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미국 주변의 기술, 기술, 개체의 역사
합성 섬유. 발명과 생산의 역사
합성 섬유, 화학 섬유 - 천연 및 합성 유기 고분자 및 무기 화합물에서 얻은 섬유 섬유.
수천 년 동안 인류는 필요에 따라 식물(린넨, 면, 대마) 및 동물(양모, 실크) 기원의 천연 섬유를 사용해 왔습니다. 또한 석면과 같은 광물성 물질도 사용되었습니다. 이 섬유로 만든 직물은 옷, 기술 요구 사항 등을 만드는 데 사용되었습니다. 지구의 인구 증가로 인해 천연 섬유가 부족해졌습니다. 그렇기 때문에 그들의 대체품이 필요했습니다. 인조 실크를 얻기 위한 첫 번째 시도는 1855년 프랑스인 Audemars가 니트로셀룰로오스를 기반으로 했습니다. 1884 년 프랑스 엔지니어 G. Chardonnay는 인조 섬유 인 니트로 실크를 얻는 방법을 개발했으며 1890 년부터 방적 돌기를 사용하여 실을 형성하는 질산염 방법을 사용하여 인조 실크의 광범위한 생산을 조직했습니다. XIX 세기의 90년대에 시작된 작업이 특히 효과적이었습니다. 비스코스에서 실크 생산. 그 후 이 방법이 가장 널리 사용되었고 현재 비스코스 실크는 전 세계 인조 섬유 생산량의 약 85%를 차지합니다. 1900년 비스코스 실크의 세계 생산량은 985톤, 1930년에는 약 200만 톤, 1950년에는 비스코스 실크 생산량이 거의 1600톤에 달했습니다. 1920년대에는 아세테이트 실크(셀룰로오스 아세테이트로부터) 생산이 마스터되었습니다. 외관상 아세테이트 실크는 천연 실크와 거의 구별할 수 없습니다. 약간 흡습성이 있으며 비스코스 실크와 달리 주름이 생기지 않습니다. 아세테이트 실크는 절연 재료로 전기 공학에서 널리 사용됩니다. 나중에 매우 높은 강도의 아세테이트 섬유를 얻는 방법이 발견되었습니다 (단면적이 1cm2 인 코드는 10 톤의 하중을 견딜 수 있음). XNUMX세기 전반에 걸친 화학의 발전을 기반으로 합니다. 소련, 영국, 프랑스, 이탈리아, 미국, 일본 및 기타 국가에서는 강력한 인공 섬유 산업이 만들어졌습니다. 제11차 세계대전 직전에 전 세계적으로 생산된 인조 섬유는 25만 톤에 불과했고, 1927년 후 인조 섬유 생산은 천연 실크 생산을 후퇴시켰다. 60년에 비스코스 및 아세테이트 실크의 생산량이 약 1956만 톤이었다면 2년에는 세계 인공 비스코스 및 아세테이트 섬유 생산량이 XNUMX백만 톤을 초과했습니다. 천연 섬유, 인공 섬유 및 합성 섬유의 차이점은 다음과 같습니다. 천연(천연) 섬유는 완전히 자연 그 자체로 만들어지고, 인조 섬유는 사람의 손으로 만들어지며, 합성 섬유는 화학 공장에서 사람이 만들어 냅니다. 더 간단한 물질로부터 합성 섬유를 합성할 때 더 복잡한 고분자 화합물이 얻어지는 반면 훨씬 더 복잡한 분자(예: 목재의 건식 증류에 의한 메틸 알코올 생산에서 섬유 분자)의 파괴로 인해 인공 재료가 형성됩니다. ). 최초의 합성 섬유인 나일론은 1935년 미국 화학자 W. Carothers에 의해 발견되었습니다. Carothers는 처음에 회계사로 일했지만 나중에 화학에 관심을 갖게 되어 일리노이 대학교에 등록했습니다. 이미 1926년차에 그는 화학 강의에 배정되었습니다. XNUMX년 하버드 대학은 그를 유기화학 교수로 선출했다. 1928년, Carothers의 운명에 급격한 변화가 일어났습니다. 가장 큰 화학 관심사 "Dupont de Nemours"는 그를 유기 화학 실험실 책임자로 초대했습니다. 그를 위해 이상적인 조건이 만들어졌습니다. 많은 직원, 가장 현대적인 장비, 연구 주제 선택의 자유. 이것은 XNUMX년 전에 관심사가 이론적 연구를 위한 전략을 채택했기 때문에 결국 상당한 실질적인 이점을 가져와 이익을 얻을 것이라고 믿었기 때문입니다. 그래서 일어났습니다. 1934년간의 노력 끝에 단량체의 중합을 조사하는 Carothers의 실험실은 뛰어난 성공을 거두었습니다. 클로로프렌 중합체를 얻었습니다. 이를 바탕으로 XNUMX 년 DuPont 관심사는 품질면에서 부족한 천연 고무를 성공적으로 대체 할 수있는 최초의 합성 고무 유형 중 하나 인 폴리 클로로프렌 (네오프렌)의 산업 생산을 시작했습니다. 그러나 Carothers는 그의 연구의 주요 목표가 섬유로 변할 수 있는 합성 물질이라고 생각했습니다. Carothers는 1930년 Harvard University에서 공부한 polycompensation 방법을 사용하여 에틸렌 글리콜과 sebacic acid의 상호 작용 결과 폴리에스테르를 얻었는데 나중에 밝혀진 바와 같이 쉽게 섬유로 만들어졌습니다. 이것은 이미 큰 성과였습니다. 그러나 이 물질은 뜨거운 물에 쉽게 연화되어 실용화될 수 없었다. 상업용 합성 섬유를 얻기 위한 수많은 시도는 실패했으며 Carothers는 이 방향에서 작업을 중단하기로 결정했습니다. 우려의 경영진은 프로그램을 종료하기로 동의했습니다. 그러나 화학과장은 이 결과에 반대했다. 큰 어려움을 겪으면서 그는 Carothers에게 연구를 계속하도록 설득했습니다. 계속할 새로운 방법을 찾기 위해 그의 작업 결과를 재고하면서 Carothers는 분자에 아미드 그룹을 포함하는 최근 합성된 폴리머인 폴리아미드에 주목했습니다. 이 선택은 매우 유익한 것으로 판명되었습니다. 실험에 따르면 얇은 의료용 주사기로 만든 방사구를 통해 짜낸 특정 폴리아미드 수지는 섬유를 만들 수 있는 필라멘트를 형성합니다. 새로운 수지의 사용은 매우 유망해 보였습니다. 새로운 실험 후, 28년 1935월 66일 Carothers와 그의 조수들은 폴리아미드를 받았고, 이로부터 강하고 탄력 있고 탄성이 있는 방수 섬유를 생산할 수 있었습니다. 헥사메틸렌디아민과 아디프산의 반응에 의해 분리된 이 수지는 생성된 염(AG)을 진공에서 가열한 후 초기 생성물이 6개의 탄소 원자를 포함했기 때문에 "폴리머 XNUMX"으로 명명되었습니다. 그들은 뉴욕과 런던에서 동시에이 폴리머를 만드는 작업을했기 때문에이 도시의 첫 글자를 따서 "나일론"이라고 불렀습니다. 섬유 전문가들은 실의 상업적 생산에 적합하다고 인정했습니다. 향후 XNUMX년 동안 DuPont 과학자와 엔지니어는 실험실에서 폴리머 및 나일론 원사 중간체 생산 공정을 개발하고 파일럿 플랜트 화학 플랜트를 설계했습니다. 16년 1937월 1937일 나일론이 특허를 받았습니다. 많은 실험 주기를 거쳐 1938년 XNUMX월 스타킹의 실험용 배치에 사용할 섬유를 얻었습니다. XNUMX년 XNUMX월 실험기업소 건설이 완료되었다. 29년 1937월 41일 Carothers가 XNUMX세가 된 지 XNUMX일 만에 시안화칼륨을 복용하고 사망했습니다. 한 뛰어난 연구원은 자신이 과학자로서 성공하지 못했다는 집착에 시달렸습니다. 나일론을 개발하는 데 6만 달러가 들었고, 이는 다른 어떤 공공 사용 제품보다 많은 비용입니다. (비교를 위해 미국은 텔레비전 개발에 2,5만 달러를 지출했습니다.) 겉으로 보기에 나일론은 천연 실크와 유사하며 화학적 구조에서 접근합니다. 그러나 기계적 강도면에서 나일론 섬유는 비스코스 실크보다 약 XNUMX 배, 천연 섬유는 거의 XNUMX 배 우수합니다. 듀폰은 오랫동안 나일론 제조 공정의 비밀을 지켜왔습니다. 그리고 그녀는 이것에 필요한 장비를 만들었습니다. 상품의 직원과 도매상 모두 "나일론 비밀"과 관련된 정보에 대해 반드시 비공개 구독을 제공했습니다. 시장에 출시된 최초의 상용 제품은 나일론 강모 칫솔이었습니다. 그들의 석방은 1938년에 시작되었습니다. 나일론 스타킹은 1939년 1940월에 시연되었고, 15년 초부터 스타킹을 만들기 위해 편직 공장에서 구입한 윌밍턴에서 나일론 섬유가 생산되었습니다. 무역 회사의 상호 합의 덕분에 경쟁 제조업체의 스타킹이 1940년 XNUMX월 XNUMX일 같은 날 시장에 출시되었습니다. 나일론 제품의 대량 생산은 1946년 제XNUMX차 세계대전 이후에야 시작되었습니다. 그 이후로 많은 다른 폴리아미드(카프론, 펄론 등)가 등장했지만 나일론은 여전히 섬유 산업에서 널리 사용됩니다. 1939년에 세계 나일론 생산량이 180톤에 불과했다면 1953년에는 110만 톤에 도달했습니다. 나일론 플라스틱은 50년대에 중소형 선박용 선박 프로펠러 제조에 사용되었습니다. XX 세기의 40-50 년대. 다른 합성 폴리아미드 섬유도 등장했습니다. 따라서 소련에서는 capron이 가장 일반적이었습니다. 생산 원료는 콜타르에서 생산되는 값싼 페놀입니다. 1톤의 페놀에서 약 0,5톤의 수지를 얻을 수 있으며, 나일론은 스타킹 20-25켤레를 만들 수 있는 양으로 만들 수 있습니다. Kapron은 정유 제품에서도 얻습니다. 1953년 소련에서 세계 최초로 에틸렌과 사염화탄소 사이의 중합 반응이 파일럿 규모로 수행되었고 에난스 섬유의 산업 생산을 위한 초기 제품이 얻어졌습니다. 생산 계획은 A. N. Nesmeyanov가 이끄는 과학자 팀에 의해 개발되었습니다. 기본 물리적 및 기계적 특성 측면에서 enanth는 다른 알려진 폴리아미드 섬유보다 열등하지 않았을 뿐만 아니라 많은 측면에서 나일론 및 나일론을 능가했습니다. 50~60년대. 지난 세기부터 폴리에스테르, 폴리아크릴로니트릴 합성 섬유의 생산이 시작되었습니다. 폴리에스테르 섬유는 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 용융물로 형성됩니다. 내열성이 우수하여 50°C에서 180% 강도를 유지하며 난연성 및 내후성이 있습니다. 솔벤트 및 해충에 대한 내성: 나방, 곰팡이 등 폴리에스터 실은 컨베이어 벨트, 구동 벨트, 로프, 돛, 어망, 호스 제조에 타이어의 기초로 사용됩니다. 모노필라멘트는 제지기, 라켓 스트링용 메쉬 생산에 사용됩니다. 섬유산업에서는 폴리에스터 섬유로 만든 실을 사용하여 니트, 직물 등을 만든다. 라브산은 폴리에스터 섬유에 속한다. 폴리아크릴로니트릴 섬유는 성질이 양모와 비슷합니다. 그들은 산, 알칼리, 용제에 내성이 있습니다. 그들은 겉옷, 카펫, 정장 용 직물 제조에 사용됩니다. 면과 비스코스 섬유가 혼합된 폴리아크릴로니트릴 섬유는 리넨, 커튼, 타포린을 만드는 데 사용됩니다. 소련에서 이러한 섬유는 Nitron이라는 상품명으로 생산되었습니다. 많은 합성 섬유는 필라멘트가 응고되어 섬유가 되는 냉기실로 직경 50~500마이크로미터의 방사구를 통해 중합체 용융물 또는 용액을 강제로 주입하여 만들어집니다. 연속적으로 형성된 실이 보빈에 감겨 있습니다. 아세테이트 섬유는 용매를 증발시키기 위해 뜨거운 공기 중에서 경화되는 반면, 비스코스 섬유는 특수 액체 시약이 있는 침전조에서 경화됩니다. 형성하는 동안 릴에서 섬유를 늘리는 것은 사슬 중합체 분자가 더 명확한 순서를 갖도록 하기 위해 사용됩니다. 섬유의 특성은 다양한 방법에 의해 영향을 받습니다. 압출 속도, 구성 및 수조 내 물질 농도 변경, 방사 용액, 수조 또는 에어 챔버의 온도 변경, 방사구 개구부의 크기 변경. 섬유의 강도 특성의 중요한 특성은 섬유가 자체 중력으로 인해 끊어지는 파단 길이입니다. 천연 면 섬유의 경우 5~10km, 아세테이트 실크의 경우 12~14, 천연의 경우 30~35, 비스코스 섬유의 경우 최대 50km까지 다양합니다. 폴리에스테르와 폴리아미드로 만든 섬유는 강도가 더 큽니다. 따라서 나일론에서는 절단 길이가 80km에 이릅니다. 합성 섬유는 많은 분야에서 천연 섬유를 대체했습니다. 생산량의 총량은 거의 같습니다. 저자: 프리스틴스키 V.L.
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