Полупромышленное производство нитей на основе сегментированного полиуретана было запущено компанией DuPont в конце 50-х годов и, начиная с 1962 г., первая в мире эластановая нить, получившая торговую марку Lycra®, производится в коммерческих масштабах.

До этого времени при производстве некоторых видов одежды использовались только натуральные резиновые (латексные) нити, которые имели существенные недостатки, ограничивающие их текстильное применение. В частности, относительно низкое возвращающее усилие, возникающее при растяжении нити; очень ограниченный интервал линейных плотностей, низкая способность к термостабилизации, быстрое старение и деструкция. Лишенные этих недостатков, эластановые нити быстро вытеснили резину и существенно расширили возможности для эластификации текстильных материалов. В настоящее время данные нити применяются для улучшения потребительских качеств (комфортабельности и внешнего вида) практически всех видов одежды. Все более широкое применение эластановых нитей привело к созданию новых типов текстильных полотен, и было главной движущей силой при достижении функциональных свойств и стилевых решений одежды сегодняшнего дня. Очерк развития эластановых нитей не будет полным без описания эволюции текстильной технологии и машиностроения.

Тенденции в технологии формования эластановых нитей. Эластановая нить (спандекс) формуется на основе полимеров, содержащих, по меньшей мере, 85% сегментированного полиуретана. Высокая растяжимость и восстанавливаемость эластанов обусловлена тем, что нить формуется в виде ориентированного блок-сополимера, состоящего из длинных гибких сегментов, соединенных друг с другом участками «жестко» упакованных макромолекул, которые образуют сетчатую структуру (рис. 1).

В отличие от натуральной резины, где эти сегменты  представляют собой полиизопреновые углеводородные цепи, соединенные дисульфидными связями, в эластанах «жесткие» участки образованы благодаря водородным связям. Водородные связи могут разрушаться и устанавливаться вновь при повышенных температурах, что позволяет проводить эффективную термостабилизацию эластановых нитей. Гибкие блоки эластанов состоят главным образом из линейных макрогликолей с высокой степенью бифункциональности, молекулярная масса которых находится в пределах от 1000 до 5000. В течение нескольких десятков лет было исследовано множество полимеров, которые могли бы использоваться в качестве гибких участков эластанов, но до настоящего времени в промышленных масштабах используются только полиэфиры и полиэстеры. При этом около 85% всех эластановых нитей формуется на основе гибких сегментов из полиэтеров, что обусловлено их хорошей функциональностью и «дружелюбной» ценой. В качестве жестких участков в большинстве случаев используются 4,4'- метилен-бис (4-фенилизоцианат) с диаминами или гликолями в качестве удлинителей цепей.

Состав большинства эластановых нитей, получаемых методом сухого формования, существенно не изменялся на протяжении целого ряда лет,  однако, в начале 90-х годов Дюпон совершил очередной прорыв в химии полимеров, приведший к созданию нового класса эластановых нитей, известных как «мягкая» Лайкра®(Lycra®Soft), которые более полно восстанавливают первоначальную длину после деформации и имеют более пологую кривую «нагрузка-деформацию», чем обычные эластаны (рис. 2).

Трикотажные полотна на основе таких нитей привносят в одежду существенно более высокую комфортность, особенно в облегающие изделия, поскольку в этом случае при растяжении одежды компрессионные усилия изменяются в меньшей мере.

В течение последних 30 лет в коммерческих масштабах применялось четыре способа формования эластановых нитей: сухой и мокрый способы из раствора, из расплава, и реакционное формование. Получаемые в соответствии с данными способами нити существенно отличаются по своим физико-механическим свойствам и внешнему виду, в частности, по форме поперечного сечения (рис. 3).

В 60-х и начале 70-х годов большая часть эластанов производилась  мокрым способом из раствора и реакционным формованием, что было обусловлено необходимостью относительно низких инвестиций и операционной стоимости. Это особенно справедливо для эластановых нитей высоких линейных плотностей, преимущественно существовавших на рынке в те годы. Однако, существенно лучшие физико-механические и эластические свойства (усилие восстановления первоначальных размеров, отнесенное на 1 децитекс), а также фактор экономичности для нитей малых линейных плотностей, широко использующихся в настоящее время, привели к тому, что сейчас около 90% всех эластановых нитей производятся по сухому способу.

Суть его сводится к тому, что вязкий полимерный раствор продавливается через фильеры в шахту, где при нагревании происходит испарение растворителя, и образуются нити. Нить наматывается на бобины или в виде монофиламента или комплексной нити, состоящей из склеенных монофиламентов (элементарных нитей). Большинство эластановых нитей производится в интервале линейных плотностей от 44 до 3000 дтекс. В случае лайкра® минимальная линейная плотность нити, производимой компанией «Дюпон», достигает 8 дтекс.

Совершенствование производства лайкра® включало в себя разработку более эффективного замасливателя, специальной формы намотки нити на бобины (причем, разной, в зависимости от конечной области применения и типа используемого текстильного оборудования), различной степени матирования для лучшего смешивания с другими текстильными волокнами и пряжами, использование различных модификаторов для обеспечения повышенной степени сохранения белизны и стойкости нитей к хлорсодержащим реагентам.

Эволюция рынка эластановых нитей. Появление эластанов в начале 60-х годов стимулировало появление и развитие новых типов текстильных материалов и одежды, которая предлагала лучший комфорт и облегаемость по сравнению с одеждой из традиционных тканей и трикотажных полотен. Все началось с вытнеснения традиционных резиновых нитей, до этого повсеместно применявшихся в поясах и корсетных изделиях. Затем лайкра®  стала отвовевывать рынки нижнего белья, купальных костюмов и, наконец, колготок и спортивной одежды. В последние годы использование лайкра®  стремительно растет  в различных видах верхней одежды и детских подгузниках. Лайкра® коренным образом изменяет, в первую очередь, функциональные свойства одежды, улучшая помимо комфортности такие принципиально важные показатели, как драпируемость, несминаемость (более чем на десятичный порядок). При этом дизайнеры получают большую гибкость, как в проектировании одежды, так и в использовании текстильных полотен, которые могут обладать различными поверхностными или объемными эффектами.

Основовязание. В начале 60-х годов основным видом материалов, производимых с эластановыми нитями, были основовязаные полотна типа рашель. Первые эластичные рашель-полотна содержали нить лайкра® линейной плотности 230 дтекс и выше, обкрученную в два слоя полиамидной комплексной нитью. Вскоре было доказано, что лайкра® в «голом» виде достаточно прочна, чтобы выдержать механические нагрузки в процессе вязания, поэтому необходимость обкручивания (что, безусловно, требовалось при использовании резины) отпала. Это привело к тому, что появилась возможность вырабатывать полотна меньшей поверхностной плотности, то есть более легкие. Кроме того, для основовязальных машин была разработана конструкция контролируемого привода навоев с эластановой нитью, что позволило использовать устройства позитивной подачи  этих нитей в зону вязания. Новое поколение основовязаных полотен характеризовалось такими же компрессионными усилиями, что и предыдущие, более тяжелые материалы с резиновой нитью. Полотна с лайкра® стали значительно белее и избавились от неприятного запаха резиновой нити. Использование лайкра® позволило снять также одну из центральных проблем, связанных с хранением сырья, так как резиновые нити приходилось во избежание слипания покрывать порошкообразным веществом (например, тальком), причем расходовали его в больших количествах.

Появление в конце 60-х годов более тонких нитей лайкра®, в частности, линейной плотности 44 и 78 дтекс, позволило впервые начать выпуск эластичных полотен типа трико. Эти полотна, в которых эластановая нить провязывалась, а не прокладывалась как в более тяжелых полотнах рашель, обладали действительно двухмерной эластичностью - основным качеством, «открывшим дорогу» купальным костюмам и нижнему белью нового поколения.
Последовательное повышение класса вязальных машин (с 48 в 1960-х годах до 64 и 72 в 1990-х) и скоростей вязания (с 600 в 1960-х годах до свыше, чем 2500 рядов в минуту в настоящее время), которым способствовали также развитие компаунд-игл в 1970-х годах, существенно увеличили производительность машин и позволили получать очень легкие полотна. С другой стороны, именно эти обстоятельства потребовали создания еще более прочных эластановых нитей.

Кругловязание. Данный вид текстильной технологии, традиционно отстававший от основовязания в 1970-80-х годах, переживает сейчас очень быстрый рост. Хотя  основным видом волокнистого сырья в кругловязании до сих пор остается хлопок, все большее количество полотен производится на основе комплексных нитей, в том числе микроволокон. Появление устройств позитивной подачи, нитепроводящей гарнитуры с низким коэффициентом трения, а также технологии платирования привели к возможности применения лайкра®«в голом виде». В результате существенно сократилось использование смешанных пряж с эластановой нитью, например, пряж с сердечником или эластановый нитей, обкрученных полиамидом.  Увеличение скоростей, диаметра машин и числа вязальных систем способствовали увеличению производительности кругловязальных машин.

Для широких трикотажных полотен, как кругловязаных, так и основовязаных, ключевым фактором сохранения эластических свойств в процессе крашения стало развитие горизонтальных машин (Soft Flow jets) для крашения эластичных полотен.

Производство колготок стало второй основой областью применения эластановых нитей в конце 1960-х годов, прежде всего благодаря поясу этих изделий. В то время для пояса колготок использовались обкрученные эластановые нити (так же как и в случае резины). Однако усовершенствование паковок эластановых нитей позволило непосредственно вязать нити «в голом виде». В результате была исключена операция предварительного обкручивания, благодаря чему увеличилась гибкость в реализации новых дизайнов и снизилась себестоимость производства. Что касается «ножки» колгот, эластановые нити первоначально использовались для вязания после обкручивания полиамидной нитью в один или иногда в два слоя (в последнем случае, в различных S- и Z- направлениях). Помимо защиты эластановой нити от механических воздействий эта технология позволяла проводить предварительное растяжение эластановой нити без устройств натяжения или позитивной подачи, которые в то время еще не применялись.

Большинство современных колготок производится с использованием лайкра® в альтернативных рядах, т.е. в каждом втором петельном ряду. В 1990-х годах начали выпускать колготки, в которых эластановые нити провязывались в каждый ряд. Для таких изделий, обеспечивающих лучшую облегаемость и однородный внешний вид, специалисты компании «Дюпон» разработали специальный тип лайкра®(Т-178С), который характеризуется термической «памятью», существенно облегчающей формировку колготок под действием горячего пара.

Из-за невысокой степени сохранения белизны эластановые нити линейной плотности 44 и 78 децитекс, использовавшиеся в основном в ножке колгот, первоначально производились только матовыми. Поэтому они выглядели непрозрачно-белыми, что, - нет худа без добра, - предохраняло их от обесцвечивания. По мере того как в 1970-е годы на рынок выходили новые химические добавки-модификаторы, степень сохранения белизны эластанов существенно увеличилась, что сделало возможным формование эластановых нитей в прозрачном виде. Данное обстоятельство, принимая также во внимание развитие технологии производства эластанов низких линейных плотностей, например, 22 дтекс, способствовало появлению прозрачных и легких структур, в частности, в колготках. В течение 1970-х годов стала доступна технология снижения липкости эластановых паковок до той степени, при которой стало возможным прямое вязание (платирование) эластановой нити «в голом виде», что привело к дальнейшему увеличению прозрачности колготок.

Ткачество. На протяжение нескольких десятилетий объем производства эластичных ткани пережил ряд взлетов и падений, при этом  сохраняясь незначительным, за исключением «бума» в 1970-х годах эластичных хлопчатобумажных тканей, применяемых для производства джинсов. Такая спокойная жизнь шла до 1990-х годов, когда выявилась  постоянно растущая тенденция эластификации тканей и трикотажных полотен, использующихся для производства верхней одежды. Ожидается, что на протяжении последующих десятилетий именно она будет все более определяющей для роста рынка эластановых нитей. По сравнению с текстурированной нитью, обычно полиамидной, по традиции, применяющейся для обеспечения необходимого результата в случаях относительно низкой эластичности, эластаны смогли предложить ряд преимуществ. Например, для обеспечения эластичной растяжимости на уровне 15-30% требуется относительно низкое содержание эластановой нити: обычно 2-4%. В то же время для достижения такой эластификации ткани необходимо добавлять, по меньшей мере, 40% текстурированных нитей. Кроме того, в отличие от текстурированной нити, незначительное содержание эластанов позволяет сохранять тактильные и визуальные ощущения основного волокнистого состава ткани (хлопка, шерсти).

Для защиты эластановых нитей, используемых для ткачества, от физических воздействий, реализующихся в этом процессе, в частности, циклических ускорений пряжи, пиковых натяжений, существенных фрикционных сил, сопровождающихся повышением температуры, применяется ряд технологий, призванных «спрятать» эластан внутри пряжи. К ним, например, относятся прядение с сердечником, трощение с последующим кручением, когда эластановая нить мигрирует к сердечнику пряжи, обкручивание и пневмосоединение (пневмоперепутывание). Более того, для производства эластичных тканей были разработаны специальные типы лайкра®, позволяющие улучшить их работоспособность при ткачестве и реализовать необходимые потребительские свойства тканей.

Перспективы. В ближайшие годы прогнозируется быстрый рост производства эластичных тканей. Эластановые нити «оккупируют» гораздо больший сегмент верхней одежды из тканей, трикотажных и даже нетканых полотен. Нормами для тканей станут эластичность, способность сохранять это свойство долгое время, а также  стабильность размеров и несминаемость. Уйдет в прошлое «универсальная» эластановая нить, пригодная для всех материалов. На смену ей придут эластановые нити, специально спроектированные под тот или иной текстильный материал. В частности, развитие эластановых нитей будет идти по пути полной совместимости в крашении и отделке с разнообразными текстильными волокнами и нитями (хлопком, шерстью, вискозой, полиэфирными, ацетатными, шелковыми. Без всяких сомнений предвидится широкое использование эластановых нитей в бесшовной одежде, на рынке которой, в первую очередь, белья, уже сегодня предложение не поспевает за спросом.

Мы ожидаем дальнейшего развития  текстильной технологии и оборудования. При этом будут заметно повышаться класс вязального оборудования, а также скорости выпуска, как при вязании, так и в ткачестве, что потребует еще большей прочности и перерабатывающей способности эластанов. Прошедшие 50 лет продемонстрировали постоянное движение от традиционных текстильных материалов к более легким эластичным полотнам. Среди очередных задач - дальнейшее развитие новых структур эластичных полотен, в том числе с различными поверхностными эффектами, более комфортной одежды, для которой облегаемость и комфортабельность не будут исключать друг друга.

Рынок легкой промышленности