Технология и оборудование для получения волокон и нитей специального назначения

Москва
ИНФРА-М
2019

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ 
ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКОН 
И НИТЕЙ СПЕЦИАЛЬНОГО 
НАЗНАЧЕНИЯ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Л.И. Коротеева
Е.Ю. Коротеева

Допущено  Учебно-методическим объединением вузов
Российской Федерации по университетскому политехническому
образованию в качестве учебного пособия для студентов 
высших учебных заведений, обучающихся по направлениям
подготовки 15.03.02 и 15.04.02 «Технологические машины
и оборудование»

Министерство образования и науки Российской Федерации
Московский государственный университет дизайна и технологии

К 68

УДК 677:678(075.8)
ББК 34.7я73
К 68

Коротеева Л.И.
Технология и оборудование для получения волокон и нитей специального 
назначения : учеб. пособие / Л.И. Коротеева, Е.Ю. Коротеева. — М. : ИНФРА-М, 
2019. — 288 с. — (Высшее образование). — www.dx.doi.org/10.12737/8747.
ISBN 978-5-16-010428-7 (print)
ISBN 978-5-16-102410-2 (online)

Учебное пособие разработано в соответствии с требованиями ФГОС ВО по 
направлениям подготовки 15.03.02 и 15.04.02 «Технологические машины и оборудование», профили «Машины и аппараты текстильной и легкой промышленности» и «Сервис и техническая эксплуатация промышленного оборудования». 
Рассматриваются основные стадии технологических процессов и оборудование 
для производства стеклянных, базальтовых, углеродных, оптических волокон, 
а также получение половолоконных мембран и нановолокон. Приводятся сведения о качестве готовой продукции и областях ее применения. 
Пособие может быть использовано студентами при выполнении курсовых 
проектов и выпускных квалификационных работ, а также полезно инженерно- 
техническим работникам промышленных предприятий.
УДК 677:678(075.8)
ББК 34.7я73

Р е ц е н з е н т ы :
Гальбрайх Л.С., д-р. техн. наук, проф., зав. кафедрой технологии химических 
волокон и наноматериалов МГУДТ;
Карасев Ю.В., канд. техн. наук, председатель Совета управляющих МПФГ, генеральный директор ОАО «ЦК МПФГ «ФОРМАШ»;
Шаронов А.В., канд. техн. наук, зам. генерального директора, директор технологического центра по композиционным материалам (ООО «РЕКСТРОМ-М»);
Максимов Н.И., д-р техн. наук, профессор, президент гильдии экспертов в сфере профессионального образования

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

ISBN 978-5-16-010428-7 (print)
ISBN 978-5-16-102410-2 (online) 
© Коротеева Л.И., Коротеева Е.Ю., 2015

Подписано в печать 25.03.2015. 
Формат 60 90/16. 
Бумага офсетная. Гарнитура «Newton». Печать офсетная.
Усл. печ. л. 18,0. Уч.-изд. л. 19,44 
ПТ10.
Цена свободная. 
TK 319 800-488 383-250315

ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»
127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29
E-mail: books@infra-m.ru        http://www.infra-m.ru

ПРЕДИСЛОВИЕ

К нитям специального назначения относятся нити, которые находят 
применение в нетрадиционных для текстильной промышленности отраслях (ракетно-космической, авиационной, военной, автомобиле- и судостроении, электронике, машиностроении, медицине и др.). Интенсивное 
развитие этих отраслей промышленности ведет к необходимости получения новых многофункциональных материалов, значительно превосходящих 
традиционные по эксплуатационным характеристикам и долговечности. 
Так, для ракето- и самолетостроения в большом количестве требуются термо- и жаростойкие материалы, которые могут работать при температуре 
от 300 до 3000 °С. Для медицинских целей необходимы материалы на основе бактерицидных волокон. Ряд отраслей промышленности нуждается 
в негорючих, ионообменных, водо- и маслоотталкивающих, полупроводниковых и других материалах со специальными свойствами. 
К новым многофункциональным материалам прежде всего можно отнести композиционные материалы, полученные с использованием органических и неорганических химических волокон — жаропрочных и термостойких, высокомодульных и высокопрочных, электропроводящих, 
оптических, антифрикционных, сорбционных и др. 
В настоящее время сведения о способах получения нитей специального назначения и применяемом оборудовании ограничиваются отдельными 
статьями, патентами и немногочисленными книгами, в которых рассматриваются технология и оборудование производства отдельных видов специальных нитей.
Учебное пособие «Технология и оборудование для получения волокон 
и нитей специального назначения» составлено в соответствии с требованиями ФГОС ВПО подготовки выпускников по направлениям 15.03.02 и 
15.04.02 «Технологические машины и оборудование» и профилям «Машины 
и аппараты текстильной и легкой промышленности», «Сервис и техническая эксплуатация промышленного оборудования». В пособии рассматриваются технология и оборудование для получения тех нитей специального 
назначения, которые уже широко применяются в промышленности, а также уделено внимание производству волокон и нитей, которые в настоящее 
время, по мнению специалистов, считаются перспективными.
Цель учебного пособия — формирование у студентов комплекса теоретических знаний по технологическим процессам и составу оборудования 
для производства нитей специального назначения. 
Основная задача данного пособия — подготовка выпускников к решению 
конкретных производственных задач по выбору оборудования и расчету основных технологических параметров работы оборудования. Приобретенные 
студентами знания и практические навыки должны обеспечить им умение 
самостоятельно, на достаточно высоком уровне совершенствовать систему 
знаний по технологии и оборудованию для получения специальных нитей. 
Главы 1–3, 5 написаны Л.И.Коротеевой, главы 4 и 6 — Е.Ю. Коротеевой. 
Авторы выражают благодарность В.И. Глушенкову за помощь при 
оформлении учебного пособия.

ВВЕДЕНИЕ

Производство химических волокон и нитей является одной из развивающихся отраслей современной промышленности. Особенно 
высокую эффективность имеет использование химических волокон 
в изделиях технического назначения. Разнообразие типов и свойств 
химических волокон, а также рост масштабов их производства приводят к необходимости дифференцированного рассмотрения отдельных групп и классов этих материалов.
В настоящее время нет единой научно обоснованной классификации химических волокон. Это связано с тем, что химические волокна являются не только быстро развивающимся, но и обширным 
классом современных химических материалов. На рис. 1 приведена 
классификация волокон, в основу которой положено деление их по 
происхождению и химическому составу.
Существуют два основных класса волокон: 
 
• природные (натуральные) — хлопок, лен, шерсть, асбест, шелк;
 
• химические — вискозные, полиамидные, полиэфирные, стеклянные, керамические.
Каждый из этих классов в зависимости от химического состава 
делится на два подкласса: органические и неорганические.
В качестве представителей отдельных групп приведены только 
наиболее распространенные волокна, вырабатываемые в промышленных масштабах или обладающие уникальными свойствами. Эта 
схема, несомненно, условна, так как, учитывая возможность химической модификации каждого из существующих видов волокон, трудно дать жесткую и однозначную классификацию.
Химические волокна являются главными компонентами при изготовлении современных композиционных материалов (композитов), 
которые могут быть получены с заданными свойствами. Это открывает широкие возможности их применения, в частности при решении 
тех задач, которые невозможно осуществить, используя традиционные 
материалы.
Композиты ведут свою историю еще с древних времен. Так, в безлесных районах России широко применялся такой строительный 
материал, как саман – кирпич из глины, армированный резаной соломой. А античный способ изготовления кирпичей отражен на стенах 
египетских пирамид.
Композиты представляют собой сочетание разнородных материалов, приводящее к созданию нового материала, свойства которого 
и количественно, и качественно отличаются от свойств каждого из 

Волокна

Химические

Органические

Искусственные

Синтетические

Углеродные

Оксидные

Неоксидные

Стеклянные

Базальтовые

Кремнеземные

Кварцевые

Хлопок

Лен

Конопля

Джут

Шерсть

Шелк

Асбест

Органические
Неорганические

Неметаллические

Керамические

Металлические

Минеральные

Растительного 
происхождения
Животного  
происхождения

Неорганические

Натуральные

Рис. 1. Классификация волокон

его составляющих. Современную жизнь трудно представить без композиционных материалов и изделий из них.
Волокна, предназначенные для армирования композиционных 
материалов, должны обладать высокими функциональными характеристиками. Производство современных армирующих волокон, используемых для изготовления композиционных материалов, составляет незначительную долю (всего несколько процентов) от общей 
массы выпускаемых химических нитей. Однако финансовые суммы 
от их реализации достигают значительной величины. Объем использования этих волокон влияет в значительной мере на уровень технического прогресса, на обороноспособность и на степень экономической 
и политической независимости тех стран, которые их производят. На 
сегодняшний день создание сложной космической, ракетной и авиационной техники базируется на этих материалах. В последнее время 
их начали широко применять и в транспортном машиностроении (автомобили, городской транспорт, железнодорожный транспорт и др.). 
Использование композитов также очень выгодно экономически, 
что хорошо подтверждают расчеты, выполненные учеными США. 
Результаты этих расчетов приведены в табл. 1 и 2 [35, с. 31]. 
Таблица 1
Удельные затраты энергии на производство  
конструкционных материалов и изделий из них, кВт/ч

Материалы
Затраты на изготовление 1 кг 
исходного материала
Затраты на изготовление изделия в расчете на 1 кг веса
Углепластик
33
72,7
Сталь
35,2
220,4
Алюминий
48,5
392,4
Титан
189,5
1543,2

Таблица 2

Экономический эффект от снижения веса изделия  
за счет использования композитов

Изделие
Экономический эффект на 1 кг веса, долл.
Самолет
150
Вертолет
300
Ракета
10 000
Спутник
10 000
Сложный космический аппарат
50 000

При анализе производства волокон и нитей специального назначения отмечается постоянная тенденция к расширению ассортимента этих нитей для различных областей применения и улучшению их 
потребительских свойств. 

Глава 1. 
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ 
ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКЛЯННЫХ НИТЕЙ  
И ВОЛОКОН

1.1. 
ОБщИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТЕКЛЯННЫХ ВОЛОКНАХ

Стеклянные волокна относятся к негорючим неорганическим химическим волокнам, обладающим редким сочетанием свойств – высокой термостойкостью, высоким модулем упругости при малом 
удлинении, достаточно высокой прочностью, низкой гигроскопичностью, стойкостью к химическому и биологическому воздействию, 
сравнительно малой плотностью и др. Они применяются в качестве 
армирующего материала для стеклопластиков, а также для изготовления материалов с электро-, тепло- и звукоизоляционными свойствами, фильтровальных материалов и световодов, способны пропускать свет, обладают полупроводниковыми свойствами, прозрачны 
для радиоволн и поглощают рентгеновские и коротковолновые лучи.
Возможность получения длинных нитей из стекла была известна 
давно. Эти нити могут образовываться и естественным путем. Так, 
при извержении вулканов капли лавы, подхваченные сильными порывами ветра, вытягиваются в длинные волокна. Именно такие стеклянные нити были обнаружены около Везувия. При археологических 
раскопках древних захоронений (возрастом порядка 3000 лет до н.э.) 
в различных частях земного шара были найдены украшения из стеклянного волокна.
При археологических исследованиях в Киевской области была 
обнаружена не только стеклянная посуда, но и пряди из стеклянных 
нитей, относящиеся к II–IV вв. В Италии (IX в.) получали цветные 
стеклянные нити, которые применялись для декорирования высокосортной стеклянной посуды. 
Впервые технология получения стеклянных волокон была описана в 1734 г. французским естествоиспытателем Р. Реомюром (фр. Renе 
Antoine de Rеaumur, 1683–1757). В 1819 г. французу Бранфо (фр. Brunfaut) 
удалось изготовить фильерный аппарат, пригодный для производства 
стеклянных нитей диаметром 6–10 мкм. Мастер стеклоделия организовал производство стеклянных нитей сначала во Франции, а затем 
в Германии. Из полученных стеклянных нитей изготавливали различные украшения для платьев и дамских шляп. Особенно славилась этим 
изделиями Вена, где работал сам Бранфо. 
В середине XIX в. в России на императорском заводе в Санкт-Петербурге из стеклянных нитей делали жилеты и воротнички, цепочки 
для часов, перья и другие украшения. Стеклянные нити получали вы

тягиванием (с помощью вращающегося колеса) размягченного на 
паяльной горелке конца стеклянного штабика. Следует отметить, что 
мода на такие изделия быстро прошла, так как стеклянные нити обладали большой хрупкостью и при носке крошились. Мелкие осколки попадали в глаза, раздражали кожу.
Получение стеклянного волокна в виде ваты относится к началу 
XIX в. Вата применялась для теплоизоляции, а также для фильтрации 
концентрированных кислот. Один из основоположников стеклоделия 
в России С.П. Петухов так писал о теплоизоляционном стеклянном 
волокне: «Для предохранения стен и полов от выстывания и вообще 
в тех случаях, где можно воспользоваться малой теплопроводностью 
стекла, стеклянная вата или шерсть готовится посредством сильной 
струи перегретого пара»1.
В СССР первые теоретические разработки по структуре стекла 
были начаты в 20-е гг. XX в. советским физиком, академиком А.А. Лебедевым (1893–1969), а с конца 30-х гг. стали исследовать стекловату. 
В 1937 г. в Государственном институте стекла была создана лаборатория по изучению стеклянных волокон. В 1941 г. группой советских 
ученых и работников промышленности (М.Г. Черняк, С.И. Иоффе, 
М.С. Асланова и др.) был разработан новый состав стекла, а также 
производственное оборудование для его получения. 
Промышленное производство стеклянных нитей в СССР было 
впервые организовано в 1942 г. на Гусевском заводе стеклянного волокна. Этот завод стал кузницей кадров новой, стремительно развивающейся отрасли промышленности. 
Быстрому развитию промышленности стеклянных волокон способствовали доступность и распространенность основных сырьевых 
материалов, а также короткий и относительно простой технологический процесс их получения (подготовка сырья, стекловарение и формование). В 1946 г. стекловолокнистые материалы уже широко применялись в авиационной, оборонной и электротехнической отраслях. 
12 июня 1946 г. на базе лаборатории по изучению стеклянных волокон был создан институт стекловолокна (Всесоюзный научно-исследовательский институт стеклянного волокна — ВНИИСВ), преобразованный в 1967 г. во Всесоюзный научно-исследовательский институт стеклянного волокна и стеклопластиков — ВНИИСПВ. 
Институт занимался разработкой типовых технологических процессов 
получения стеклянных нитей и волокон, а также разработкой технологии и оборудования для получения новых видов стекловолокна 
и материалов на его основе. В настоящее время традиции ВНИИСПВ 

1 
Петухов С.П. Стеклянная вата // Энциклопедия Брокгауза и Ефрона. Т. 62. 
СПб., 1901. С. 560–561.

успешно продолжает созданное на его базе открытое акционерное общество (ОАО «НПО Стеклопластик»).

1.1.1. 
Свойства стеклянных волокон
В настоящее время в учебной, научной, технической литературе, 
относящейся к процессу производства, исследования и переработки 
стеклянных нитей и волокон, используются разнообразные термины: 
непрерывные нити, бесконечные нити, непрерывные волокна, волокна, нити, штапельное волокно, дискретное волокно, ровинг, директ-ровинг и т.д. 
В Государственном стандарте Российской Федерации 
ГОСТ Р 50049-92 (ИСО 6355-88), который должен применяться совместно с ГОСТ 13784-90, установлены следующие термины:
 
• стеклянная нить — гибкое протяженное и прочное тело, неограниченной длины, с малыми поперечными размерами по отношению к длине, применяемое для изготовления стекловолокнистых 
материалов;
 
• элементарная стеклянная нить — элементарная текстильная нить, 
полученная из расплава стекла;
 
• комплексная стеклянная нить — текстильная нить, состоящая из 
двух или более элементарных стеклянных нитей;
 
• штапельное волокно — элементарное волокно ограниченной длины;
 
• стеклянный ровинг — пучок параллельных комплексных нитей, 
соединенных вместе без крутки и т.д.
В дальнейшем будем придерживаться следующих терминов: стеклянное волокно — общее понятие, включающее стеклянную нить 
и стеклянное штапельное волокно.
Стеклянные волокна получают в виде стеклянных нитей (технических и текстильных), а также в виде штапельных волокон. Стеклянные нити состоят из упорядоченно расположенных элементарных 
стеклянных нитей большой длины (до 20 000 м и более) с диаметром 
от 3 до 50 мкм. Стеклянные штапельные волокна — это короткие отрезки (до 0,5 м) элементарных нитей диаметром от 0,1 до 20 мкм. По 
внешнему виду стеклянные нити напоминают натуральный или искусственный шелк, а волокна — хлопок или шерсть.
Стеклянные волокна получили широчайшее применение при изготовлении стеклопластиков. При этом они по многим показателям 
уступают другим типам волокон, например углеродным. Тем не менее 
их невысокая стоимость привела к тому, что по объему потребления 
стеклянные волокна существенно опережают все остальные типы 
волокнистых наполнителей.
Что же такое стекло? 
Согласно определению комиссии по терминологии АН СССР 
(1932 г.), стеклом называются все аморфные тела, получаемые путем 

переохлаждения расплава, независимо от химического состава и температурной области застывания, и обладающие, в результате постепенного увеличения вязкости, свойствами механических твердых тел. 
При этом процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразное 
должен быть обратимым.
Общепризнано существование в природе трех агрегатных состояний веществ: газообразное, жидкое и твердое. Иногда к четвертому состоянию относят плазму. Вещества в твердом состоянии при 
обычной температуре и давлении могут иметь кристаллическую или 
аморфную структуру. В природе наиболее распространены кристаллические твердые вещества, для структуры которых характерен 
геометрически строгий порядок расположения частиц (атомов, ионов) в трехмерном пространстве. Кристаллическое состояние является стабильным при обычных условиях и характеризуется наиболее низкой внутренней энергией. Твердые кристаллические вещества имеют четкие геометрические формы, определенные 
температуры плавления и в большинстве случаев являются анизотропными, т.е. их физические свойства неодинаковы в различных 
направлениях.
Стеклообразное состояние веществ является аморфной разновидностью твердого состояния. Пространственное расположение частиц 
вещества, находящегося в стеклообразном состоянии, является неупорядоченным.
Все типы стекол независимо от химического состава и температурной области затвердевания обладают специфическими свойствами, 
которые отличают их от твердых и жидких веществ:
 
• стекла имеют неупорядоченное атомное строение. В структуре 
стекла отсутствует систематическая повторяемость элементов 
структуры, характерная для твердых тел;
 
• стекла изотропны, если они однородны по составу, свободны от 
напряжений и дефектов. Изотропия свойств стекол обусловлена 
отсутствием направленной в пространстве ориентации частиц;
 
• стекла не имеют определенной температуры затвердевания или 
плавления, в отличие от кристаллических веществ. В кристаллическом веществе температура плавления сохраняется постоянной 
вплоть до плавления последнего кристаллика. В стеклах процесс 
плавления и затвердевания происходит постепенно в некотором 
температурном интервале;
 
• при охлаждении расплав стекла переходит из жидкого состояния 
в пластическое и только затем в твердое. При нагревании стекло 
переходит из твердого состояния в пластическое, а при увеличении 
температуры — в жидкое;
 
• свойства стекол зависят от скорости переохлаждения или нагревания. При малой скорости переохлаждения может произойти крис