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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Fibres synthétiques. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Fibres synthétiques, Fibres chimiques - fibres textiles obtenues à partir de polymères organiques naturels et synthétiques, ainsi que de composés inorganiques.
Depuis des milliers d'années, l'homme utilise pour ses besoins des fibres naturelles d'origine végétale (lin, coton, chanvre) et animale (laine, soie). En outre, des matériaux minéraux, tels que l'amiante, ont également été utilisés. Les tissus fabriqués à partir de ces fibres étaient utilisés pour confectionner des vêtements, des besoins techniques, etc. En raison de la population croissante de la Terre, les fibres naturelles sont devenues rares. C'est pourquoi il fallait leurs substituts. La première tentative d'obtention de soie artificielle a été faite en 1855 par le Français Audemars à base de nitrocellulose. En 1884, l'ingénieur français G. Chardonnay a mis au point une méthode d'obtention de fibres artificielles - la soie nitro, et depuis 1890, une large production de soie artificielle a été organisée en utilisant la méthode du nitrate avec la formation de fils à l'aide de filières. Le travail qui a commencé dans les années 90 du XIXe siècle a été particulièrement efficace. production de soie à partir de viscose. Par la suite, cette méthode a été la plus largement utilisée et la soie de viscose représente aujourd'hui environ 85% de la production mondiale de fibres synthétiques. En 1900, la production mondiale de soie de viscose s'élevait à 985 tonnes, en 1930 à environ 200 1950 tonnes et en 1600, la production de soie de viscose atteignait près de XNUMX XNUMX XNUMX tonnes. Dans les années 1920, la production de soie d'acétate (à partir d'acétate de cellulose) est maîtrisée. En apparence, la soie d'acétate est presque impossible à distinguer de la soie naturelle. Il est légèrement hygroscopique et, contrairement à la soie viscose, ne se froisse pas. La soie d'acétate est largement utilisée en génie électrique comme matériau isolant. Plus tard, une méthode a été découverte pour obtenir des fibres d'acétate d'une résistance extrêmement élevée (un câble d'une section de 1 cm2 peut supporter une charge de 10 tonnes). Basé sur les progrès de la chimie tout au long du XNUMXe siècle. en URSS, en Angleterre, en France, en Italie, aux États-Unis, au Japon et dans d'autres pays, une puissante industrie de la fibre artificielle a été créée. A la veille de la Première Guerre mondiale, seulement 11 25 tonnes de fibres artificielles étaient produites dans le monde et 1927 ans plus tard, la production de fibres artificielles a fait reculer la production de soie naturelle. Si en 60 la production de viscose et d'acétate de soie était d'environ 1956 2 tonnes, alors en XNUMX, la production mondiale de fibres artificielles - viscose et acétate - dépassait XNUMX millions de tonnes. La différence entre les fibres naturelles, artificielles et synthétiques est la suivante. La fibre naturelle (naturelle) est entièrement créée par la nature elle-même, la fibre artificielle est fabriquée par des mains humaines et la fibre synthétique est créée par l'homme dans des usines chimiques. Lors de la synthèse de fibres synthétiques à partir de substances plus simples, des composés de haut poids moléculaire plus complexes sont obtenus, tandis que des matériaux artificiels sont formés en raison de la destruction de molécules beaucoup plus complexes (par exemple, des molécules de fibres dans la production d'alcool méthylique par distillation sèche de bois ). Le nylon, première fibre synthétique, a été découvert en 1935 par le chimiste américain W. Carothers. Carothers a d'abord travaillé comme comptable, mais s'est ensuite intéressé à la chimie et s'est inscrit à l'Université de l'Illinois. Déjà en troisième année, il a été chargé de donner des conférences sur la chimie. En 1926, l'Université de Harvard l'a élu professeur de chimie organique. En 1928, un tournant décisif s'opère dans le destin de Carothers. La plus grande entreprise chimique "Dupont de Nemours" l'invite à diriger le laboratoire de chimie organique. Des conditions idéales ont été créées pour lui: un personnel nombreux, les équipements les plus modernes, la liberté dans le choix des sujets de recherche. Cela était dû au fait qu'un an plus tôt, l'entreprise avait adopté une stratégie de recherche théorique, estimant qu'elle apporterait à la fin des avantages pratiques importants, et donc des bénéfices. Et c'est arrivé. Après trois ans de travail acharné, le laboratoire de Carothers, étudiant la polymérisation des monomères, obtient un succès exceptionnel - un polymère de chloroprène est obtenu. Sur cette base, en 1934, la société DuPont a commencé la production industrielle de l'un des premiers types de caoutchouc synthétique - le polychloroprène (néoprène), qui, en termes de qualités, peut remplacer avec succès le caoutchouc naturel rare. Cependant, Carothers considérait que l'objectif principal de ses recherches était une substance synthétique pouvant être transformée en fibre. En utilisant la méthode de polycompensation, qu'il a étudiée à l'Université de Harvard, Carothers a obtenu en 1930 un polyester résultant de l'interaction de l'éthylène glycol et de l'acide sébacique, qui, comme il s'est avéré plus tard, était facilement étiré en fibre. C'était déjà une grande réussite. Cependant, cette substance ne pouvait pas avoir d'application pratique, car elle était facilement adoucie par l'eau chaude. De nombreuses autres tentatives pour obtenir une fibre synthétique commerciale ont échoué et Carothers a décidé d'arrêter de travailler dans cette direction. La direction de l'entreprise a accepté de fermer le programme. Cependant, le chef du département de chimie s'est opposé à ce résultat. A grand-peine, il persuade Carothers de poursuivre ses recherches. Repensant les résultats de son travail à la recherche de nouvelles façons de le poursuivre, Carothers a attiré l'attention sur les polymères récemment synthétisés contenant des groupes amide dans la molécule - les polyamides. Ce choix s'est avéré extrêmement fructueux. Des expériences ont montré que certaines résines de polyamide, pressées à travers une filière fabriquée à partir d'une fine seringue médicale, forment des filaments à partir desquels des fibres peuvent être fabriquées. L'utilisation de nouvelles résines semblait très prometteuse. Après de nouvelles expériences, Carothers et ses assistants reçoivent le 28 février 1935 du polyamide, à partir duquel il est possible de produire une fibre solide, élastique, élastique et imperméable. Cette résine, isolée par la réaction de l'hexaméthylènediamine avec l'acide adipique, suivie d'un chauffage sous vide du sel résultant (AG), a été nommée "polymère 66", car les produits initiaux contenaient 6 atomes de carbone. Depuis qu'ils ont travaillé simultanément à la création de ce polymère à New York et à Londres, la fibre qui en était issue s'appelait "nylon" - d'après les lettres initiales de ces villes. Les spécialistes du textile l'ont reconnu comme adapté à la production commerciale de fil. Au cours des deux années suivantes, les scientifiques et les ingénieurs de DuPont ont développé en laboratoire des procédés de production d'intermédiaires en fils de polymère et de nylon et ont conçu une usine chimique pilote. Le 16 février 1937, le nylon est breveté. Après de nombreux cycles expérimentaux, en avril 1937, la fibre a été obtenue pour un lot expérimental de bas. En juillet 1938, la construction d'une entreprise expérimentale est achevée. Le 29 avril 1937, trois jours après que Carothers eut 41 ans, il mourut en prenant du cyanure de potassium. Un chercheur exceptionnel était hanté par l'obsession de ne pas réussir en tant que scientifique. Le nylon a coûté 6 millions de dollars à développer, plus que tout autre produit à usage public. (À titre de comparaison, les États-Unis ont dépensé 2,5 millions de dollars pour développer la télévision.) Extérieurement, le nylon ressemble à de la soie naturelle et s'en rapproche dans sa structure chimique. Cependant, en termes de résistance mécanique, la fibre de nylon est environ trois fois supérieure à la soie de viscose et naturelle - près de deux fois. DuPont a longtemps gardé le secret du processus de fabrication du nylon. Et même elle a fait l'équipement nécessaire pour cela. Tant les employés que les grossistes de la marchandise ont obligatoirement souscrit un abonnement de non-divulgation pour les informations relatives aux "secrets nylon". Le premier produit commercial à arriver sur le marché était les brosses à dents en nylon. Leur sortie a commencé en 1938. Les bas en nylon ont fait l'objet d'une démonstration en octobre 1939 et, à partir du début de 1940, la fibre de nylon a été produite à Wilmington, qui a été achetée par des usines de tricotage pour fabriquer des bas. Grâce à l'accord mutuel des sociétés de négoce, des bas de fabricants concurrents apparaissent sur le marché le même jour : le 15 mai 1940. La production de masse de produits en nylon n'a commencé qu'après la Seconde Guerre mondiale, en 1946. Et bien que de nombreux autres polyamides (kapron, perlon, etc.) soient apparus depuis, le nylon est encore largement utilisé dans l'industrie textile. Si en 1939 la production mondiale de nylon n'était que de 180 tonnes, en 1953 elle atteignait 110 XNUMX tonnes. Le plastique nylon a été utilisé dans les années 50 pour fabriquer des hélices de navires pour les navires de petite et moyenne taille. Dans les années 40-50 du XXe siècle. d'autres fibres polyamides synthétiques sont également apparues. Ainsi, en URSS, le capron était le plus courant. La matière première pour sa production est le phénol bon marché, produit à partir de goudron de houille. Environ 1 tonne de résine peut être obtenue à partir d'une tonne de phénol et du nylon peut en être fabriqué en quantité suffisante pour fabriquer 0,5 à 20 25 paires de bas. Kapron est également obtenu à partir de produits de raffinage du pétrole. En 1953, pour la première fois au monde en URSS, une réaction de polymérisation entre l'éthylène et le tétrachlorure de carbone a été réalisée à l'échelle pilote, et le produit initial pour la production industrielle de fibre d'énanth a été obtenu. Le schéma de sa production a été développé par une équipe de scientifiques dirigée par A. N. Nesmeyanov. En termes de propriétés physiques et mécaniques de base, l'énanth non seulement n'était pas inférieure aux autres fibres de polyamide connues, mais surpassait également à bien des égards le nylon et le nylon. Dans les années 50-60. du siècle dernier, la production de fibres synthétiques de polyester et de polyacrylonitrile a commencé. Les fibres de polyester sont formées à partir d'une masse fondue de téréphtalate de polyéthylène. Ils ont une excellente résistance à la chaleur, conservant 50% de résistance à 180°C, sont ignifuges et résistants aux intempéries. Résistant aux solvants et aux parasites : mites, moisissures, etc. Le fil de polyester est utilisé pour la fabrication de bandes transporteuses, de courroies d'entraînement, de cordes, de voiles, de filets de pêche, de tuyaux, comme base pour les pneus. Le monofilament est utilisé pour la production de treillis pour machines à papier, cordes de raquette. Dans l'industrie textile, un fil en fibres de polyester est utilisé pour fabriquer des tricots, des tissus, etc. Lavsan appartient aux fibres de polyester. Les fibres de polyacrylonitrile ont des propriétés similaires à celles de la laine. Ils sont résistants aux acides, alcalis, solvants. Ils sont utilisés pour la fabrication de vêtements d'extérieur, de tapis, de tissus pour costumes. En mélange avec du coton et des fibres de viscose, les fibres de polyacrylonitrile sont utilisées pour fabriquer du linge de maison, des rideaux et des bâches. En URSS, ces fibres étaient produites sous le nom commercial Nitron. De nombreuses fibres synthétiques sont fabriquées en forçant un polymère fondu ou une solution à travers des filières de 50 à 500 micromètres de diamètre dans une chambre à air froid où les filaments se solidifient et deviennent des fibres. Un fil formé en continu est enroulé sur une bobine. Les fibres d'acétate sont durcies à l'air chaud pour évaporer le solvant, tandis que les fibres de viscose sont durcies dans des bains de précipitation avec des réactifs liquides spéciaux. L'étirement des fibres sur les bobines lors de la formation est utilisé pour que les molécules de polymère en chaîne prennent un ordre plus clair. Les propriétés des fibres sont influencées par diverses méthodes : en modifiant la vitesse d'extrusion, la composition et la concentration des substances dans le bain, en modifiant la température de la solution de filage, du bain ou de la chambre à air, en modifiant la taille de l'ouverture de la filière. Une caractéristique importante des propriétés de résistance de la fibre est la longueur de rupture, à laquelle la fibre se casse sous sa propre gravité. Pour la fibre de coton naturelle, elle varie de 5 à 10 km, pour la soie d'acétate - de 12 à 14, pour la fibre naturelle - de 30 à 35, pour la fibre de viscose - jusqu'à 50 km. Les fibres faites de polyesters et de polyamides ont une plus grande résistance. Ainsi en nylon, la longueur de rupture atteint 80 km. Les fibres synthétiques ont remplacé les fibres naturelles dans de nombreux domaines. Le volume total de leur production est presque égal. Auteur : Pristinsky V.L.
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