Давыдов А.Ф. Текстильное материаловедение

Подождите немного. Документ загружается.

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ» ИНСТИТУТ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

А.Ф.

ДАВЫДОВ

ТЕКСТИЛЬНОЕ

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Учебное пособие

Рекомендовано Государственным

комитетом Российской Федерации

по высшему образованию в качестве

учебного пособия для студентов

высших учебных заведений,

обучающихся по специальностям

«Технология прядения», «Технология

ткачества», «Технология

трикотажного производства»

Текстильное материаловедение: Учеб. посо-

бие/А.Ф.Давыдов; Российск. заочный ин-т. текстил. и легк. пр-сти

М., 1997. 168 с.

Рассмотрены строение волокон, нитей и изделий, их гео-

метрические, механические и физические свойства, а также мето-

ды определения характеристик строения и свойств. Приведены

сведения по ассортименту изделий, выбору номенклатуры показа-

телей качества и их сертификации.

Содержатся сведения об основных видах текстильных ма-

териалов, даны их классификации, получение и первичная обра-

ботка натуральных и химических волокон и нитей.

Предназначено для «студентов вузов, обучающихся по спе-

циальностям:

280300 - «Технология прядения»

280400 - «Технология ткачества»

280500 - «Технология трикотажного производства»

Табл. 19. Ил. 37. Библиогр.: 16 назв.

Рецензенты: д-р техн. наук, проф. С.Д. Николаев,

д-р техн. наук, проф. СМ. Кирюхин

ISBN 5-85507-092-1 ©Российский заочный

институт текстильной

и легкой промышленности,

1997

ВВЕДЕНИЕ

Текстильная промышленность представлена сегодня в

народном хозяйстве более 2000 тысячами предприятий, на большей

части которых численность рабочих превышает 1000 человек. Для

ее развития есть все необходимые и достаточные условия -

огромный внутренний рынок, парк технологического

оборудования, квалифицированные кадры и инженерно-

технические работники. В тоже время с 1991 года начался и

продолжается глубокий кризис, причинами которого являются:

резкое падение платежеспособного спроса населения, появления на

внутреннем рынке дешевых, конкурентоспособных изделий

различных мировых производителей, резкое увеличение стоимости

отечественных изделий и падение их качества.

Объем промышленного производства в текстильной

промышленности по сравнению с 1990 годом упал более чем

раза.

В таких сложных условиях выход из кризиса возможен только за

счет улучшения качества и снижения себестоимости выпускаемой

продукции. Качество - это соответствие свойств материала

выпускаемой продукции. Следовательно выпускаемые изделия

должны удовлетворять требованиям потребителя. Знание этих

требований, умение их определить на основе известных

характеристик свойств позволяет в процессах производства

регулировать и прогнозировать качество выпускаемой продукции.

Полученные студентами знания позволят широко их

использовать в практической работе на текстильных предприятиях,

правильно выбирать сырье, регулировать технологические режимы

и оценивать качества выпускаемой продукции. В данном учебном

пособии, предназначенном для студентов заочной формы обучения

кратко изложены все необходимые сведения для полного изучения

курса текстильного материаловедения.

Общие сведения о текстильном

материаловедении. Основные

определения

1.1.

Текстильное материаловедение

- это наука о строении, свойствах, оцешсе качества-текстиль-

ных материалов и их применении для изготовления различных

видов изделий. Текстильными называются материалы

которые; в

основном, состоят из текстильных волокон й нитей. Этими мате-

риалами являются сами волокна и нити, изготовленные из них из-

делия, т.е. ткани, трикотаж, нетканные материалы, крученые изде-

лия и другие, а так же полуфабрикаты полученные в процессах

изготовления изделий. Почти все они состоят из полимеров, высо-

комолекулярных соединений ( В.М.С.).

Текстильными волокнами называют протяженные тела, гиб-

кие и прочные, с малыми поперечными размерами, ограниченной

длины, используемые для изготовления пряжи и текстильных изде-

лий.

Текстильными нитями называются - гибкие , прочные тела с

малыми поперечными размерами, но значительной длины, исполь-

зуемые для изготовления текстильных изделий.

Элементарная нить - одиночная нить, не делящаяся в про-

дольном направлении без разрушения, пригодная для образования

комплексной нити или жгута.

Мононить - одиночная нить, не делящаяся в продольном на-

правлении без разрушения, непосредственно используемая при

изготовлении текстильных изделий.

Комплексная нить - нить, состоящая из двух или более эле-

ментарных нитей, соединенных между собой скручиванием или

склеиванием.

Жгут - комплекс многочисленных продольно сложенных

элементарных нитей, используемых для изготовления пряжи.

Пряжа - нить, состоящая из волокон, соединенных скручива-

нием, в отдельных случаях, склеиванием.

Разрезные полоски - бдйночныё полоски, получение из пле-

нок и являющиеся составной частью пленочных

нитей.

Пленочные нити - нити состоящие из двух или более разрез-

ных полосок, соединеных скручиванием.

Крученая нить - нить скрученная из двух и более комплекс-

ных нитей, пряж или из тех и других вместе.

Трощеная нить - нить состоящая из двух и более Продольно

сложенных комплексных нитей или пряжи, не скрученных между

собой.

Фасонная нить - нить имеющая периодически повторяющие-

ся или локальные, местные изменения структуры или окраски.

Армированная нить - стержневая нить, обвитая по всей дли-

не волокнами или нитями.

Текстурированная нить - нить обладающая повышенной рас-

тяжимостью или большим удельным объемом, полученными путем

проведения дополнительных обработок для изменения структуры.

Однородная пряжа - пряжа, состоящая из волокон одной

природы.

Смешанная пряжа - пряжа, полученная из смеси разных по

природе волокон.

Однородная нить - крученые или трощеные нити, состоящие

из нитей одной природы.

Неоднородная нить - нити, полученные из нитей имеющих

различную природу.

Ткань - гибкое, прочное изделие, относительно малой тол-

щины, сравнительно большой ширины и неограниченной длины,

образованное двумя взаимно перпендикулярными системами ни-

тей,

соединенных между собой различными переплетениями.

Трикотаж

гибкое , прочное изделие малой толщины, разно-

образной формы, состоящее из петель связанных между собой раз-

личными переплетениями.

Нетканное полотно - гибкое, прочное изделие, относительно

малой толщины, сравнительно большой ширины и различной дли-

ны из одного или нескольких слоев текстильных (иди в сочетании

их с нетекстильными) материалов, скрепленных различными спо-

собами.

Крученое изделие - гибкое, прочное изделие, различной тол-

щины, большой длины, элементы, которого соединены скручива- '

нием или свиванием.

1.2.

Общие сведения

высокомолекулярных

соединениях.

Большинство текстильных волокон и нитей состоят, а основ-

ном, из органических высокомолекулярных соединений ( В.М.С.)

иначе называемые полимерами.

Отметим главнейшие особенности ВМС.

Их молекулы состоят из большого числа (сотен и тысяч)

атомов, связанных между собой основными химическими связями

(обычно-ковалентными, для которых характерна определенная

пространственная направленность). Подобные молекулы часто

называют макромолекулами; они имеют молекулярные массы, пре-

вышающие

и доходящие порой доЮ

кислородных единиц.

Макромолекулысостоят из большого числа повторяющих-

ся атомных групп (одного или нескольких видов), обычно назы-

ваемых звеньями. Число, которым выражается количество повто-

ряющихся звеньев, называется коэффициентом или степенью поли-

меризации (сокращенно СП). В различных высокомолекулярных

соединениях СП в среднем имеет величину от нескольких сотен до

нескольких десятков тысяч.

Число звеньев у отдельных макромолекул того же химиче-

ского состава может существенно колебаться.

Таким образом, высокомолекулярные вещества являются

смесями молекул с различными коэффициентами полимеризации

(смеси полимергомологов). Эта их особенность называется поли-

дисперсностью. Вследствие этого по отношению к высокомолеку-

лярным веществам можно говорить лишь о средних значениях мо-

лекулярных масс, причем даже они могут значительно колебаться.

В зависимости от порядка расположения звеньев в макромолекулах

ВМС различают три вида структур.

Линейная(цепная) структура.

В макромолекулах этой структуры каждое звено связано

только с соседними звеньями, образуя неразветвленную цепь глав-

ных валентностей (рис.

1.1

.а).

Большинство текстильных волокон состоит из веществ, мак-

ромолекулы которых имеют линейную структуру. Вытянутая фор-

ма макромолекул (их длина достигает несколько микрон, при по-

перечнике в единицах ангстремов) способствует образованию из

них тонких, длинных тел

волокон.

Разветвленная структура образуется при ответвлении от

главной цепи боковых цепей, вследствие связи некоторых звеньев

более чем

двумя соседними (рис.

1.1

,б).

Если боковые цепи располагаются по одну сторону основной

цепи, то такое размещение атомов называется цис-положением: а

расположение по разные стороны - транс-положением. Получены

также, изотактические полимеры, отличающиеся особо регуляр-

ным строением макромолекул. В них при правильном чередовании

звеньев боковые группы располагаются симметрично - по спирали.

Сетчатая (пространственная или трехмерная ) структура.

В макромолекулах этой структуры линейные цепи связаны

между собой поперечными химическими связями, образуя про-

странственную структуру (рис 1.1, в).

а) ... -А-А-А-А-А-А-А-А (для простого полимера)

-А-В-А-А-В-В-В-А (для сополимера нерегулярной структуры)

А-В-А-В-А-В-А-В (для сополимера регулярной структуры)

-А-А-А-А-В-В-В-В (для блок-полимера).

Е-Е-Е-...

б)....

-С-С-Д-С-С-Д-С-С- (разветвленная структура)

!... - Е-Е-Б-

в) ...-А-А-А-А-А- (сетчатая структура)

! ! !

-А-А-А-А-А-

;

-А-А-А-А-А-

рис 1.1. Структура ВМС

Если звенья полимера состоят из одинаковых групп, их на-

зывают гомополимерами, а если из повторяющихся нескольких

различных групп атомов, - сополимерами. Если в цепи подряд рас-

положено по несколько одинаковых групп, а затем по несколько

других их называют блок - сополимерами.

Линейные макромолекулы обладают значительной гибко-

стью,

которая является следствием возможности поворота их

звеньев вокруг соседних. Повороты звеньев являются следствием

тепловых колебаний, которые

ростом температуры облегчаются.

За счет поворотов звеньев макромолекулы сравнительно лег-

ко скручиваются, переходя из распрямленного состояния (рис 1.2.

а) в изогнутое (рис 1.2. б)', при Этом Они стремятся занять наиболее

энергетически выгодное положение, которое термодинамически

соответствует минимому свободной энергии.

Рис

1.2,

Схематическое изображение

макромолекулы.

а - в распрямленном состоянии

б - в изогнутом состоянии

Независимо от степени изогнутости или распрямленности

макромолекулы, ее звенья располагаются по отношению друг к

другу под определенным углом ;называемым валентным

углом, величина которого постоянна.

При обычной температуре высокомолекулярные вещества,

составляющие волокна, по своему агрегатному состоянию пред-

ставляют собой твердые вещества, не переводимые в газообразное

состояние, а в жидком расплавленном состоянии могут находиться

только при распаде на более простые соединения.

Высокомолекулярные вещества бывают трех видов строения:

Кристаллические, характеризующиеся геометрически пра-

вильным расположением в пространстве молекул, образующих

^кристаллические рещетки.

Аморфные, характеризующиеся беспорядочным располо-

жением молекул. Межмолекулярные силы взаимодействия и тепло-

вое движение оказывает значительное влияние на изогнутость мо-

лекул, что приводит к наличию у аморфных веществ различных

состояний:

- стеклообразное состояние сообщает веществу жесткость,

.малую деформируемость и возникает при превалировании сил

взаимодействия над тепловым движением;

- высокоэластическое состояние возникает при уменьшении

сил взаимодействия, что позволяет молекулам изменять во времени

свою конфигурацию и способствует деформированию;

- вязкотекучее состояние происходит при значительном сни-

жении сил взаимодействия и сопровождается переходом в жидкое

состояние.

Смешанного строения, когда одни области вещества ха-

рактеризуются высокой упорядоченностью строения, т.е. кристал-

личны, а соседние с ними - малоупорядочены, т.е. аморфны

Пучки макромолекул соединяются, за счет межмолекулярных

сил, и образуют более крупные формирования называемые, микро-

фибрилами, которые в свою очередь образуют более крупные со-

единения - фибриллы.

Фибриллы располагаются вдоль оси волокна или под срав-

нительно небольшими углами к ней. Они хорошо видны даже под

простым оптическим микроскопом.

Классификация текстильных

волокон

В текстильном производстве используется очень большое

многообразие волокон и для того, чтобы разобраться в них, объе-

динить или разделить их по определенным признакам на отдель-

ные типы, классы, подклассы и т.д., учитывая происхождение, хи-

мический состав и другие особенности, их необходимо классифи-

цировать.

В зависимости от происхождения текстильные волокна делят

на два типа: натуральные и химические.

К натуральным относятся волокна, формируемые в природе

без непосредственного участия человека, и состоящие, за исключе-

нием асбеста, из органических гетероцепных природных высоко-

молекулярных соединений (ВМС).

К химическим относятся волокна, производимые человеком

в заводских условиях из органических гетероцепных природных и

гетероцепных или карбоцепных ВМС. Небольшая часть вырабаты-

вается из природных неорганических соединений.

2.1.

Натуральные волокна

К натуральным волокнам, состоящим из природных ВМС,

относятся волокна из высших углеводов и белков, а состоящих из

неорганических веществ

волокна из минералов различных групп.

Классификация натуральных волокон приведена на

рис.

2.1.

НАТУРАЛЬНЫЕ ВОЛОКНА

из природных органических ВМС

из высших углеводов

(из целлюлозы)

(растительного происхож-

дения)

.1.

Семянные

ХЛОПОК

Лубяные

а) из стеблей

ЛЕН,

РАМИ,

ПЕНЬКА, ДЖУТ,

КЕНАФ и др.

б) из листьев

МАНИЛЬСКАЯ

ПЕНЬКА,

СИЗАЛЬ

ГЕНЕКЕНндр.

в) из оболочек пло-

дов,

КОИР и др.

(животного происхожде-

ния)

Из кератина

(шерстяного покрова жи-

вотных):

ШЕРСТЬ ОВЕЧЬЯ

КОЗЬЯ.

ВЕРБЛЮЖЬЯ и др.

Изфибри-

на(выделяемого железами

шелкопряда)

ШЕЛК

ТУТОВОГО,

ДУБОВОГО и др.

видов шелкопряда/

из природных

неорганических ВМС

4-.

из кремнии содержащих

соединений

(из силикатов магния,

кальция и др.)

(минерального происхож-

дения):

АСБЕСТ

Рис. 2.1. Классификация натуральных волокон

К волокнам из высших углеводов относятся волокна расти-

тельного происхождения получаемые из различных частей расте-

ний: на поверхности семян - хлопок, в стенках стеблей - лен, пень-

ка, джут, рами, кенаф, канатник и др, в листьях - манильская пень-

ка (абака), сизаль.генекен, и др. и в оболочке плодов, в частности,

кокосового ореха

койр и др.

К волокнам из белков относятся: шерсть - волокна, снимае-

мые с шерстяного покрова животных и шелк - выделяемый шелко-

отделительными железами гусениц шелкопрядов.

К волокнам минерального происхождения - асбест, залегаю-

)щий

в виде жил и прожилок в горных породах.