Текстильные волокна
Классификация текстильных волокон.
Все текстильные волокна делятся на два класса: натуральные и химические.
Натуральные волокна в зависимости от химического состава подразделяются на два подкласса: органические (растительного и животного происхождения) и минеральные.
Волокна растительного происхождения: хлопок, лен, пенька, джут, кенаф, кендырь, рами, канатник, сизаль и др.
Волокна животного происхождения: шерсть овец, коз, верблюдов и других животных, натуральный шелк тутового и дубового шелкопряда.
К минеральным волокнам относится асбест.
Химические волокна делятся на два подкласса: искусственные и синтетические.
Искусственные волокна делятся на органические (вискозное волокно, ацетатное, триацетатное, медно-аммиачное, мтилон В, сиблоновое, полинозное и др. ) и неорганические (стеклянные и металлические волокна и нити).
Синтетические волокна в зависимости от природы исходных материалов делятся на полиамидные (капрон, анид, энант), полиэфирные (лавсан), полиакрилнитрильные (нитрон), полиолефиновые (полипропилен, полиэтилен), полиуретановые (спандекс), поливинилспиртовые (винол), поливинилхлоридные (хлорин), фторсодержащие (фторлон), а также полиформальдегидные, полибутилентерефталатные и др.
НАТУРАЛЬНЫЕ ВОЛОКНА
ХЛОПОК
Хлопок — это волокно, покрывающее семена однолетнего теплолюбивого кустарникового растения хлопчатника высотой 1—1,5 м. Вегетационный период — 170 дней. Волокно собирают по мере созревания вместе с семенами. Зрелое волокно хлопка представляет собой сплющенную, штопорообразную закрученную трубочку с узким каналом внутри. Длина хлопковых волокон колеблется в пределах от 1 до 55 мм. Волокна до 20 мм называются непрядомыми; 20—27 мм — коротковолокнистый, 28—34 мм — средневолокнистый, 35—55 мм — длинноволокнистый хлопок. Основным веществом хлопкового волокна является целлюлоза (94,5—97%).
ЛЁН
Льняные волокна получают из лубяного слоя стебля травянистого однолетнего растения льна, имеющего две основные ботанические разновидности: лен-кудряш и лен-долгунец. Вегетационный период произрастания — 70—90 дней. Различают элементарное и техническое льняное волокно. Длина элементарного волокна льна составляет 4—70 мм. Элементарные волокна, скрепленные пектиновыми веществами, образуют техническое льняное волокно длиной от 60 до 100 см. Волокно относительно гладкое, прямое и блестящее. Оно более хрупкое и менее гибкое, чем хлопковое. По химическому составу, как и хлопок, льняное волокно представляет собой целлюлозу (75—80%). Большой процент примесей затрудняет отделку льняных тканей.
СВОЙСТВА ЛЬНА:
Прочность:
очень прочный и долговечный.
Эластичность:
не эластичен, это самое неэластичное волокно.
Пластичность (способность принимать форму, которую придают):
волокно негнущееся и его способность к изменению формы очень невелика, из-за чего оно легко протирается.
Способность быть драпировкой:
за счет большей массивности волокна, служит лучшей драпировочной тканью, чем хлопок.
Теплопроводность:
подходит для изготовления летней одежды, так как рассеивает тепло от тела.
Впитывание влаги:
впитывает влагу лучше, чем хлопок и быстрее сохнет.
Чистка и стирка:
очень хорошо отстирывается в воде и легко выводить пятна, его мягкость увеличивается от количества стирок. Утюжить лен необходимо слегка влажным, или же утюгом с паром. Некоторые типы одежды из льна должны чиститься сухой чисткой из-за его особой структуры или из-за конечной обработки одежды (или ее отсутствия).
Реакция на отбеливание: трудно отбеливается. Волокно ослабляется, если отбеливатель на основе гипохлорида натрия, поэтому предпочтение нужно отдавать отбеливателям на основе карбоната натрия, который также хорошо отбеливает, но более надежен.
Усадка:
лен садится слабо.
Реакция на температуру:
при высокой температуре лен желтеет и горит как и хлопок.
Реакция на свет:
лен более стойкий к воздействию света, чем хлопок, но и он портится, если слишком долго находится на свету.
Воздействие насекомых:
моль не наносит вреда льну.
Реакция на щелочь:
очень стойкий по отношению к щелочам, может даже подвергаться мерсеризации.
Реакция на кислоту:
горячие разбавленные кислоты и холодные концентрированные вредят льну, а разбавленные холодные нет.
Способность к окрашиванию:
не очень хорошо окрашивается, лучше окрашивать в чане.
Реакция на пот:
кислый пот портит лен, а щелочной нет, хотя в обоих случаях может иметь место потеря цвета.
НАТУРАЛЬНЫЙ ШЕЛК
Очень ценное текстильное волокно, которое представляет собой продукт выделения шелкоотделительных желез гусениц тутового (90%) и дубового (10%) шелкопрядов. В зрелом возрасте гусеница завивает кокон, который состоит из непрерывной нити длиной 600—1500 м. Коконная нить состоит из двух параллельно расположенных фиброиновых шелковин, склеенных серицином (20—30%).
На кокономотальных фабриках для облегчения размотки коконы подвергают запарке в горячей воде (95 °С), в результате чего размягчается серицин. Коконная нить очень тонкая и недостаточно прочная, поэтому при размотке нити нескольких коконов (от 3 до 20) соединяют в одну, называемую нитью шелка-сырца.
Шелк отличаются большей упругостью, эластичностью. Поэтому изделия из этих волокон меньше других сминаются, лучше сохраняют приданную им форму, более износостойки.
ШЕРСТЬ
Шерсть — волосяной покров, состригаемый с овец, коз, верблюдов и других животных. Основную долю волокна (95— 97%) составляет овечья шерсть, 2—3% — козья, 1 — 2% — верблюжья.
В зависимости от особенностей структуры различают следующие типы шерстяных волокон: пух, ость, переходный волос, мертвый волос.
Ость имеет все три слоя.
Пух — самое тонкое, мягкое, нежное волокно с большой извитостью, приятным матовым блеском — состоит из двух слоев: чешуйчатого и коркового.
В зависимости от того, из каких волокон по длине, толщине, извитости состоит шерсть ее подразделяют на однородную и неоднородную, состоящую из смеси волокон различных типов.
В зависимости от толщины волокон различают шерсть тонкую, полутонкую, полугрубую и грубую.
СВОЙСТВА ШЕРСТИ:
Прочность.
Так как шерсть – волокно более слабое, чем остальные натуральные волокна, некоторые ткани могут быть сделаны более носкими при помощи повторно используемых шерстяных волокон, даже если прочность таких тканей достигается за счет некоторой потери мягкости, структуры и способности принимать заданную форму. Шерстяная ткань укрепляется за счет применения крученых нитей: один виток из двух ниток сильного кручения может служить гарантией прочности ткани. Так же и одинарные нити сильного кручения придают ткани прочность.
Эластичность.
Эластичность шерстяных тканей может считаться компенсацией за их относительную непрочность. В зависимости от качества шерсти, нить может растягиваться на 25-30% от своей первоначальной длины, прежде, чем порвется.
Пластичность.
Так как шерстяное волокно обладает этой способность в высшей мере, то сделанная из него одежда мнется меньше, чем из других волокон, но складки исчезают, как только ткань пропитывается паром.
Способность быть драпировкой.
Прекрасная способность шерстяной ткани быть драпировкой гарантируется ее гибкостью, эластичностью и способность сохранять приданную ей форму. Шерстяная ткань, благодаря этому своему свойству, составляет конкуренцию многим видам тканей из химических волокон.
Теплопроводность.
Так как шерстяные волокна плохо проводят тепло, то даже при низкой температуре тепло, создаваемое телом, не теряется. Чешуйки, находящиеся на поверхности волокна, создают маленькие «карманчики с воздухом» которые и являются изоляционным барьером, позволяя одежде производить впечатление и ощущение тепла.
Впитывающие свойства. Шерсть не является водонепроницаемой, но как только влага начинает проникать между чешуйками волокна, его же высокая капиллярность приводит к смягчению ткани. Шерсть может впитать до 20% воды от своего веса и не создавать ощущения влажности. Высыхает шерсть медленно.
Чистка и стирка.
Изделия из шерсти легко загрязняются и если их не стирать аккуратно, то на них сохраняется неприятный запах. Изделия из шерсти требуют частых сухих чисток или же стирок в воде в стиральных машинах, если ткань это позволяет. Однако нужно быть очень осторожным при чистке таких изделий, так как при стирке в воде шерсть смягчается от влаги и тепла и, как следствие, изделие может сбежаться или сваляться. Так как изделия из шерсти временно теряют 25% своей прочности, когда они влажные, то не следует их выжимать или растягивать во влажном состоянии, а скорее раскладывать.
Реакция на отбеливание.
Отбеливатели, которые имеют своей основой гипохлорид или свободный хлор, вредны для шерсти, но отбеливатели на основе перекиси водорода или пербората натрия могут быть смело использованы.
Усадка.
Шерсть дает усадку, но если вещь из шерсти чистится в сухой чистке, то усадка меньше.
Воздействие тепла.
Шерсть твердеет при 100С и распадается при более высоких температурах, она горит при 200С и затем обугливается. Шерсть плохо горит и сгорает, не давая пламени; если источник огня убрать, то шерсть перестает гореть. У шерсти есть термопластиковые свойства, поэтому при помощи пара шерстяным тканям легко придавать нужную форму, будь то для брюк, курток или фетровых шляп.
Воздействие насекомых.
Изделия из шерсти подвержены нападениям насекомых и особенно им вредят личинки моли.
Реакция на свет.
Шерстяная ткань портится от долгого пребывания на свету.
Реакция на щелочь.
Шерсть портится от воздействия щелочей.
Реакция на кислоты.
Шерсть портится от воздействия горячей серной кислоты, остальные кислоты ей не вредят, даже горячие.
Способность к окрашиванию. Шерстяные изделия хорошо и равномерно окрашиваются. Использование хромовых красителей обеспечивает необходимую прочность окрашивания. Но можно использовать и другие красители.
МОХЕРОВАЯ ШЕРСТЬ
Мохер – это состриженная шерсть ангорской козы, производимая первоначально Турцией, а теперь и ЮАР, а в США Калифорнией, Орегоном и Техасом. Это прочное, гладкое и мягкое волокно, долго не загрязняется и не задерживает частицы грязи, окрашивается равномерно и постоянно. Диаметр мохеровой нити более постоянных размеров, чем других типов шерсти, но почти не имеет поверхностных чешуек, которые расположены на внешней поверхности волокна, как у других видов шерсти. Это способствует тому, что мохеровая шерсть не садится и не сбивается так быстро, как шерсть овец. Ткани из мохера не мнутся и не сбиваются, а также их можно обрабатывать антимолями.
КАШЕМИР
Кашемировые козы живут в Гималаях, некоторых районах Индии, Монголии и Китая. Шерсть этого животного длинная, прямая и грубая, не очень ценная, но небольшое количество шерсти, расположенной ближе к коже у самцов этих животных, может быть превращено в волокно высокого качества. Эта шерсть не состригается, а вычесывается из животных в тот период, когда происходит природная линька.
АЛЬПАКА
Эти животные живут на высокогорьях Анд. Ихшерсть ценится за красоту и прочность. Ворс альпаки более прочен, чем другие виды ворса, водоотталкивающий и хороший теплоизолятор.
Химические волокна
Химические волокна в зависимости от исходных материалов делят на искусственные и синтетические.
К искусственным относятся волокна, нити, получаемые химической переработкой природных высокомолекулярных соединений (древесная целлюлоза, хлопковый пух), а также волокна, получаемые на основе низкомолекулярных веществ: стеклянные, металлические, металлизированные.
Синтетические волокна (нити) получают из гетероцепных и карбоцепных синтетических полимеров в результате реакции полимеризации или поликонденсации. Исходным сырьем для производства синтетических волокон являются простые вещества (этилен, бензол, фенол, пропилен и др. ), которые получают из нефтяных газов, нефти и каменноугольной смолы.
Процесс производства химических волокон состоит из следующих стадий: получение исходного полимера, преобразование полимера в прядильный раствор, формирование нитей через фильеры, отделка нитей. Фильтры изготовляют из платины, золота, палладия и их сплавов.
Волокна формуют из расплавов, растворов (по сухому и мокрому способам), а также волочением, плющением, резкой металлической фольги.
Химические волокна выпускаются в виде: моноволокон, т. е. элементарных нитей, состоящих их одного волокна неопределенной длины; комплексных нитей, состоящих из бесконечно длинных скрученных между собой волокон; волокон, нарезанных на короткие отрезки (по 150 мм) — штапельные волокна; жгутовое штапельное волокно.
Химические волокна имеют ряд преимуществ перед натуральными: их производство является менее трудоемким; оно не зависит от природных условий; не имеет сезонного характера; химическое волокно можно получить с заранее заданными свойствами.
Искусственные волокна
К искусственным относятся волокна, вырабатываемые из целлюлозы и ее производных.
Вискозное волокно — одно из наиболее распространенных искусственных волокон. Для выработки вискозного волокна используют древесную целлюлозу и короткое хлопковое волокно.
Полинозное волокно — разновидность вискозного, для выработки которого используют ксантогенат с высокой степенью этерификации.
Сиблоновое волокно — модифицированное вискозное волокно.
Медно-аммиачное волокно получают растворением целлюлозы в медно-аммиачном растворе.
Ацетатное волокно. Особенность ацетатного волокна заключается в том, что его получают из сложного уксусного эфира целлюлозы — ацетата целлюлозы.
Большим недостатком искусственных волокон является потеря прочности в мокром состоянии (вискозное — до 60%).
Искусственные волокна сильно сминаются, имеют небольшую упругость за исключением ацетатного, триацетатного, сиблона, упругость которых примерно в 2 раза выше вискозного.
Вискозное, медно-аммиачное, сиблоновое, полинозное волокна горят так же, как и все целлюлозные материалы — при горении издавая запах жженой бумаги. Ацетатное и триацетатное волокна спекаются, продукты горения имеют характерный запах уксусной кислоты.
Гидратцеллюлозные волокна малоустойчивы к действию микроорганизмов. Ацетатное и триацетатное волокна обладают высокой устойчивостью к микроорганизмам и плесени. При длительном действии солнечного света и атмосферных воздействий снижается прочность искусственных волокон.
Синтетические волокна
К синтетическим относятся волокна из полимерных материалов, полученных синтезом простых веществ (этилена, бензола, фенола, пропилена) в результате реакции полимеризации или поликонденсации.
Полиамидные волокна (капрон, анид, энант) получены из капролактама, гексометилендиамина, адипиновой кислоты и полиэнантоамида. Технологический процесс производства полиамидных волокон различных видов существенных различий не имеет. Он включает три основных этапа: синтез полимера; формование волокна, вытягивание и последующая обработка волокна. В процессе формования свежесформованное синтетическое волокно сильно вытягивается (в 2—20 раз) с целью повышения его механических свойств. После предварительной вытяжки волокна подвергают горячему или холодному вытягиванию.
Полиэфирное волокно (лавсан) среди синтетических волокон занимает лидирующее положение. Исходным сырьем для производства волокна лавсан служит этиленгликоль и терефталевая кислота. Реакцией поликонденсации получают смолу лавсан, а затем из расплава полимера, аналогично способу производства полиамидных волокон, получают волокно лавсан. Скорость формирования составляет 400— 1500 м/мин, фильерная вытяжка — 8—10 раз.
Свежесформированное полиэфирное волокно имеет аморфное строение, повышенную хрупкость, низкую прочность, большое необратимое удлинение, большую усадку. Поэтому лавсановое волокно подвергается вытяжке при температуре 100—150 °С на 350—500%.
Вытянутая и скрученная нить подвергается термофиксации. Более 50% полиэфирных волокон составляют штапельные волокна.
Полиакрилонитрилъные волокна (нитрон) получают полимеризацией акрилонитрила, но чаще всего с сополимерами акрилонитрила (винилпиридина, винилацетата, стирола и др. ), способствующими повышению гибкости, эластичности, лучшей накрашиваемости.
Поливинилхлоридные волокна (ПВХ, хлорин), получают из полимеров и сополимеров винилхлорида. Исходным сырьем для получения хлористого винила служит дешевое и доступное сырье — ацетилен, этилен и хлористый водород. Хлористый винил подвергают полимеризации. В результате получают полихлорвиниловую смолу. Полимер растворяют в смеси ацетона и сероуглерода. Из вязкого раствора формируют волокна сухим и мокрым способами. Для повышения физико-механических свойств волокон они подвергаются вытяжке (в 2—8 раз) и термической обработке.
Полиуретановые волокна (спандекс) получают в результате взаимодействия диизоцианатов с гликолями. Формирование волокон можно производить сухим и мокрым способами. При введении в полимер гибких блоков получают высокоэластичные нити со свойствами, присущими только каучукоподобным материалам, с растяжимостью до 800%.
Полиолефиновые волокна (полипропиленовое и полиэтиленовое) получают полимеризацией сравнительно дешевого сырья — пропилена и этилена, продуктов крекинга нефти — и формированием из расплава. Струйки расплава, попадая из фильеры в шахту, охлаждаются и превращаются в элементарные нити, которые подвергаются 6—7-кратной вытяжке для улучшения физико-механических свойств волокон.
Фторсодержащие волокна (фторлон, полифен) получают методом полимеризации тетрафторэтилена. Водная дисперсия полимера, в которую входит загуститель (поливиниловый спирт), продавливают через фильеры в шахту, в которую поступает горячий воздух. Волокно подвергается нагреву и дополнительной вытяжке на 300—500% при температуре 360—400 °С, очень устойчиво к действию химических реагентов (не растворяется в царской водке).
В последнее время появились полиформальдегидные, полибутилентерефталатные, биокомпонентные, электропроводные, модакриловые, полибензимидальные, поливинилсульфидные, полиэфиркетонные волокна и др.
Свойства синтетических волокон различны для разных волокон. Синтетические волокна имеют достаточно высокую прочность и по этому показателю превосходят природные и искусственные волокна. Разрывная длина колеблется от 18 до 70 км, предел прочности — от 20 до 75 сН/текс. Синтетические волокна легче природных и искусственных, удельный вес их колеблется от 0,92 до 1,6. Недостатком этих волокон является низкая гигроскопичность, исключение составляет винол.
Полиамидные волокна характеризуются очень высокой устойчивостью к истиранию и действию многократных деформаций. По этому показателю они превосходят все текстильные волокна (например, вискозное — в 100 раз, хлопковое — в 10 раз). Достаточно устойчивы к истиранию лавсан, винол, полипропилен, спандекс, не устойчивы нитрон, хлорин и др.
Самой высокой светопогодоустойчивостью отличается нитрон. После воздействия света и атмосферы в течение года природные и химические волокна почти полностью теряют прочность, прочность же нитронового волокна снижается на 20%. Низкая светостойкость характерна хлорину, капрону, полипропилену и др.
Лавсан по термостойкости превосходит все синтетические волокна. Устойчивы к действию нагревания нитрон, фторлон. Самые легкие волокна — полиолефиновые, удельный вес которых ниже удельного веса воды (0,92—0,94).