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TECHNOLOGIEGESCHICHTE, TECHNOLOGIE, OBJEKTE UM UNS
Synthetische Fasern. Geschichte der Erfindung und Produktion
Verzeichnis / Die Geschichte der Technik, Technik, Objekte um uns herum Synthetische Fasern, Chemiefasern – Textilfasern, die aus natürlichen und synthetischen organischen Polymeren sowie anorganischen Verbindungen gewonnen werden.
Seit Jahrtausenden nutzt der Mensch für seinen Bedarf Naturfasern pflanzlichen (Leinen, Baumwolle, Hanf) und tierischen (Wolle, Seide) Ursprungs. Darüber hinaus wurden auch mineralische Materialien wie Asbest verwendet. Stoffe aus diesen Fasern wurden zur Herstellung von Kleidung, technischen Bedarfsartikeln usw. verwendet. Aufgrund der wachsenden Erdbevölkerung sind Naturfasern knapp geworden. Deshalb bestand Bedarf an ihren Ersatzspielern. Der erste Versuch, Kunstseide zu gewinnen, wurde 1855 vom Franzosen Audemars auf der Basis von Nitrozellulose unternommen. Im Jahr 1884 entwickelte der französische Ingenieur G. Chardonnay eine Methode zur Gewinnung von Kunstfasern – Nitroseide, und seit 1890 wurde eine breite Produktion von Kunstseide nach der Nitratmethode mit Fadenbildung mittels Spinndüsen organisiert. Besonders effektiv war die Arbeit, die in den 90er Jahren des 85. Jahrhunderts begann. Herstellung von Seide aus Viskose. Später wurde diese Methode am weitesten verbreitet, und heute macht Viskoseseide etwa 1900 % der weltweiten Produktion von Chemiefasern aus. Im Jahr 985 betrug die weltweite Produktion von Viskoseseide 1930 Tonnen, im Jahr 200 etwa 1950 Tonnen und im Jahr 1600 erreichte die Produktion von Viskoseseide fast XNUMX Tonnen. In den 1920er Jahren wurde die Herstellung von Acetatseide (aus Celluloseacetat) beherrscht. Im Aussehen ist Acetatseide kaum von Naturseide zu unterscheiden. Es ist leicht hygroskopisch und knittert im Gegensatz zu Viskoseseide nicht. Acetatseide wird in der Elektrotechnik häufig als Isoliermaterial verwendet. Später wurde eine Methode entdeckt, um Acetatfasern mit extrem hoher Festigkeit zu erhalten (eine Schnur mit einem Querschnitt von 1 cm2 kann einer Belastung von 10 Tonnen standhalten). Basierend auf dem Fortschritt der Chemie im XNUMX. Jahrhundert. In der UdSSR, in England, Frankreich, Italien, den USA, Japan und anderen Ländern entstand eine leistungsstarke Kunstfaserindustrie. Am Vorabend des Ersten Weltkriegs wurden weltweit nur 11 Tonnen Kunstfasern produziert, und 25 Jahre später drängte die Produktion von Kunstfasern die Produktion von Naturseide zurück. Betrug die Produktion von Viskose- und Acetatseide im Jahr 1927 etwa 60 Tonnen, so überstieg die Weltproduktion von Kunstfasern – Viskose und Acetat – im Jahr 1956 2 Millionen Tonnen. Der Unterschied zwischen natürlichen, künstlichen und synthetischen Fasern ist wie folgt. Natürliche (natürliche) Fasern werden vollständig von der Natur selbst hergestellt, künstliche Fasern werden von Menschenhand hergestellt und synthetische Fasern werden vom Menschen in Chemiefabriken hergestellt. Bei der Synthese synthetischer Fasern aus einfacheren Stoffen entstehen komplexere hochmolekulare Verbindungen, während künstliche Stoffe durch die Zerstörung wesentlich komplexerer Moleküle entstehen (z. B. Fasermoleküle bei der Herstellung von Methylalkohol durch Trockendestillation von Holz). Nylon, die erste synthetische Faser, wurde 1935 vom amerikanischen Chemiker W. Carothers entdeckt. Carothers arbeitete zunächst als Buchhalter, interessierte sich aber später für Chemie und schrieb sich an der University of Illinois ein. Bereits im dritten Jahr wurde ihm eine Vorlesung über Chemie zugeteilt. 1926 wählte ihn die Harvard University zum Professor für organische Chemie. Im Jahr 1928 kam es zu einer scharfen Wende im Schicksal von Carothers. Der größte Chemiekonzern „Dupont de Nemours“ lud ihn ein, das Labor für organische Chemie zu leiten. Für ihn wurden ideale Bedingungen geschaffen: ein großes Personal, modernste Ausstattung, Freiheit bei der Wahl der Forschungsthemen. Dies lag daran, dass der Konzern ein Jahr zuvor eine Strategie für die theoretische Forschung verabschiedet hatte, in der Überzeugung, dass diese am Ende erhebliche praktische Vorteile und damit Gewinn bringen würde. Und so geschah es. Nach drei Jahren harter Arbeit erzielt Carothers' Labor, das die Polymerisation von Monomeren untersucht, einen herausragenden Erfolg: Es wird ein Polymer aus Chloropren erhalten. Auf dieser Grundlage begann der DuPont-Konzern 1934 mit der industriellen Produktion einer der ersten Arten von synthetischem Kautschuk – Polychloropren (Neopren), das aufgrund seiner Eigenschaften den knappen Naturkautschuk erfolgreich ersetzen kann. Carothers betrachtete das Hauptziel seiner Forschung jedoch in einer synthetischen Substanz, die in Fasern umgewandelt werden konnte. Mit der Methode der Polykompensation, die er an der Harvard University studierte, erhielt Carothers 1930 durch die Wechselwirkung von Ethylenglykol und Sebacinsäure einen Polyester, der sich, wie sich später herausstellte, leicht zu Fasern verarbeiten ließ. Das war schon eine tolle Leistung. Diese Substanz konnte jedoch keine praktische Anwendung finden, da sie durch heißes Wasser leicht erweicht wurde. Weitere zahlreiche Versuche, eine kommerzielle Kunstfaser zu erhalten, blieben erfolglos, und Carothers beschloss, die Arbeit in dieser Richtung einzustellen. Die Unternehmensleitung stimmte der Einstellung des Programms zu. Der Leiter der Chemieabteilung lehnte dieses Ergebnis jedoch ab. Mit großer Mühe überredete er Carothers, seine Forschungen fortzusetzen. Carothers überdachte die Ergebnisse seiner Arbeit auf der Suche nach neuen Wegen, sie fortzusetzen, und machte auf die kürzlich synthetisierten Polymere aufmerksam, die Amidgruppen im Molekül enthalten – Polyamide. Diese Wahl erwies sich als äußerst fruchtbar. Experimente haben gezeigt, dass bestimmte Polyamidharze, die durch eine Spinndüse aus einer dünnen medizinischen Spritze gepresst werden, Filamente bilden, aus denen Fasern hergestellt werden können. Der Einsatz neuer Harze schien vielversprechend. Nach neuen Experimenten erhielten Carothers und seine Assistenten am 28. Februar 1935 Polyamid, aus dem eine starke, elastische, elastische und wasserdichte Faser hergestellt werden konnte. Dieses Harz, das durch Reaktion von Hexamethylendiamin mit Adipinsäure und anschließendes Erhitzen des resultierenden Salzes (AG) im Vakuum isoliert wurde, wurde „Polymer 66“ genannt, da die Ausgangsprodukte 6 Kohlenstoffatome enthielten. Da sie gleichzeitig in New York und London an der Herstellung dieses Polymers arbeiteten, wurde die Faser daraus „Nylon“ genannt – nach den Anfangsbuchstaben dieser Städte. Textilspezialisten erkannten es als geeignet für die kommerzielle Produktion von Garn. In den nächsten zwei Jahren entwickelten Wissenschaftler und Ingenieure von DuPont im Labor Verfahren zur Herstellung von Polymer- und Nylongarn-Zwischenprodukten und entwarfen eine Pilotanlage für eine chemische Anlage. Am 16. Februar 1937 wurde Nylon patentiert. Nach vielen Versuchszyklen wurden im April 1937 Fasern für eine Versuchscharge von Strümpfen gewonnen. Im Juli 1938 wurde der Bau eines Versuchsunternehmens abgeschlossen. Am 29. April 1937, drei Tage nachdem Carothers 41 Jahre alt geworden war, starb er an den Folgen der Einnahme von Kaliumcyanid. Ein herausragender Forscher wurde von der Obsession verfolgt, dass er als Wissenschaftler keinen Erfolg haben würde. Die Entwicklung von Nylon kostete 6 Millionen US-Dollar, mehr als jedes andere öffentlich genutzte Produkt. (Zum Vergleich: Die Vereinigten Staaten gaben 2,5 Millionen Dollar für die Entwicklung des Fernsehens aus.) Äußerlich ähnelt Nylon der Naturseide und kommt ihr in der chemischen Struktur nahe. In Bezug auf die mechanische Festigkeit ist die Nylonfaser der Viskoseseide jedoch etwa dreimal überlegen, und die natürliche Faser ist fast doppelt so hoch. DuPont hütet seit langem das Geheimnis des Nylon-Herstellungsprozesses. Und selbst sie hat die nötige Ausrüstung dafür hergestellt. Sowohl Mitarbeiter als auch Großhändler der Waren verpflichteten sich zwangsläufig zur Geheimhaltung von Informationen über „Nylon-Geheimnisse“. Das erste kommerzielle Produkt, das auf den Markt kam, waren Zahnbürsten mit Nylonborsten. Ihre Freilassung begann im Jahr 1938. Nylonstrümpfe wurden im Oktober 1939 vorgeführt, und ab Anfang 1940 wurden in Wilmington Nylonfasern hergestellt, die von Strickereien zur Herstellung von Strümpfen aufgekauft wurden. Dank der gegenseitigen Zustimmung der Handelsunternehmen kamen noch am selben Tag, dem 15. Mai 1940, Strümpfe konkurrierender Hersteller auf den Markt. Die Massenproduktion von Nylonprodukten begann erst nach dem Zweiten Weltkrieg im Jahr 1946. Und obwohl seitdem viele andere Polyamide (Kapron, Perlon usw.) auf den Markt kamen, wird Nylon in der Textilindustrie immer noch häufig verwendet. Betrug die weltweite Nylonproduktion 1939 nur 180 Tonnen, so erreichte sie 1953 bereits 110 Tonnen. Nylonkunststoff wurde in den 50er Jahren zur Herstellung von Schiffspropellern für kleine und mittlere Schiffe verwendet. In den 40-50er Jahren des 1. Jahrhunderts. Es erschienen auch andere synthetische Polyamidfasern. In der UdSSR war Kapron also am weitesten verbreitet. Der Rohstoff für seine Herstellung ist billiges Phenol, hergestellt aus Kohlenteer. Aus 0,5 Tonne Phenol können etwa 20 Tonnen Harz gewonnen werden, und daraus kann Nylon in einer Menge hergestellt werden, die ausreicht, um 25-XNUMX Paar Strümpfe herzustellen. Kapron wird auch aus Ölraffinierungsprodukten gewonnen. 1953 wurde in der UdSSR zum ersten Mal weltweit eine Polymerisationsreaktion zwischen Ethylen und Tetrachlorkohlenstoff im Pilotmaßstab durchgeführt und das Ausgangsprodukt für die industrielle Produktion von Enanthfasern erhalten. Das Schema seiner Herstellung wurde von einem Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von A. N. Nesmeyanov entwickelt. In Bezug auf die grundlegenden physikalischen und mechanischen Eigenschaften war Enanth nicht nur anderen bekannten Polyamidfasern nicht unterlegen, sondern übertraf auch Nylon und Nylon in vielerlei Hinsicht. In den 50-60er Jahren. Im letzten Jahrhundert begann die Produktion von Polyester- und Polyacrylnitril-Synthetikfasern. Polyesterfasern werden aus einer Schmelze von Polyethylenterephthalat gebildet. Sie verfügen über eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit, behalten bei 50 °C ihre Festigkeit von 180 %, sind flammhemmend und witterungsbeständig. Beständig gegen Lösungsmittel und Schädlinge: Motten, Schimmel usw. Polyesterfaden wird zur Herstellung von Förderbändern, Antriebsriemen, Seilen, Segeln, Fischernetzen, Schläuchen und als Basis für Reifen verwendet. Monofilament wird zur Herstellung von Netzen für Papiermaschinen und Schlägersaiten verwendet. In der Textilindustrie wird ein Faden aus Polyesterfasern zur Herstellung von Strickwaren, Stoffen usw. verwendet. Lavsan gehört zu den Polyesterfasern. Polyacrylnitrilfasern haben ähnliche Eigenschaften wie Wolle. Sie sind beständig gegen Säuren, Laugen und Lösungsmittel. Sie werden zur Herstellung von Oberbekleidung, Teppichen und Stoffen für Anzüge verwendet. In einer Mischung mit Baumwoll- und Viskosefasern werden Polyacrylnitrilfasern zur Herstellung von Leinen, Vorhängen und Planen verwendet. In der UdSSR wurden diese Fasern unter dem Handelsnamen Nitron hergestellt. Viele synthetische Fasern werden hergestellt, indem eine Polymerschmelze oder -lösung durch Spinndüsen mit einem Durchmesser von 50 bis 500 Mikrometern in eine Kaltluftkammer gedrückt wird, wo die Filamente erstarren und zu Fasern werden. Ein kontinuierlich gebildeter Faden wird auf eine Spule gewickelt. Die Acetatfasern werden in heißer Luft ausgehärtet, um das Lösungsmittel zu verdampfen, während die Viskosefasern in Fällbädern mit speziellen flüssigen Reagenzien ausgehärtet werden. Die Dehnung der Fasern auf den Spulen während der Bildung wird genutzt, um den Kettenpolymermolekülen eine klarere Ordnung zu geben. Die Eigenschaften der Fasern werden durch verschiedene Methoden beeinflusst: durch Änderung der Extrusionsgeschwindigkeit, Zusammensetzung und Konzentration der Substanzen im Bad, durch Änderung der Temperatur der Spinnlösung, des Bades oder der Luftkammer, durch Variation der Größe der Spinndüsenöffnung. Ein wichtiges Merkmal der Festigkeitseigenschaften der Faser ist die Bruchlänge, bei der die Faser aufgrund ihrer eigenen Schwerkraft bricht. Bei natürlichen Baumwollfasern variiert sie zwischen 5 und 10 km, bei Acetatseide zwischen 12 und 14, bei natürlichen Fasern zwischen 30 und 35 und bei Viskosefasern bis zu 50 km. Fasern aus Polyester und Polyamid weisen eine höhere Festigkeit auf. Bei Nylon beträgt die Bruchlänge also 80 km. Kunstfasern haben in vielen Bereichen Naturfasern ersetzt. Das Gesamtvolumen ihrer Produktion ist nahezu gleich. Autor: Pristinsky V.L.
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