, métaux), de leurs oxydes (Si, Al ou Zr), des carbures (Si ou B), des nitrures (Al), etc., ainsi qu'à partir de mélanges de ces composés, par exemple, divers oxydes ou carbures. Voir aussi Fibre de verre, Fibres métalliques, Amiante.
Méthodes de production : moulage par spunbond à partir de fonte ; faire exploser la masse fondue avec des gaz inertes chauds ou de l'air, ainsi que dans un champ centrifuge (cette méthode produit des fibres à partir de silicates fusibles, par exemple du quartz et du basalte, à partir de métaux et de certains oxydes métalliques); croissance monocristalline. fibres de fonte; moulage à partir de polymères inorganiques suivi d'un traitement thermique (obtenir des fibres d'oxyde) ; extrusion d'oxydes finement dispersés plastifiés avec des polymères ou des silicates fusibles, suivie de leur frittage ; traitement thermodynamique des fibres organiques (généralement de la cellulose) contenant des sels ou d'autres composés de métaux (des fibres d'oxyde et de carbure sont obtenues, et si le processus est réalisé en milieu réducteur, du métal); réduction des fibres d'oxyde avec du carbone ou conversion des fibres de carbone en fibres de carbure ; dépôt en phase gazeuse sur un substrat - sur des filaments, des bandes de films (par exemple, les fibres de bore et de carbure sont obtenues par dépôt sur un filament de tungstène ou de carbone).
Mn. sortes de FIBRE INORGANIQUE c. modifiés par application de couches de surface (barrière), principalement par dépôt en phase gazeuse, ce qui permet d'augmenter leurs propriétés opérationnelles (par exemple, fibres de carbone avec un revêtement de surface en carbure).
K FIBRES INORGANIQUES fermer des monocristaux en forme d'aiguille de divers composés (voir. Cristaux filamenteux).
La plupart des FIBRES INORGANIQUES dans. ont polycristallin. structure, fibres de silicate - généralement amorphes. Pour les FIBRES INORGANIQUES, obtenues par dépôt en phase gazeuse, la stratification hétérogène est caractéristique. structure, et pour les fibres obtenues par frittage, la présence d'un grand nombre de trous. Fourrure. PROPRIÉTÉS DES FIBRES INORGANIQUES c. sont donnés dans le tableau. Plus la structure des fibres est poreuse (obtenue par exemple par extrusion suivie d'un frittage), plus leur densité et leurs propriétés mécaniques sont faibles. FIBRE INORGANIQUE résistant dans de nombreux environnements agressifs, non hygroscopique. Il va s'oxyder. l'environnement est le plus résistant aux fibres d'oxyde, dans une moindre mesure - au carbure. Les fibres de carbure ont des propriétés semi-conductrices et leur conductivité électrique augmente avec l'augmentation de la température.
PRINCIPALES PROPRIÉTÉS DE CERTAINES ESPÈCES FIBRE INORGANIQUE À HAUTE RÉSISTANCE DE LA COMPOSITION SPÉCIFIÉE *
* Fibres inorganiques utilisées pour l'isolation thermique et fabrication de matériaux filtrants, ont plus faibles propriétés mécaniques.
FIBRE INORGANIQUE et des charges renforçant le fil dans la construction. matériaux avec organique, céramique. ou métallique. matrice. FIBRE INORGANIQUE (à l'exception du bore) sont utilisés pour obtenir des isolants thermiques poreux fibreux ou composites (à matrice inorganique ou organique) à haute température. matériaux; ils peuvent fonctionner longtemps à des températures allant jusqu'à 1000-1500 ° C. Fait de quartz et d'oxyde FIBRES INORGANIQUES fabriquer des filtres pour liquides agressifs et gaz chauds. Les fibres et filaments de carbure de silicium électriquement conducteurs sont utilisés en génie électrique.
Littérature : Konkin AA, Carbone dans d'autres matériaux fibreux résistants à la chaleur, M., 1974 ; Katz S.M., Isolants thermiques haute température
Série télévisée, M., 1981 ; Charges pour matériaux composites polymères, trans. de l'anglais, M., 1981.K.E. Perepelkin.
Encyclopédie chimique. Tome 3 >>
), leurs oxydes (Si, Al ou Zr), les carbures (Si ou B), les nitrures (Al), etc., ainsi qu'à partir de mélanges de ces composés par exemple. décomp. oxydes ou carbures. voir également Fibre de verre, Fibres métalliques, Amiante.
Méthodes de production : moulage par spunbond à partir de fonte ; faire sauter la masse fondue avec des gaz inertes chauds ou de l'air, ainsi que dans un champ centrifuge (par cette méthode, des fibres sont obtenues à partir de silicates fusibles, par exemple de quartz et de basalte, à partir de métaux et de certains oxydes métalliques); croissance monocristalline. fibres de fonte; moulage à partir d'inorganiques. polymères avec le dernier. traitement thermique (obtenir des fibres d'oxyde); extrusion d'oxydes finement dispersés plastifiés avec des polymères ou des silicates fusibles, suivie de les fritter; thermique. org. de traitement (généralement de la cellulose) contenant des fibres ou autres. métaux (obtenir des fibres d'oxyde et de carbure, et si le processus est effectué dans un environnement réducteur - métal); les fibres d'oxyde par le carbone ou la transformation des fibres de carbone en carbure ; en phase gazeuse sur un substrat - sur des filaments, des bandes de films (par exemple, les fibres de bore et de carbure sont obtenues par dépôt sur un filament de tungstène ou de carbone).
Mn. Les types de siècle de N. modifié en appliquant des couches de surface (barrière), ch. arr. dépôt en phase gazeuse, ce qui permet d'augmenter leur exploitation. Holy Island (par exemple, avec un revêtement de surface en carbure).
La plupart des N. dans. ont polycristallin. structure, fibres de silicate - généralement amorphes. Pour le N. siècle, obtenu par dépôt en phase gazeuse, la couche hétérogène est caractéristique. structure, et pour les fibres obtenues par frittage, la présence d'un grand nombre. Fourrure. Saint va N. siècle sont donnés dans le tableau. Plus la structure des fibres est poreuse (obtenue par exemple par extrusion suivie d'un frittage), plus leur densité et leur fourrure sont faibles. Ile Sainte. N. dans. stable au pluriel. environnements agressifs, non hygroscopiques. Il va s'oxyder. environnement naib. les fibres d'oxyde, dans une moindre mesure, les carbures. Les fibres de carbure ont des propriétés semi-conductrices, leur conductivité électrique augmente avec l'augmentation de la température.
PRINCIPALES PROPRIÉTÉS DE CERTAINES ESPÈCES FIBRE INORGANIQUE À HAUTE RÉSISTANCE DE LA COMPOSITION SPÉCIFIÉE *
* Inorg. fibres utilisées pour l'isolation thermique et fabrication de matériaux filtrants, ont plus fourrure basse. Ile Sainte.
N. dans. et des fils de renforcement dans la construction. matériaux ayant org., céramique. ou métallique. matrice. N. dans. (à l'exception du bore) sont utilisés pour obtenir des isolants thermiques poreux fibreux ou composites (à matrice inorganique ou organique) à haute température. matériaux; ils peuvent fonctionner longtemps à des températures allant jusqu'à 1000-1500 ° C. De quartz et d'oxyde N. de siècle. fabriquer des filtres pour liquides agressifs et gaz chauds. Les fibres et filaments de carbure de silicium électriquement conducteurs sont utilisés en génie électrique.
Lit. : Konkin AA, Carbone dans d'autres matériaux fibreux résistants à la chaleur, M., 1974; Katz S.M., Isolants thermiques haute température
Série télévisée, M., 1981 ; Charges pour matériaux composites polymères, trans. de l'anglais, M., 1981. K.E. Perepelkin.
Encyclopédie chimique. - M. : Encyclopédie soviétique. Éd. I. L. Knunyants. 1988 .
Voyez ce que sont les « FIBRES INORGANIQUES » dans d'autres dictionnaires :
Avoir inorg. chaînes principales et ne contiennent pas org. radicaux secondaires. Les chaînes principales sont construites à partir de liaisons covalentes ou ioniques ; dans certains N. de l'élément, la chaîne de liaisons covalentes ioniques peut être interrompue par des articulations simples de coordonnées. personnage. ... ... Encyclopédie chimique
Obtenu à partir de métaux (par exemple, Al, Cu, Au, Ag, Mo, W) et d'alliages (laiton, acier, réfractaire, par exemple nichrome). Ils sont polycristallins. structure (sur les structures monocristallines du siècle M., voir Cristaux filamentaires).Ils produisent des fibres, des monofilaments (fils minces) ... Encyclopédie chimique
fibres résistantes à la chaleur- Fibres synthétiques adaptées à une utilisation dans l'air à des températures supérieures aux limites de stabilité thermique des fibres textiles conventionnelles. Ils sont obtenus par moulage à partir de solutions de polyamides aromatiques (voir polyamide ... ... Glossaire des textiles
Fibres de quartz (filaments)- fibres (filaments) inorganiques résistantes à la chaleur (résistantes aux hautes températures) avec des propriétés diélectriques, acoustiques, optiques, chimiques élevées. Les propriétés énumérées déterminent leur large application. K.N. dans le nucléaire, l'aviation... Encyclopédie de la mode et de l'habillement
Matériaux inorganiques- - des matériaux de nature inanimée, inorganique : pierre, minerais, sels, etc. Ces matériaux sont omniprésents. Ils sont ininflammables, utilisés pour la fabrication de liants minéraux, métaux, granulats en béton, fibres minérales, etc... ... Encyclopédie des termes, définitions et explications des matériaux de construction
Substances ou matériaux à introduire dans la composition des composites polymères. matériaux (par exemple, plastiques. masses, caoutchoucs, adhésifs, mastics, composés, peintures et vernis) afin de modifier le fonctionnement. sv in, facilitant le traitement et réduisant leur ... Encyclopédie chimique
Polymère- (Polymère) Détermination du polymère, des types de polymérisation, des polymères synthétiques Informations sur la détermination du polymère, des types de polymérisation, des polymères synthétiques Contenu Contenu Définition Contexte historique Science sur les types de polymérisation ... ... Encyclopédie des investisseurs
indice- 01 DISPOSITIONS GÉNÉRALES. TERMINOLOGIE. STANDARDISATION. DOCUMENTATION 01.020 Terminologie (principes et coordination) 01.040 Dictionnaires 01.040.01 Dispositions générales. Terminologie. Standardisation. Documentation (Dictionnaires) 01.040.03 Services. Organisation d'entreprises, ... ... Normes de l'Organisation internationale de normalisation (ISO)
MUSCLES- MUSCLES. I. Histologie. Du point de vue morphologique général, le tissu de la substance contractile est caractérisé par la présence de différenciation dans le protoplasme de ses éléments spécifiques. structure fibrillaire; ces derniers sont spatialement orientés dans le sens de leur réduction et ... ...
CUIR- (tegumentum commune), un organe complexe qui constitue la couche externe de tout le corps et remplit un certain nombre de fonctions, à savoir : protection du corps contre les influences extérieures néfastes, participation à la régulation thermique et au métabolisme, perception des stimuli externes.. ... Grande encyclopédie médicale
Produits textiles
Les produits textiles sont des produits fabriqués à partir de fibres et de fils. Il s'agit notamment des tissus, des tissus tricotés, des non-tissés et des films, du cuir artificiel et de la fourrure.
Les facteurs qui forment les propriétés de consommation et la qualité des produits textiles comprennent les propriétés, la structure et la qualité des fibres textiles, des fils et des fils, la méthode de production, la structure du matériau et le type de finition.
Classification, assortiment et propriétés des fibres
Une fibre est un corps souple et résistant, dont la longueur est plusieurs fois ses dimensions transversales. Les fibres textiles sont utilisées pour fabriquer des fils, des fils, des tissus, des tissus tricotés, des non-tissés, du cuir artificiel et de la fourrure. Actuellement, dans la fabrication de textiles, divers types de fibres sont largement utilisés, qui diffèrent les uns des autres par leur composition chimique, leur structure et leurs propriétés.
Les principales caractéristiques de la classification des fibres textiles sont la méthode de production (origine) et la composition chimique, qui déterminent les principales propriétés physiques, mécaniques et chimiques des fibres, ainsi que les produits obtenus à partir de celles-ci. Par origine, toutes les fibres sont subdivisées en naturelles et chimiques.
Fibres naturelles - fibres d'origine naturelle, c'est-à-dire végétale, animale ou minérale.
Les fibres synthétiques sont des fibres fabriquées dans une usine. Les fibres chimiques sont artificielles et synthétiques. Les fibres artificielles sont obtenues à partir de composés naturels de haut poids moléculaire. Les fibres synthétiques sont obtenues à partir de substances de faible poids moléculaire à la suite d'une réaction de polymérisation ou de polycondensation, principalement à partir de produits raffinés du pétrole et du charbon.
Assortiment et propriétés des fibres et fils naturels
Des composés naturels de poids moléculaire élevé se forment au cours du développement et de la croissance des fibres. La substance principale de toutes les fibres végétales est la cellulose, les fibres animales - les protéines : la laine - la kératine, la soie - la fibroïne.
Coton obtenu à partir de capsules de coton. Il se compose de fibres fines, courtes, douces et duveteuses qui recouvrent les graines des cotonniers annuels. C'est la principale matière première de l'industrie textile. La fibre de coton est un tube à paroi mince avec un canal à l'intérieur. Le coton se caractérise par une résistance relativement élevée, une résistance à la chaleur (130-140°C), une hygroscopicité moyenne (18-20%) et une faible proportion de déformation élastique, à la suite de laquelle les produits en coton sont fortement froissés. Le coton est très résistant aux alcalis et négligeable à l'abrasion. Des découvertes récentes en génie génétique ont permis de cultiver du coton coloré.
Lin- fibres libériennes dont la longueur est de 20 à 30 mm ou plus. Ils sont constitués de cellules cylindriques allongées avec des surfaces plutôt lisses. Les fibres élémentaires sont interconnectées par des substances de pectine en faisceaux de 10 à 50 pièces. L'hygroscopicité est de 12 à 30 %. La fibre de lin est peu colorée en raison de la teneur importante en corps gras. Le coton est supérieur en résistance à la lumière, aux températures élevées et à la destruction microbienne, ainsi qu'en conductivité thermique. La fibre de lin est utilisée pour la fabrication de tissus techniques (bâches, toiles, courroies d'entraînement, etc.), ménagers (lin, tissus de costumes et d'habillement) et de contenants.
Laine représente la racine des cheveux des moutons, des chèvres, des chameaux et d'autres animaux. La fibre de laine est constituée de couches écailleuses (extérieures), corticales et moelleuses. La part de la protéine kératinique dans la composition chimique de la fibre représente 90 %. La majeure partie de la laine destinée à l'industrie textile est fournie par l'élevage ovin. La laine de mouton est de quatre types : duvet, poils de transition, awn et poils morts. Le duvet est une fibre très fine, frisée, douce et durable sans couche centrale. Des duvets d'eider, d'oie, de canard, de chèvre et de lapin sont utilisés. Les cheveux de transition sont une fibre plus épaisse et plus grossière que le duvet. L'awn est une fibre plus rigide que les cheveux de transition. Le poil mort est une fibre non frisée très épaisse et grossière recouverte de grandes écailles lamellaires. La fibre Moger (Angora) est obtenue à partir de chèvres Angora. Des chèvres du Cachemire, on obtient la fibre du Cachemire, qui est douce, tendre au toucher et à prédominance blanche. La particularité de la laine est sa capacité de feutrage et sa haute résistance à la chaleur. Grâce à ces propriétés, la laine est utilisée pour produire des tissus et des tricots de l'assortiment d'hiver, ainsi que des tissus, des rideaux, du feutre, du feutre et des produits feutrés.
Soie- ce sont de longs fils fins produits par le ver à soie à l'aide de glandes séparatrices de soie, et enroulés par celui-ci sur un cocon. La longueur d'un tel fil peut aller de 500 à 1 500 m. La soie de la plus haute qualité est considérée comme de la soie torsadée fabriquée à partir de longs fils extraits du milieu du cocon. La soie naturelle est largement utilisée dans la production de fils à coudre, de tissus vestimentaires et d'articles à la pièce (foulards, foulards et foulards). La soie est particulièrement sensible à l'action des rayons ultraviolets. Par conséquent, la durée de vie des produits en soie naturelle sous la lumière du soleil est fortement réduite.
Assortiment et propriétés des fibres et fils chimiques
Fibres artificielles
Fibre de viscose- la plus naturelle de toutes les fibres chimiques, obtenue à partir de cellulose naturelle. Selon le but, les fibres de viscose sont produites sous forme de fils, ainsi que les fibres discontinues (courtes) avec une surface brillante ou mate. La fibre a une bonne hygroscopicité (35-40%), une résistance à la lumière et une douceur. Les inconvénients des fibres de viscose sont : une grande perte de résistance à l'état humide, un froissement facile, une résistance insuffisante au frottement et un retrait important à l'état humide. Ces inconvénients sont éliminés dans les fibres de viscose modifiées (polynose, siblon, mtilon), qui se caractérisent par une résistance à sec et humide nettement plus élevée, une plus grande résistance à l'usure, moins de retrait et une résistance accrue au froissement. Siblon, par rapport à la fibre de rayonne conventionnelle, a un degré de retrait inférieur, une résistance au froissement, une résistance à l'humidité et une résistance aux alcalis accrues. Mtilan a des propriétés antimicrobiennes et est utilisé en médecine comme fils pour la fixation temporaire des sutures chirurgicales. Les fibres de viscose sont utilisées dans la production de tissus d'habillement, de sous-vêtements et de vêtements d'extérieur, à la fois sous forme pure et en mélange avec d'autres fibres et fils.
Fibres d'acétate et de triacétate obtenu à partir de cellulose de coton. Les tissus en fibres d'acétate ressemblent beaucoup à la soie naturelle, ont une élasticité élevée, une douceur, un bon drapé, un faible pli, une capacité à transmettre les rayons ultraviolets. L'hygroscopicité est inférieure à celle de la viscose, elles sont donc électrifiées. Les tissus en triacétate ont peu de plis et de rétrécissement, mais perdent de leur résistance lorsqu'ils sont mouillés. En raison de leur grande élasticité, les tissus conservent leur forme et se terminent bien (plis et plis). La haute résistance à la chaleur vous permet de repasser les tissus en fibres d'acétate et de triacétate à 150-160°C.
Fibres synthétiques
Les fibres synthétiques sont fabriquées à partir de matériaux polymères. Les avantages généraux des fibres synthétiques sont une résistance élevée, une résistance à l'abrasion et aux micro-organismes et une résistance aux plis. Le principal inconvénient est la faible hygroscopicité et l'électrification.
Les fibres de polyamide - nylon, anid, énant, nylon - se distinguent par une résistance à la traction élevée, une résistance à l'abrasion et à la flexion répétée, ont une résistance chimique élevée, une résistance au gel, une résistance aux micro-organismes. Leurs principaux inconvénients sont une faible hygroscopicité, une résistance à la chaleur et à la lumière, une électrification élevée. À la suite d'un "vieillissement" rapide, ils jaunissent, deviennent cassants et durs. Les fibres et fils de polyamide sont largement utilisés dans la fabrication de produits ménagers et techniques.
Les fibres de polyester - lavsan - sont détruites par l'action des acides et des alcalis, l'hygroscopicité est de 0,4%, elle n'est donc pas utilisée sous forme pure pour la production de textiles ménagers. Il se caractérise par une résistance thermique élevée, un faible retrait, une faible conductivité thermique et une élasticité élevée. Les inconvénients de la fibre sont sa rigidité accrue, sa capacité à former un boulochage à la surface des produits, sa faible hygroscopicité et sa forte électrification. Lavsan est largement utilisé dans la production de tissus, de tissus tricotés et non tissés à usage domestique dans un mélange avec de la laine, du coton, du lin et des fibres de viscose, ce qui confère aux produits une résistance accrue à l'abrasion, à l'élasticité et à la stabilité dimensionnelle. De plus, la fibre est utilisée en médecine pour faire des sutures et des vaisseaux sanguins.
Les fibres de polyacrylonitrile - nitro, dralon, dolan, orlon - ressemblent à de la laine en apparence. Les produits fabriqués à partir de celui-ci, même après lavage, ont une stabilité dimensionnelle et une résistance aux plis élevées. Résistant aux effets des mites et des micro-organismes, ont une résistance élevée aux radiations nucléaires. En termes de résistance à l'abrasion, le nitro est inférieur aux fibres de polyamide et de polyester. Il est utilisé dans la production de tricots, de tissus, ainsi que de fourrure artificielle, de tapis, de couvertures et de tissus.
Fibres d'alcool polyvinylique- le vinol, le ralon - ont une résistance élevée et une résistance à l'abrasion et à la flexion, à l'action de la lumière, des micro-organismes, de la sueur, de divers réactifs (acides, alcalis, oxydants, produits pétroliers). Le vinol se distingue de toutes les fibres synthétiques par son hygroscopicité accrue, ce qui permet de l'utiliser dans la production de tissus pour le lin et les vêtements d'extérieur. Les fibres discontinues (courtes) d'alcool polyvinylique sont utilisées sous forme pure ou en mélange avec du coton, de la laine, du lin ou des fibres chimiques pour obtenir des tissus, des tricots, du feutre, du feutre, de la toile, des bâches, des matériaux filtrants.
Fibres de polyuréthane- spandex, lycra - ont une grande élasticité: ils peuvent être étirés plusieurs fois et augmenter de 5 à 8 fois. Ils ont une élasticité, une résistance élevée, une résistance au froissement, une résistance à l'abrasion (20 fois supérieure à celle d'un fil de caoutchouc), aux intempéries et aux réactifs chimiques, mais une faible hygroscopicité et résistance à la chaleur : à des températures supérieures à 150 ° C, ils jaunissent et deviennent durs . En utilisant ces fibres, des tissus élastiques et des tissus tricotés pour vêtements d'extérieur, et des articles de toilette pour femmes, des vêtements de sport ainsi que des articles chaussants sont produits.
Fibres de polychlorure de vinyle- le chlore - ils résistent à l'usure et à l'action des produits chimiques, mais en même temps ils absorbent peu d'humidité, ne résistent pas suffisamment à la lumière et aux températures élevées : à 90-100°C, les fibres "rétrécissent" et se ramollissent . Ils sont utilisés dans la production de tissus filtrants, de filets de pêche, de lin tricoté médical.
Fibres de polyoléfine obtenu à partir de polyéthylène et de polypropylène. Ils sont moins chers et plus légers que les autres fibres synthétiques, ont des taux de résistance élevés, une résistance aux produits chimiques, aux micro-organismes, à l'usure et aux multiples courbures. Inconvénients : faible hygroscopicité (0,02%), électrification importante, instabilité aux hautes températures (à 50-60°C - retrait important). Principalement utilisé pour la fabrication de matériaux techniques, tapis, tissus imperméables, etc.
Filaments et fibres inorganiques
Fibres de verre obtenu à partir de verre de silicate par fusion et étirage. Ils sont ininflammables, résistants à la corrosion, aux alcalis et aux acides, haute résistance, propriétés d'isolation atmosphérique et acoustique. Utilisé pour la production de filtres, de revêtements intérieurs résistants au feu d'avions et de navires, de rideaux de théâtre.
Fibres métalliques obtenu à partir d'aluminium, de cuivre, de nickel, d'or, d'argent, de platine, de laiton, de bronze par emboutissage, découpage, rabotage et coulée. Alunite, lurex et clinquant sont produits. Mélangés à d'autres fibres et fils, ils sont utilisés pour la fabrication et la finition de vêtements, de tissus d'ameublement et de décoration et de mercerie textile.
Article de G.E. Krichevsky, docteur en sciences techniques, professeur, scientifique émérite de la Fédération de Russie
introduction
Actuellement, les pays les plus développés entrent dans le 6e ordre technologique, et les pays en développement les rattrapent. Ce mode de vie (société post-industrielle) repose sur de nouvelles technologies de rupture et, en premier lieu, des technologies nano-, bio-, info-, cognitives, sociales. Ce nouveau paradigme du développement de la civilisation touche tous les domaines des pratiques humaines, touche toutes les technologies des ordres antérieurs. Ces derniers ne disparaissent pas, mais ils sont substantiellement modifiés et modernisés. Mais, le plus important, un changement qualitatif est l'émergence de nouvelles technologies, leur transition vers un niveau commercial, l'introduction de produits de ces technologies et de technologies traditionnelles modifiées dans la vie quotidienne d'une personne civilisée (médecine, transports de toutes sortes, construction , vêtements, accessoires d'intérieur et de maison, sports, armée, moyens de communication, etc.).
Krichevsky G.E. - Professeur, docteur en sciences techniques, travailleur émérite de la Fédération de Russie, expert de l'UNESCO, académicien de la RIA et de la MIA, lauréat du prix d'État de l'ITS, membre de la Société nanotechnologique de Russie.
Ce virage tectonique, technologique et le domaine de la production de fibres ne sont pas passés sans lesquels non seulement la production de textiles de toutes sortes, mais de nombreux produits techniques de domaines d'application traditionnels et non traditionnels (composites, implants médicaux, présentoirs, etc. .) n'est pas possible.
Histoire
L'histoire des fibres est l'histoire de l'humanité, de l'existence primitive à la société post-industrielle moderne. La vie, la culture, le sport, la science, la technologie, la médecine sont impensables sans vêtements, intérieur de maison, textiles techniques. Mais tous les types de textiles n'existent pas sans fibres, qui en même temps ne sont que des matières premières, mais sans lesquelles il est impossible de produire tous les types de textiles et autres matériaux contenant des fibres.
Il est intéressant de noter qu'il y a plusieurs milliers d'années, à partir de la fin de l'ère paléolithique (~ 10-12 mille ans avant JC) et jusqu'à la fin du 18ème siècle, les gens utilisaient exclusivement, uniquement naturel (origine végétale et animale) fibres... Et seule la première révolution industrielle (2e ordre technologique - milieu du XIXe siècle) et, bien sûr, les progrès de la science et, surtout, de la chimie et des technologies chimiques, ont donné naissance à la première génération de fibres chimiques (cellulose hydratée - cuivre-ammoniac et viscose). A partir de ce moment-là, la production de fibres chimiques s'est développée extrêmement rapidement en termes quantitatifs (dépassement de la production de fibres naturelles en 100 ans) et à plusieurs postes en termes qualitatifs (amélioration significative des propriétés de consommation). Une brève histoire des fibres est présentée dans le tableau 1, d'où il suit que l'histoire des fibres chimiques a traversé trois étapes, la dernière n'est pas encore terminée et la troisième, la jeune génération de fibres chimiques passe par l'étape de sa constitution. PETIT CONTEXTE TERMINOLOGIQUE
Il existe une divergence entre les termes russes (anciennement soviétiques) et internationaux. Selon la terminologie soviétique et russe, les fibres sont divisées en fibres naturelles (végétales, animales) et chimiques (artificielles et synthétiques).
Posons-nous la question : « Tout ce qui nous entoure n'est-il pas constitué d'éléments et de substances chimiques ? Et par conséquent, elles sont chimiques et, par conséquent, les fibres naturelles sont également chimiques. Les remarquables scientifiques soviétiques qui ont proposé ce terme "chimique" étaient avant tout des chimistes-technologues et ont mis dans ce terme le sens du fait qu'ils sont produits non par la nature (biochimie), mais par l'homme à l'aide de technologies chimiques. En premier lieu, la technologie chimique domine dans ce terme.
La terminologie internationale désigne toutes les fibres artificielles et synthétiques (polymères), par opposition aux fibres naturelles (naturelles) - non fabriquées à la main, comme fabriquées par des mains humaines (fabriquées par l'homme) - les fibres artificielles. Cette définition est plus correcte de mon point de vue. Avec le développement de la chimie des polymères et des technologies de production de fibres, la terminologie dans ce domaine se développe également, devient plus précise et devient plus compliquée. Des termes tels que fibres polymères et non polymères, fibres organiques, inorganiques, nanométriques, fibres chargées de nanoparticules obtenues par génie génétique, etc. sont utilisés.
L'alignement de la terminologie avec les avancées de la fibre de troisième génération se poursuivra ; les producteurs et les consommateurs de fibres doivent garder un œil sur cela afin de se comprendre.
Nouvelle troisième génération de fibres haute performance (HEEF)
Les fibres de la troisième génération avec de telles propriétés dans la littérature étrangère sont appelées VEV - fibres à haute performance (HPF - High Performance Fibers) et, avec les nouvelles fibres polymères, elles comprennent le carbone, la céramique et de nouveaux types de fibres de verre.
La troisième, nouvelle génération de fibres a commencé à se former à la fin du 20e siècle et continue de se développer au 21e siècle, et se caractérise par une exigence accrue de leurs propriétés de performance dans les domaines d'application traditionnels et nouveaux (aéronautique, automobile, autres transports, médecine, sports, militaire, construction). Ces domaines d'application imposent des exigences accrues en termes de propriétés physiques et mécaniques, de résistance thermique, au feu, à la bio, à la chimio et aux radiations.
Il n'est pas possible de satisfaire pleinement cet ensemble d'exigences avec un assortiment de fibres naturelles et chimiques de 1ère et 2ème génération. Des réalisations dans le domaine de la chimie et de la physique des polymères, de la physique du solide et de la production d'EEC sur cette base viennent à la rescousse.
Il existe des polymères émergents (synthétisés) avec une nouvelle structure chimique et une nouvelle structure physique obtenus par de nouvelles technologies. L'établissement de la relation, les relations causales entre la chimie, la physique des fibres et leurs propriétés sous-tend la création de fibres de troisième génération aux propriétés prédéterminées et, surtout, à haute résistance à la rupture, résistance au frottement, à la flexion, à la pression, à l'élasticité, thermique et au feu la résistance.
Comme le montre le tableau 1, où est présentée l'histoire des fibres, le développement des fibres se fait de telle sorte que les types de fibres antérieurs ne disparaissent pas lorsque de nouveaux apparaissent, mais continuent à être utilisés, mais leur importance diminue, et les nouveaux augmentent. C'est la loi de la dialectique historique et du passage des produits d'un ordre technologique à un autre avec un changement de priorités. Jusqu'à présent, toutes les fibres naturelles, fibres synthétiques de 1ère et 2ème génération, sont utilisées, mais de nouvelles fibres de 3ème génération commencent à gagner en résistance.
La production de fibres synthétiques, de polymères formant des fibres, comme la plupart des substances organiques modernes à faible et à haut poids moléculaire, est basée sur la chimie du pétrole et du gaz. Le schéma de la figure 1 montre de nombreux produits de transformation primaire et avancée du gaz naturel et du pétrole jusqu'aux polymères fibrogènes, fibres de 2e et 3e génération.
Comme vous pouvez le voir, les plastiques, les films, les fibres, les médicaments, les colorants et d'autres substances peuvent être obtenus à partir du pétrole et du gaz naturel lors d'un traitement en profondeur.
À l'époque soviétique, tout cela a été fait et l'URSS occupait les premières (2 à 5) places dans le monde dans la production de fibres, de colorants et de plastiques. Malheureusement, à l'heure actuelle, toute l'Europe et la Chine utilisent du gaz et du pétrole russes et produisent de nombreux produits de valeur à partir de nos matières premières, y compris des fibres.
Avant l'apparition des fibres chimiques, les fibres naturelles (coton) étaient utilisées dans un certain nombre de domaines techniques, avec des caractéristiques de résistance de 0,1 à 0,4 N/tex et un module d'élasticité de 2 à 5 N/tex.
Les premières fibres de viscose et d'acétate avaient une résistance non supérieure à celle naturelle (0,2-0,4 N / tex), mais dans les années 60 du 20e siècle, elles ont réussi à augmenter leur résistance à 0,6 N / tex et l'allongement à la rupture à 13% (en raison à la modernisation de la technologie classique).
Une solution intéressante a été trouvée dans le cas de la fibre Fortisan : la fibre d'acétate élastomère a été saponifiée en hydrate de cellulose et a atteint une résistance de 0,6 N/tex et un module de 16 N/tex. Ce type de fibre a survécu sur le marché mondial pendant la période 1939-1945.
Les indicateurs de haute résistance sont obtenus non seulement en raison de la structure chimique spécifique des chaînes polymères des polymères formant des fibres (polyamides aromatiques, polybenzoxazoles, etc.), mais également en raison d'une structure supramoléculaire physique ordonnée spéciale (moulage à partir d'un état de cristal liquide) , en raison d'un poids moléculaire élevé (énergie totale élevée des liaisons intermoléculaires), comme dans le cas d'un nouveau type de fibres de polyéthylène.
Étant donné que les idées modernes sur les mécanismes de destruction des matériaux polymères et des fibres, en particulier, sont réduites au rapport de la force des liaisons chimiques dans les chaînes principales du polymère et des liaisons intermoléculaires entre les macromolécules (hydrogène, van der Waals, hydrophobe, ionique , etc.), le jeu pour augmenter la résistance se situe sur deux fronts : des liaisons covalentes simples à haute résistance dans la chaîne et une résistance élevée des liaisons intermoléculaires totales entre les macromolécules.
Les fibres de polyamide et de polyester sont entrées sur le marché mondial (DuPont) en 1938 et y sont toujours présentes, occupant une large niche dans les textiles traditionnels et dans de nombreux domaines technologiques. Les fibres de polyamide modernes ont une résistance de 0,5 N/tex et un module de 2,5 N/tex, les fibres de polyester ont une résistance similaire et un module plus élevé de 10 N/tex.
Il était impossible d'augmenter encore les caractéristiques de résistance de ces fibres dans le cadre des technologies existantes.
La synthèse et la production de fibres para-aramide filées à partir d'un état cristal liquide avec des caractéristiques de résistance (résistance 2 N/tex et module d'élasticité 80 N/tex) a été lancée par DuPont dans les années 60 du 20ème siècle.
Dans les dernières décennies du siècle dernier, des fibres de carbone sont apparues avec une résistance de ~ 5 hPa (~ 3 N/tex) et un module d'élasticité de 800 hPa (~ 400 N/tex), des fibres de verre d'une nouvelle génération (résistance ~ 4 hPa, 1,6 N/tex), module d'élasticité 90 hPa (35 N/tex), fibres céramiques (résistance ~ 3 hPa, 1 N/tex), module d'élasticité 400 hPa (~ 100 N/tex).
Tableau 1 Historique des fibres
| * N° d'article ** | * Type de fibre ** | * Temps d'utilisation ** | Ordre technologique | Champ d'application |
|---|---|---|---|---|
| je | NATUREL - NON CRÉATIF | |||
| 1a | Végétal : coton, lin, chanvre, ramie, sisal, etc. | Développé il y a 10 à 12 000 ans; utilisé à ce jour | Toute technologie préindustrielle et toute technologie industrielle | Vêtements, maison, sports, médecine, armée, technologie limitée, etc. |
| 1b | Animaux : laine, soie | |||
| II | CHIMIQUE - MANUEL | |||
| 1 | 1ère génération | |||
| 1a | Artificiel : cellulose hydratée, cuivre-ammoniac, viscose | Fin du 19e - 1ère moitié du 20e siècles, jusqu'à nos jours | 1er – 6e ordres technologiques | Vêtements, maison, sports, médecine, technologie limitée |
| 1b | Acétate | |||
| 2 | 2e génération | |||
| 2a | Artificiel : lyocell (hydrate de cellulose) | 4e quart du 20e siècle à nos jours | 4e - 6e ordres technologiques | Vêtements, médicaments, etc. |
| 2b | Synthétique : polyamide, polyester, acrylique, polychlorure de vinyle, alcool polyvinylique, polypropylène | Années 30 - 70 du 20e siècle à nos jours | Vêtements, maison, électroménagers, etc. | |
| 3 | 3ème génération | |||
| 3a | Synthétique : polyamides aromatiques (para-, met-), polyéthylène de haut poids moléculaire, polybenzoxazole, polybenzimidazole, carbone | 5e - 6e ordres technologiques | Technologie, médecine | |
| 3b | Inorganique : nouveaux types de fibres de verre, céramique | fin 20e - début 21e siècles | 6ème ordre technologique | Technique |
| 3c | Fibres nanométriques et nanochargées |
La troisième génération de fibres chimiques dans la littérature étrangère est appelée non seulement hautement efficace (HEE), mais aussi multifonctionnelle, intelligente. Tous ces noms et d'autres, les termes sont inexacts, controversés, du moins pas scientifiques. Parce que toutes les fibres naturelles et chimiques existantes, bien sûr, à un degré ou à un autre, sont hautement efficaces et multifonctionnelles, et pas stupides. Prenez, par exemple, les fibres naturelles comme le coton, le lin, la laine, alors aucune fibre chimique ne peut surpasser leurs hautes propriétés hygiéniques (respirer, absorber la transpiration, et le lin est toujours biologiquement actif). Toutes les fibres ont non pas une mais plusieurs fonctions (multifonctionnelles). Comme vous pouvez le voir, les termes ci-dessus sont très conditionnels.
Propriétés physiques et mécaniques du VEV
Les principaux domaines d'utilisation de la nouvelle génération de fibres (corde pour pneumatiques, composites pour avion, fusée, automobile, construction) mettant en avant des exigences élevées sur les propriétés des fibres et, en premier lieu, sur les propriétés physiques et mécaniques, nous allons s'attarder plus en détail sur ces propriétés des HVEC.
Quelles propriétés physiques et mécaniques sont importantes pour les nouveaux domaines d'utilisation des fibres : résistance à la traction, résistance à l'abrasion, compression, torsion. Dans ce cas, il est important que les fibres résistent à des effets de déformation (cycliques) répétés, adaptés aux conditions de fonctionnement des produits contenant des fibres. La figure 2 montre clairement la différence entre les exigences de propriétés physiques et mécaniques (résistance à la traction, module d'élasticité), qui s'appliquent aux fibres dans trois domaines d'utilisation : textiles traditionnels, textiles techniques traditionnels, nouveaux domaines d'application en technologie.
Comme on peut le voir, les exigences sur les propriétés de résistance des fibres provenant de domaines d'application nouveaux et traditionnels augmentent de manière significative, et cette tendance se poursuivra avec l'expansion des domaines d'utilisation des fibres. Un exemple frappant est l'ascenseur spatial, qui est déjà discuté non seulement par les auteurs de science-fiction, mais aussi par les ingénieurs. Et ce projet ne peut être réalisé qu'à l'aide de câbles ultra-résistants constitués de nanofibres de 3ème génération et de fibres telles que la soie d'araignée (plus résistante que le fil d'acier).
Image 2
Explications pour la Fig. 2 : Le module d'élasticité et la résistance à la traction sont estimés dans les mêmes unités. Le module d'élasticité est une mesure de la rigidité d'un matériau, caractérisé par la résistance au développement de déformations élastiques. Pour les fibres, il est défini comme la relation linéaire initiale entre la charge et l'allongement. Den (denier) - une unité de mesure de la densité linéique d'un fil (fibre) = masse de 1000 mètres en Tex - une unité (hors système) de mesure de la densité linéique d'une fibre (fil) = g/km .
Le tableau 2 présente les caractéristiques comparatives des propriétés physiques et mécaniques de diverses fibres, dont le VEV.
Tableau 2. Caractéristiques comparatives des propriétés physiques et mécaniques de différentes fibres
Il convient de garder à l'esprit que les propriétés physiques et mécaniques doivent être évaluées non pas par un indicateur, mais au moins par la combinaison de deux indicateurs, c'est-à-dire résistance et élasticité sous divers types d'effets de déformation.
Ainsi, selon les données du tableau 2, le fil d'acier gagne en élasticité, mais perd en densité spécifique (très lourd). Compte tenu de tous les indicateurs agrégés, vous pouvez choisir les domaines d'utilisation des fibres. Ainsi, le câble de l'ascenseur spatial doit non seulement être très résistant, mais également léger.
Le tissu d'un gilet pare-balles doit être léger, élastique (drapé) et capable d'éteindre l'énergie cinétique de la balle (en fonction de l'énergie d'éclatement, c'est-à-dire de la capacité à dissiper l'énergie). Le composite pour voitures de course doit être à la fois résistant aux chocs et léger ; les ceintures de sécurité doivent être constituées de fibres à haute résistance et à haute élasticité.
Exigences pour les caractéristiques physiques et mécaniques des fibres, en tant qu'ensemble, une combinaison de deux ou plusieurs indicateurs peut être poursuivie. Cet ensemble de propriétés et de facteurs est formulé par l'utilisateur en fonction des conditions opératoires des produits contenant des fibres. Retraçons l'évolution des générations de fibres à l'aide de l'exemple d'un câble de pneumatique dont les exigences en caractéristiques physiques et mécaniques n'ont cessé de croître.
Lorsque les premières automobiles sont apparues (1900), le fil de coton a été utilisé comme câble de pneu ; avec l'apparition des fibres de viscose cellulosique hydratées dans la période 1935-1955. ils ont complètement remplacé le coton. A leur tour, les fibres de polyamide (nylon de divers types) ont remplacé les fibres de viscose. Mais même les fibres polyamides classiques ne répondent pas aujourd'hui aux exigences de résistance de l'industrie automobile, notamment dans le cas des pneumatiques pour le transport lourd et l'aviation. Par conséquent, aujourd'hui, le câble en polyamide est remplacé par des filaments d'acier.
La résistance maximale des fibres de polyamide et de polyester du commerce atteint ~ 10 g / den (~ 1 GPa, ~ 1 N / tex). La combinaison d'une résistance et d'une élasticité modérées élevées fournit une énergie de rupture élevée (travail de rupture) et une résistance élevée aux déformations de choc répétées. Cependant, ces performances des fibres polyamides et polyesters ne répondent pas aux exigences de certaines nouvelles applications des fibres.
Par exemple, les fibres de polyamide et de polyester, en raison de la forte augmentation de la rigidité à des taux de déformation élevés, ne permettent pas leur utilisation dans des produits antibalistiques.
Dans le même temps, les fibres de polyester sont très adaptées aux engins de pêche à haute résistance (cordes, cordes, filets, etc.), car elles se caractérisent par une résistance et une hydrophobie relativement élevées (non mouillées avec de l'eau); Les cordes en fibres de polyester sont utilisées sur les plates-formes de forage pour fonctionner à des profondeurs allant jusqu'à 1 000 à 2 000 m, où elles sont capables de supporter une charge allant jusqu'à 1,5 tonne.
La combinaison d'une résistance élevée et d'un module d'élasticité élevé est fournie par trois groupes de VEV : 1. À base d'aramides, de polyéthylène de poids moléculaire élevé, d'autres polymères linéaires, de fibres de carbone ; 2. fibres inorganiques (verre, céramique) ; 3. A base de polymères thermodurcissables formant une structure en réseau tridimensionnel.
VEV à base de polymères linéaires
Le premier groupe de VEV, qui est basé sur des polymères linéaires (dimensions 1D) et le plus simple d'entre eux est le polyéthylène.
Pour les matériaux polymères linéaires, en 1930, Staudinger a proposé un modèle idéal d'une structure supramoléculaire qui fournit un module d'élasticité élevé le long des chaînes principales (11 000 kg/mm2) et seulement 45 kg/mm2 entre les macromolécules liées par les forces de van der Waals.
Figure 3. Structure physique idéale du polymère linéaire de Staudinger.
Comme on peut le voir (Fig. 3), la résistance de la structure est déterminée par l'allongement et l'orientation élevée des chaînes de macromolécules le long de l'axe de la fibre.
La technologie (état de la solution de filage et de la masse fondue, conditions d'étirage) pour la production de fibres doit être construite de manière à ce qu'aucun pli de macromolécule ne se forme. Les polymères fibrogènes avec une certaine structure chimique de macromolécules déjà en solution forment des structures allongées et orientées combinées en blocs (cristaux liquides). Lorsque des fibres sont formées à partir d'un tel état, renforcé par un taux d'étirage élevé, une structure se forme proche de l'idéal selon Staudinger (Fig. 3). Cette technologie a d'abord été mise en œuvre par DuPont (USA) dans la production de fibres de Kevlar à base de polyparamide et de polyphénylène téréphtalamide. Dans ces fibres à haute résistance, les cycles aromatiques sont liés par des groupes amide
La présence de cycles dans la chaîne fournit de l'élasticité et les groupes amide forment des liaisons hydrogène intermoléculaires, qui sont responsables de la résistance à la rupture.
Selon une technologie similaire (l'état cristal liquide en solution, un degré élevé d'allongement lors du moulage, le VES est produit à partir de divers polymères par diverses sociétés, dans différents pays sous différentes appellations commerciales : Technora (Taijin, Japon), Vectran (Gelanese , USA), Tverlana, Terlon (URSS, Russie), Mogelan-HSt et autres.
Fibres de carbone et couches de graphène
Il n'y a pas de grosses molécules 2D dans la nature. Les molécules monofonctionnelles dans les réactions donnent de petites molécules; bifonctionnels donnent des polymères linéaires (à dimension 1D); trois réactifs fonctionnels ou plus forment des structures réticulées réticulées en 3D (thermoplastiques). Seule la géométrie spécifique de la direction des liaisons susceptibles de se former par les atomes de carbone conduit à des molécules stratifiées. Le graphène, une grille hexagonale et plane d'atomes de carbone, est le premier exemple d'une telle structure.
Les fibres de carbone sont généralement obtenues par craquage à haute température de fibres organiques (cellulose, polyacrylonitrile) sous tension. Des fibres résistantes et résilientes sont obtenues dans lesquelles des couches unidimensionnelles sont orientées parallèlement à l'axe des fibres.
Structures maillées en 3D
Les polymères avec une structure de réseau en 3D sont généralement appelés thermoplastiques car ils sont formés dans des réactions de condensation thermocatalytique de monomères polyfonctionnels.
Les thermoplastiques 3D peuvent être obtenus sous forme de fibres. En raison de leur résistance à la chaleur, ces fibres ne sont pas très durables. Des exemples de telles fibres sont celles à base de polymères mélamine-formaldéhyde et phénol-aldéhyde*.
Les structures maillées inorganiques en 3D (verre et céramique) et les fibres à base de celles-ci, ainsi qu'à base d'oxydes et de carbures métalliques, se distinguent par une résistance élevée, une élasticité, une résistance à la chaleur et au feu.
- Le polymère principal de la fibre de laine - la kératine - est également un polymère naturel réticulé et légèrement réticulé. Diffère par des propriétés élasto-élastiques uniques (résistance à la compression). La réticulation d'un polymère cellulosique linéaire par de rares réticulations confère à la fibre et aux tissus qui en sont issus une résistance à l'écrasement, que les fibres cellulosiques n'ont pas en premier lieu. Mais en même temps (~ 15%) la résistance à la traction et la résistance à l'abrasion diminuent.
Les figures 4 à 10 montrent les caractéristiques physiques et mécaniques comparatives du HEM.
Le tableau 3 présente les principales caractéristiques de performance des fibres naturelles et chimiques.
Figure 4. Courbes charge-allongement pour les fibres conventionnelles et HEE.
Figure 5. Relation entre la résistance spécifique et le module d'élasticité du HEM.
Figure 6. Dépendance de la masse de force sur la force / volume pour VEV.
Figure 8. Courbes charge-traction d'un composite à base de HES dans une matrice époxy.
Figure 9. Longueur de rupture en kilomètres pour VEV.
Figure 10. VEV. Principaux domaines d'utilisation.
Tableau 3. Principales caractéristiques de performance des fibres naturelles et chimiques (Hearle).
| № | Type de fibre | Densité g/cm3 | Humidité, à 65% d'humidité | Point de fusion, ° С | Résistance, N/tex | Module d'élasticité, N/tex | Pause travail, J/g | Allongement à la rupture,% |
| 1 | Coton | 1,52 | 7 | 185* | 0,2–0,45 | 4–7,5 | 5–15 | 6–7 |
| 2 | Lin | 1,52 | 7 | 185* | 0,54 | 18 | 8 | 3 |
| 3 | Laine | 1,31 | 15 | 100**/300* | 0,1–0,15 | 2–3 | 25–40 | 30–40 |
| 4 | Nat.silk | 1,34 | 10 | 175* | 0,38 | 7,5 | 60 | 23 |
| 5 | Viscose | 1,49 | 13 | 185* | 0,2–0,4 | 5–13 | 10–30 | 7–30 |
| 6 | Polyamide | 1,14 | 4 | 260*** | 0,35–0,8 | 1,–5 | 60–100 | 12–25 |
| 7 | Polyester | 1,93 | 0,4 | 258 | 0,45–0,8 | 7,–13 | 20–120 | 9–13 |
| 8 | Polypropylène-neuf | 0,91 | 0 | 165 | 0,6 | 6 | 70 | 17 |
| 9 | n-aramide | 1,44 | 5 | 550* | 1,7–2,3 | 50–115 | 10–40 | 1,5–4,5 |
| 10 | m-aramide | 1,46 | 5 | 415* | 0,49 | 7,5 | 85 | 35 |
| 11 | Vectran | 1,4 | < 0,1 | 330 | 2–2,5 | 45–60 | 15 | 3,5 |
| 12 | HMPE | 0,97 | 0 | 150 | 2,5–3,7 | 75–120 | 45–70 | 2,9–3,8 |
| 13 | DPB | 1,56 | 0 | 650* | 3,8–4,8 | 180 | 30–90 | 1,5–3,7 |
| 14 | Carbone | 1,8–2,1 | 0 | >2500 | 0,4–3,9 | 20–370 | 4–70 | 0,2–2,1 |
| 15 | Un verre | 2,5 | 0 | 1000–12000**** | 1–2,5 | 50–60 | 10–70 | 1,8–5,4 |
suite du tableau. 3
| 16 | Céramique | 2,4–4,1 | 0 | >1000 | 0,3–0,95 | 55–100 | 0,5–9 | 0,3–1,5 |
| 17 | Résistant aux produits chimiques | 1,3–1,6 | 0–0,5 | 170–375***** | 0–0,65 | 0,5–5 | 15–80 | 15–35 |
| 18 | Résistant à la chaleur | 1,25–1,45 | 5–15 | 200–500**** | 0,1–1,3 | 2,5–9,5 | 10–45 | 8–50 |
- - destruction; ** - adoucissant ; *** - pour nylon 66, nylon 6 - 216° ; **** - liquéfaction ;
***** - fourchette de température
Économie VEV
Dans les années 50 du siècle dernier, les fibres de polyamide et de polyester étaient littéralement un "miracle" pour un consommateur avide d'une abondance de textiles aux propriétés nouvelles. Après le développement industriel de fibres de ce type par la plus grande entreprise chimique mondiale DuPont (États-Unis), toutes les principales entreprises chimiques des pays capitalistes développés se sont précipitées à leur poursuite, commençant à produire de telles fibres sous des noms différents.
L'industrie chimique de l'URSS n'est pas non plus restée à l'écart, prenant comme référence un type de fibre polyamide - le nylon à base de polycaproamide. Cette technologie de réparation a été retirée d'Allemagne en 1945. Un éminent scientifique soviétique - ingénieur en polymères, le professeur Zakhar Aleksandrovich Rogovin a participé au démantèlement des usines allemandes qui produisaient cette fibre sous le nom de Perlon. Avec un groupe de scientifiques et d'ingénieurs soviétiques, il a mis en place la production de nylon dans un certain nombre d'usines dans diverses villes de l'URSS (Klin, Kalinin (Tver)).
Les fibres de polyester à base de polyéthylène téréphtalate ont été produites à grande échelle en URSS sous la marque lavsan - une abréviation pour le laboratoire des composés à haut module de l'Académie des sciences. Ces deux fibres sont devenues les principales fibres de gros tonnage et le restent à ce jour dans le monde. Ces fibres sont très largement utilisées, seules ou en mélange avec d'autres fibres, aussi bien dans la fabrication de vêtements, de textiles de maison que dans le secteur technique.
Le bilan mondial de la production et de la consommation de fibres en 2010 est illustré à la figure 11.
Figure 11.
Figure 12.
Polyester. 2000 - 19,1 millions de tonnes ;
2010 - 35 millions de tonnes ;
2020 - 53,4 millions de tonnes.
Coton. 2000 - 20 millions de tonnes ;
2010 - 25 millions de tonnes ;
2020 - 28 millions de tonnes.
Figure 13.
Graphique 14.
Figure 15.
Figure 16.
Graphique 17.
Graphique 18.
Avant de passer à l'économie du VEV, rappelons comment s'est construite la politique de prix et d'investissement pour la production de fibres polyamide et polyester. Au début (années 30-40 du 20e siècle), les fibres de polyamide et de polyester étaient plusieurs fois plus chères que les fibres naturelles de coton et même de laine. Il est difficile d'y croire aujourd'hui, alors que le tableau est inversé et correspond au rapport réel du coût de production de ces fibres. Mais c'était une politique de prix absolument correcte, typique du début de l'entrée sur le marché d'un produit potentiellement de masse. Cette politique tarifaire permet d'affecter des revenus importants à la poursuite de la recherche sur le développement, l'amélioration de la production de nouveaux types de fibres, dont le VEV. Actuellement, les fibres de polyamide et de polyester sont produites par de nombreuses entreprises dans de nombreux pays en grandes quantités. Une telle concurrence, une large circulation de ces fibres ont conduit à des prix assez proches du prix de revient.
Une situation différente, plus compliquée, se présente dans le cas de l'économie de la CEE. DuPont, en lançant des recherches sur les polyamides aromatiques qui ont conduit à la création de fibres de Kevlar (à base de n-polyaramide), les a concentrés dans un premier temps sur le marché des câblés pour pneumatiques.
L'apparition des véhicules lourds et à grande vitesse, les avions lourds nécessitaient une corde à haute résistance ; ces exigences n'étaient pas satisfaites non seulement par les fibres de coton et de viscose, mais aussi par des fibres de polyamide et de polyester beaucoup plus résistantes.
L'augmentation de la résistance du câble augmente proportionnellement la durée de vie des pneus (« kilométrage ») et économise la consommation de fibres pour la production du câble.
Le Kevlar et d'autres VEV à haute résistance sont utilisés pour des types spéciaux de pneus (voitures de course, remorques lourdes). En raison des spécificités du marché pour leur consommation, ils sont produits sur commande en petites séries, par un petit nombre de fabricants utilisant une technologie beaucoup plus complexe (synthèse multi-étages, matières premières coûteuses, technologie de moulage complexe, taux d'étirage élevé, solvants, faibles vitesses de moulage) et, bien sûr, à des prix élevés ... Mais les domaines technologiques dans lesquels les VEV sont utilisés (avions, fusées) peuvent se permettre de consommer des fibres à des prix élevés, ce qui est inacceptable dans le cas de la production de vêtements et de textiles de maison.
La production du VHE le plus utilisé atteint ~ 10 000 tonnes par an, 100 tonnes par an hautement spécialisées ou moins (Fig. 19).
Illustration 19.
L'exception est le VEV à base de polyéthylène de poids moléculaire élevé, car la matière première elle-même (éthylène) et le polymère sont obtenus à l'aide d'une technologie connue relativement simple. Il n'est nécessaire qu'au stade de la polymérisation d'assurer la formation d'un polymère à haut poids moléculaire, qui conditionne les excellentes caractéristiques physiques et mécaniques de ce type de fibre. Les prix sur le marché mondial des VES sont élevés, mais ils sont très variables et dépendent de nombreux facteurs (finesse de la fibre, résistance, type de fil, etc.) des conditions du marché (matières premières). Par conséquent, dans différentes sources, nous trouvons de grandes fluctuations des prix (tableau 4). Ainsi pour les fibres de carbone le prix varie de 18 DS/kg à 10 000 DS/kg.
Il est beaucoup plus difficile de prévoir la dynamique d'évolution des prix des VEV que des fibres traditionnelles de gros tonnage (elles produisent des dizaines de millions de tonnes par an), et investir dans la production de gros tonnage de VEV est une entreprise très risquée. Le marché le plus important pour les VES est la production et la consommation d'une nouvelle génération de matériaux composites, qui catalysent les travaux visant à améliorer la technologie de production des VES.
Jusqu'à présent, de nouvelles usines ne sont pas construites pour la production de VEV, mais elles sont produites dans des usines existantes sur des installations et des lignes pilotes spéciales.
Bien sûr, l'armée, le sport, la médecine (implants), la construction et, bien sûr, l'aviation et l'aéronautique sont des utilisateurs réels et potentiels de VEV. Ainsi, une réduction de 100 kg du poids de l'avion grâce à une nouvelle génération de composites légers et durables réduit les coûts annuels de carburant de 20 000 DS par avion.
Il y a un risque d'investissement pour toutes les innovations, mais il n'y a pas de succès sans risque. Ce n'est que dans un projet étudiant qu'un business plan peut être calculé avec précision. Le papier supportera tout.
Le fondateur de la société automobile de renommée mondiale Honda - Soichiro Honda a bien dit à ce sujet : « N'oubliez pas que le succès peut être atteint avec la répétition répétée d'essais et d'erreurs. Le succès réel est le résultat de 1% de votre travail acharné et de 99% de l'échec." Bien sûr, c'est une hyperbole, mais pas loin de la vérité.
Tableau 4 Prix des différents VEV par rapport à la fibre technique polyester
| №№ | Type de fibre | Prix en DS/kg |
| 1 | 2 | 3 |
| 1. | Polyester | 3 |
| 2. | Fibres polymères haut module | |
| n-aramide | 25 | |
| m-aramide | 20 | |
| polyéthylène de haut poids moléculaire | 25 | |
| Vectran | 47 | |
| Zylon (polybenzoxazole PBO) | 130 | |
| Tensylon (SSPE) | 22–76 | |
| 3. | Fibre de carbone | |
| à base de fibres PAN | 14–17 | |
| à base de brai de pétrole (commun) | 15 | |
| à base de brai de pétrole (module élevé) | 2200 | |
| à base de fibres acryliques oxydées | 10 |
suite tableau 4
| 1 | 2 | 3 |
| 4. | Fibres de verre | |
| Type E | 3 | |
| Type S-2 | 15 | |
| Céramique | ||
| Espèces SiC : Nicolan NI, Tyrinno Lox-M, ZM | 1000–1100 | |
| type stochométrique | 5000–10000 | |
| Type alumine | 200–1000 | |
| de type bore | 1070 | |
| 5. | Résistant à la chaleur et aux produits chimiques | |
| PUANTEUR | 100–200 | |
| Thermoplastiques Basofil | 16 | |
| Thermoplastiques Kynol | 15–18 | |
| PBI | 180 | |
| PTFE | 50 |
La production de types de fibres modernes (polyester, polyamide, acrylique, polypropylène et, bien sûr, VEV) dans la Fédération de Russie est extrêmement justifiée du point de vue des énormes réserves de matières premières naturelles (pétrole, gaz) pour la production de fibres et leur grand besoin de modernisation d'un nombre important d'industries (pétrole, traitement du gaz, textile, construction navale, automobile). La moitié du monde (hors USA, Canada, Amérique Latine) utilise nos matières premières et nous les vend à haute valeur ajoutée. La production de fibres chimiques de nouvelle génération peut jouer le rôle de locomotive pour le développement de l'industrie nationale, devenant l'un des facteurs importants de la sécurité nationale de la Fédération de Russie.
Les références:
- G.E. Krichevsky. Nano-, bio-, technologies chimiques et production d'une nouvelle génération de fibres, textiles et vêtements. M., Maison d'édition Izvestia, 2011, 528 p.
- Fibres hautes performances. Hearle J.W.S. (éd.). Woodhead Publishing Ltd, 2010, page 329.
Textiles militaires. Edité par E Wilusz, US Army Natick Soldier Center, USA. Woodhead Publishing Series dans les textiles. 2008, 362 p.
- Fibres PCI. L'économie des fibres dans une conférence sur les perspectives du monde en constante évolution. www.usifi.com/...look_2011pdf
Abréviation au nom des fibres
| Anglais | russe |
| Carbone HS | carbone |
| HPPE | polyéthylène haute résistance |
| Aramide | aramide |
| E-S-Verre | un verre |
| Acier | acier |
| Polyamide | polyamide |
| DPB | polybénosexazole |
| polypropylène | polypropylène |
| Polyester | polyester |
| Céramique | céramique |
| Bore | à base de bore |
| Kevlar 49,29,149 | aramide |
| Nomex | m-aramide |
| Lycra | polyuréthane élastomère |
| Téflon | polytétrafluoroéthylène |
| Aluminium | à base de composés d'aluminium |
| Para-aramide | p-aramide |
| m-aramide | m-aramide |
| Dyneema | polyéthylène à haut poids moléculaire HMPE |
| Coton | coton |
| Acrylique | acrylique |
| Laine | laine |
| Nylon | polyamide |
| Cellulosique | cellulose artificielle |
| PP | polypropylène |
| PPS | sulfure de polyphénylène |
| PTFE | polytétrafluoroéthylène |
| Cermel | polyaramide |
| COUP D'OEIL | polyéthercétone |
| PBI | polybenzimidosol |
| P-84 | polyarimide |
| Vectran | polyester aromatique |
Matériaux connexes
- "Autres documents de l'auteur sur notre site Web":
En plus de celles déjà énumérées, il existe des fibres fabriquées à partir de composés inorganiques naturels. Ils sont divisés en naturel et chimique.
Les fibres inorganiques naturelles comprennent l'amiante, un minéral de silicate à fibres fines. Les fibres d'amiante sont résistantes au feu (la température de fusion de l'amiante atteint 1500 ° C), résistantes aux alcalis et aux acides, à conductivité non thermique.
Les fibres élémentaires d'amiante sont combinées en fibres techniques, qui servent de base aux fils utilisés à des fins techniques et dans la fabrication de tissus pour vêtements spéciaux pouvant résister aux températures élevées et au feu ouvert.
Les fibres chimiques inorganiques sont subdivisées en fibres de verre (silicium) et en fibres contenant du métal.
Les fibres de silicium, ou fibres de verre, sont réalisées à partir de verre fondu sous forme de fibres élémentaires d'un diamètre de 3-100 microns et d'une très grande longueur. En plus d'eux, la fibre de verre discontinue est fabriquée avec un diamètre de 0,1 à 20 microns et une longueur de 10 à 500 mm. La fibre de verre est incombustible, résistante aux produits chimiques, possède des propriétés d'isolation électrique, thermique et acoustique. Il est utilisé pour la fabrication de rubans, tissus, filets, non-tissés, nappes fibreuses, ouate pour des besoins techniques dans divers secteurs de l'économie du pays.
Les fibres métalliques artificielles sont produites sous forme de filaments en étirant (étirant) progressivement un fil métallique. C'est ainsi que l'on obtient des fils de cuivre, d'acier, d'argent, d'or. Les filaments d'aluminium sont fabriqués en coupant du ruban d'aluminium plat (feuille) en fines lanières. Les fils métalliques peuvent avoir différentes couleurs en leur appliquant des vernis colorés. Pour donner une plus grande résistance aux fils métalliques, ils sont enveloppés de fils de soie ou de coton. Lorsque les fils sont recouverts d'un mince film synthétique protecteur, transparent ou coloré, on obtient des fils métalliques combinés - metlon, lurex, alunite.
Les types de fils métalliques suivants sont produits : fil métallique arrondi ; fil plat en forme de ruban - aplati; fil torsadé - guirlande; plat roulé avec du fil de soie ou de coton - brin.
