Давыдов А.Ф. Текстильное материаловедение

Подождите немного. Документ загружается.

2.2.

Химические волокна

и нити

Химические волокна и нити делятся на два класса: искусст-

венные - получаемые из природных органических ВМС, главным

образом из целлюлозы и ее производных, а так же в отдельных

случаях из белков животного и растительного происхождения.

Совсем небольшую группу составляют волокна и нити из неорга-

нических соединений.

Следовательно, искусственные волокна и нити получают из

полимеров созданных природой, а человек только видоизменяет

эти полимеры и формует из них волокна.

Синтетические волокна и нити получают из синтетических

органических гомоцепных и гетероцепных ВМС. Полимеры для

синтетических волокон, синтезируют в заводских условиях из про-

стых веществ, мономеров (бензола, фенола и др.), а затем формует

из них волокна и нити.

Классификация искусственных волокон приведена на рис.

2.2.,

а синтетических на

рис.

2.3.

ХИМИЧЕСКИЕ ИСКУССТВЕННЫЕ ВОЛОКНА

ИЗ ПРИРОДНЫХ ОРГАНИЧЕ- ИЗ ПРИРОДНЫХ НЕОРГАНШ

СКИХ ВМС

из

высших

УГЛЕВОД-ОВ

1 Из целлюло-

зы

(гидратцеллю-

лозные)

Вискозное,

ИЗ БЕЛКОВ

1.Из животных

белков

а)Из казеина-

казеиновое

б) Из кожи

животных

коллагеновое

2.Из расти-

тельных белков

ВМС

ЧЕСКИХ

нмс

из соединении

кремния

из метал-лов

ВМС и НСМ

из сплавов

кремния и

Медное, алю- Шлаковое

миниевое

полинозное

медноам-

миачное и др.

2.Из сложных Зеиновое со- Стеклянное,

эфиров цегопо- ебобовоеидр. Кварцевое

лозы

(ацетатные)

Диацетатное,

триацета-тное

др.

Рис. 2.2. Классификация химических искусственных волокон

ИЗ СИНТЕТЩШКИХ ОРГДНИЧЕСКИХ ВМС

ТЁТЁРОЦЕПНЫЁ

из полиамидов

а)из дояикапроамида

Капрон (РОССИЯ)

Дедерон (Германия)

Силон (ЧЕХИЯ)

Полан (ПОЛЬША)

Найлон-6 (США)

б)из полигексаметиленадшюмида

Анид (РОССИЯ)

Найлон 6.6 (США)

в)Из полиаминоэнанта

энант (РОССИЯ)

найлон

(США)

2.ИЗ ПОЛИЭФИРОВ

а)Из пояиэтилентерефталазга

Лавсан (РОССИЯ)

Терилен(Англия)

Дакрон (США)

Теторон (Япония)

Тесил (ЧЕХИЯ)

Ланон (ГЕРМАНИЯ)

З.ИЗ ПОЛИУРЕТАНОВ

Спандекс,Ликра,Верен

КАРБОЦЕПНЫЕ

изироизводных карбоновых кислот

а]из Д1АН и его сополимеров

(второго компонента до 15%.)

Нитрон (РОССИЯ)

Куртель( Англия)

Орлон,дарлан (США)

Капалон (Япония)

б)из сополимеров

ПАН

второго компо-

нента до 40-80%

С кинилацетатом

варел (США)

Канекалон (Япония)

2.ИЗ ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА

Винот, винал (РОССИЯ)

Куралон, виниадон (Япония)

З.ИЗ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ПОЛИМЕ-

РОВ

(полиолефиновые)

а)изполиэтилена-полиэтиленовое

(РОССИЯ)

К)рлен (Англия)

Полипро (Япония)

б)из полипропилена-полпропиленовое

(РОССИЯ)

Н-125 (США) Курнова (Англия)

4.ИЗ ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫХ

ВИНИ ЛОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

а) хлорсодержащих Из поливинил, хлори-

да-ровиль

(Франция)

из

перхлорвиншга-

хлорин(РОССИЯ)

из сополимеров хлорвинила о ПАН Санив

(РОССИЯ)

б)фторсодержащих

Из политетрафторэтилена

Полифен,

(

РОССИЯ)

Тефлон (США)

Из поливинилфторида-

фторлон(РОССИЯ)

ИЗ УГЛЕРОДА

Графитовое

Рис.

2.3.

Классификация химических синтетических волокон

2.3.

Особенности

получения,

строения

свойств натуральных волокон

2.3.1.

Хлопок

Хлопком называются волокна, покрывающие семена расте-

ния хлопчатника. Хлопок-сырец - это семена хлопчатнику, покры-

тые волокнами. В процессах первичной обработки от семян отде-

ляют хлопок -волокно. „г

В зависимости от вида хлопчатника подразделяют-два вида

волокон хлопка: тонковолокнистый и средневолокнистый .

После посева, появляются всходы и через два месяца начина-

ется цветение хлопчатника и развитие коробочки, внутри которых

образуются семена, на поверхности которых появляются волокна,

представляющие собой тонкостенные целлюлозные трубочки, за-

полнение протоплазмой. Сначало волокно растет, в основном, в

длину, а затем при созревании волокна, целлюлоза откладывается

на его внутренней стенке, таким образом, диаметр его не меняется,

а толщина стенок увеличивается.

Волокна хлопка на 96-98% состоят из альфа-целлюлозы со

степенью полимеризации от 5000 до 10000. Целлюлоза имеет

аморфно-кристалическое строение. Хлопковое волокно полое,

имеет канал , первичную и вторичную стенки. Конец волокна за-

остренный, а другой, в месте отрыва, тупой. Обе стенки образова-

ны фибрилами , расположенными под различными углами, в зави-

симости от толщины волокон. Волокна скручены вокруг своей

продольной оси.

В зависимости от степени зрелости хлопковые волокна име-

ют различное строение. Чем более зрелое волокно, тем больше

толщина его стенки и, соответственно меньше канал, (рис 2.4.)

.О:

@S CD

а '• о" в .nonegs^FVj'i' срез

Рис. 2.4. Продольный вид и поперечный срез хлопкового волокна различной

зрелости

а - совершенно незрелое волокно

б - волокно средней зрелости

в - перезрелое волокно

Незрелые волокла имеют лентовидную форму с тонкими

стенками и оно малоскрученное. Волокна средней зрелости имеют

фасолевидную форму

развитыми стенками и они довольно сильно

скручены.

Перезрелые волокна обладают круглым сечением, с очень уз-

ким каналом и не имеют скрученности. Длина волокон хлопка 25-

50 мм, толщина 0,01-0,025 мм, плотность

1,50-1,52

г/см

Хлопковые волокна - прочны при растяжении, устойчивы к

действию света, влаги, щелочей и менее устойчивы к действию ки-

слот. Характеризуются хорошей термостойкостью: незначительное

ухудшение механических свойств наблюдается при нагреве до 130°

медленное, а после 160°

интенсивное ухудшение свойств.

Хлопковые волокна не растворяются в обычных растворите-

лях: воде, спирте, бензине. Обладают хорошей гигроскопичностью

. В нормальных атмосферных условиях (температуре 20° С и отно-

сительной влажности воздуха 65 %) содержание влаги в хлопковом

волокне составляет 8%.

У волокон хлопка отсутствует электризуемость, они облада-

ют высокой износостойкостью. К модифицированным целлюлоз-

ным волокнам относится ацетилированный хлопок, который ха-

рактеризуется несколько худшими показателями механических

свойств (разрывная нагрузка и разрывное удлинение меньше чем у

обычного хлопка), но обладает повышенной гнилостойкостью.

продольна адд

2.3.2. Лубяные волокна.

К стеблевым волокнам относятся пенька, джут, кенаф , и

другие, но наибольшее распространение получил лен. Льном назы-

вают волокна расположенные в стеблях однолетнего растения

льна-долгунца, льна кудряша и льна межеумка. Промышленное

значение имеет лен-долгунец. Волокна льна выделяют из стебля

растения, в котором содержится примерно 20-25 пучков элементар-

ных волокон, а в каждом пучке от 15 до 30 отдельных волокон.

Волокна в пучках прочно склеены между собой. Пучки элементар-

ных волокон, выделяемые из стебля, называются техническим во-

локном льна, которое затем перерабатывается в пряжу. Лен высе-

вают весной и через, примерно, три месяца заканчивается образо-

вание пучков волокон в стебле. Уборку, или теребление льна осу-

ществляют путем выдергивания стеблей из почвы. Затем стебли

отправляют на первичную переработку состоящую из следящих

этапов:

разрушение склеивающих веществ - замачивание в естествен-

ных или искусственных условиях;

мятье тресты

размельчение и частичное удаление древесины

стеблей (получают лен-сырец)

трепание - очистка от измельченной древесины (костры);

чесание - более тщательная очистка от костры, в результате

чего получают чесанный лен, который затем идет в прядение Лен

состоит на 80% из альфа целлюлозы со степенью полимеризации

20000 - 30 000, остальные 20% содержат азот, белковые, жировые

вещества, лигнин и другие.

Отдельное элементарное волокно льна представляет собой

вытянутую клетку с развитыми стенками и узким каналом (рис.

2.5.)

Рис.

2.5.

Элементарное волокно льна

На продольном виде волокна хорошо видны поперечные

штрихи, которые называют "сдвигами". Поперечное свечение име-

ет неправильную пятиугольную форму с закругленными углами.

Длина технического волокна льна Достигает 700мм, толщина

0,040-0,085мм, плотность 1,50 г/см

, влажность

11-13%,

температура

разложения 180° С, химические свойства аналогичны хлопку.

Сравнивая два основных вида целлюлозных волокон - хло-

пок и лен - отметим, что льняное волйкно прочнее хлопкового,

жестче и меньше деформируется при растяжении. Так, разрывное

напряжение льняного технического волокна составляет 60дан/мм

(а элементарного - 94дан/мм

), против 36 дан/мм

у средневолокни-

стого хлопка, что объяснится более упорядочными расположением

макромолекул и значительно большей степенью полимеризации у

льна по сравнению с хлопком.

2.3.3.

Шерстяные волокна.

Шерстью называют волокна, получаемые из шерстяного по-

крова различных животных. Наибольшее распространение в тек-

стильной промышленности получила овечья шерсть,а так же козья

и верблюжья.

Шерсть получают после сострига волосяного покрова жи-

вотных, после чего она проходит первичную переработ-

ку,состоящую из следующих этапов:

о) полэтзэчнн!

сортировка- отбор одинаковых по толщине различных час-

тей руна и формирование из них отдельных партий с учетом дины

волокна

перекатка

контрольная проверка правильности сортировки

разрыхление и трепание - очистка от сорных примесей и раз-

рыхление крупных клочков на более мелкие

мойка - очистка шерсти от сорных примесей, жира и пота в

специальных мыльно-содовых растворах

сушка и упаковка - высушивание шерсти до определенной

влажности и упаковка с целью дальнейшей транспортировки на

прядильные фабрики

Овечья шерсть состоит из белков, образованных из остатков

альфа-аминокислот , а основное вещество образующее шерсть на-

зывают кератином. Степень полимеризации 600-700.

Овечью шерсть подразделяют на однородную, состоящую из

волокон одного вида (пуха и переходного волоса) и неоднородную

- из волокон разного вида (содержащую все четыре вида волокон).

Однородного шерсть делят на тонкую, из волокон диамет-

ром . d= 0,014 -

0,025

мм, полутонкую (d=0,025 - 0,031 мм), полугру-

бую (d =0,031 -

0,040

мм). Неоднородную шерсть (из более нерав-

номерных по толщине волокон всех видов) делят на полугрубую и

грубую. Шерестяное волокно состоит из трех слоев: наружного

чешуйчатого, основного

коркового, и сердцевинного.

По строению шерстяные волокна делят на четыре типа: пух,

переходный волос, ость, мертвый волос (рис 2.6)

Рис

2,6.

Различные типы волокон шерсти

а)-йух; б

пёр'ехедньш волос, в-ость, г

мертвый волос.

Пух - наиболее тонкое (d=0,014 -

0,025

мм),извитое волокно,

состоящее из двух слоев - чешуйчатого и коркового. В попе-

речнике имеет круглую фирму. Волокно наиболее гибкое и имею-

щее наибольшую относительную прочность по сравнению с други-

ми типами шерсти.

Переходный волос - более толстое ( d=0,025 -

0,035

мм), изви-

тое,

более длинное волокно, имеющее кроме чешуйчатого и корко-

вого,

прерывистый , малоразвитый сердцевинный слой , придаю-

щий волокну большую, жесткость.

Ость - значительно более толстое ( d =0,035 - 0,060мм),более

грубое волокно, почти не имеющее извитости. Сердцевинный слой

достаточно хорошо развит и занимает значительный объем в во-

локне.

Мертвый волос - самое толстое (d >

0,060

мм) грубое, обла-

дающее наименьшей относительной прочностью. Средцевинный

слой занимает практически весь объем волокна. Форма поперечно-

го сечения неправильная овальная.

Длина тонкой и полутонкой шерсти 50 - 100 мм , грубой и

полугрубой 50 - 200 мм.

Толщина тонкой и полутонкой шерсти 0,014 - 0,031 мм , а

грубой и полугрубой

0,035

0,080

мм. Плотность 1,32 г/см

Белковые волокна - шерсть характеризуется средней прочно-

стью при растяжении в нормальных атмосферных условиях и высо-

кой деформационной способностью (разрывное напряжение тон-

кой шерсти составляет около

дан/мм

, а удлинение при разрыве

40%),

хорошей упругостью и высокими теплоизолирующими свой-

ствами. Обладает специфическим, присущим только шерстяному

волокну свойством валкоспособностью, т.е. способностью волокон

необратимо уплотняться в массе, что используется при выработке

валяльно-войлочных изделий. Термостойкость на 5-10° С ниже, чем

у целлюлозных волокон. Шерсть, по сравнению с целлюлозными

волокнами, более устойчива к действию минеральных кислот сла-

бой и органических кислот сильной концентрации, но менее устой-

чива и действию щелочей (5% раствор едкого натра в течение не-

скольких минут разрушает волокна). Аналогично целлюлозным

волокном, шерсть не растворяется в обычных растворителях: воде,

спирте, бензоле и др. Шерсть обладает хорошей гигроскопично-

стью:

содержание влаги в нормальных атмосферных условиях со-

ставляет 15-17%, отсутствует электризуемость но волокна имеют

низкую устойчивость к истиранию, плохую сопротивляемость к

воздействию микроорганизмов, а изделия из чистой шерсти обла-

дают сильной сминаемостью.

2.3.4. Натуральный шелк.

Шелком называют тонкие, длинные нити выделяемые шел-

коотделительными железами гусениц и получаемые при размотке

коконов тутового, дубового и диких пород шелкопряда. Наиболь-

шее распостранение получили нити тутового шелкопряда, питаю-

щегося листьями тутового дерева, называемого иногда шелковни-

цей.

Тутовый шелкопряд в своем развитие проходит четыре ста-

дии: яички (грена), гусеница, куколка, бабочка. Гусеницы шелко-

пряда в шелкоотделительных железах накапливают жидкое вещест-

во натурального шелка - фиброин и клей - серицин и затем начи-

нают завивать кокон, выдавливая через два шелкоотделительных

протока две тонкие шелковины которые на воздухе застывают и

склеиваются серицином. Длина коконной нити в коконе достигает

1000 метров. Кокон представляет собой плотную склеенную клеем

оболочку, внутри которой находится гусеница, которая затем ли-

няет, превращается в куколку. На этой стадии происходит пере-

стройка организма гусеницы в бабочку, которая впоследствии рас-

творяет щелочной жидкостью клей кокона и выбирается из него.

По этому после сбора коконов их тщательно сортируют и

лучшие образцы оставляют для воспроизводства, а в остальных

коконах бабочку умертвляют посредством запаривания или обра-

ботки горячими воздухом.

На коконномотольных фабриках коконы, после запаривания

(с целью размягчения серицина), разматывают, причем соединяют

несколько коконных нитей в жгуте, т.к. каждая отдельная нить

очень тонкая (0,020 -

0,040

мм).

В результате образуется прочная нить - шелк сырец. Шелко-

вые волокна (ните) состоят на

95%

из фиброина - белкового высо-

комолекулярного вещества, со степенью полимеризации порядка

300.

Шелковая коконная нить состоит из двух паралельно распо-

ложенных элементарных нитей (шелковин), склеенных между собой

серицином. (рис 2.7.)

Рис.2.7.

Строение коконной

нити.

В поперечном сечении шелковины имеют форму неправиль-

ных треугольников с закругленными вершинами или овальную.

Толщина элементарной шелковины d=0,020 -

0,040

мм плот-

ность вещества 1,35 г/см V •

Шелк имеет высокую прочность при растяжении, хорошо

деформируется (разрывное напряжение его составляет 40-45

дан/мм

, разрывное удлинение 18-20%), характеризуется хорошей

упругостью, но менее светоустойчив по сравнеию с другими волок-

нами растительного и животного происхождения. Содержание

влаги в нормальных атмосферных условиях составляет

11%.

Термо-

стойкость выше, чем у шерсти на 10-15° С. По сравнению с целлю-

лозными волокнами шелк, аналогично шерсти, более устойчив к

действию кислот. К действию щелочей шелк неустойчив и при на-

греве даже слабые растворы их легко разрушают шелк.

Шелк гигроскопичен и для него известно очень большое ко-

личество красителей, поэтому шелковые ткани могут иметь очень

разнообразную цветовую гамму.

2.3.5. Асбест

Волокна асбеста представляют собой кристалы природных

магниевых силикатов, минерального происхождения. Элементар-

ных волокона, выгнутой формы, объеденины в комплексы назы-

ваемые техническими волокнами.

Волокно минерального происхождения - асбест характеризу-

ется высокой прочностью при растяжении, высокой термостойко-

стью.

Потеря прочности наблюдается лишь при температурах 200-

400° С. Не проводит тепло и электричество, устойчиво к действию

кислот. Долгое время асбест был уникальным волокном для ряда

технических изделий, от которых требуется указанные выше свой-

ства. В настоящее время в связи с производством новых видов вы-

сокотермоустойчивых и огнестойких синтетических волокон асбест

теряет роль уникального волокна.

2.4.

Химические волокна

Общие принципы получения. Для производства большинства

химических волокон и нитей применяется! исходный твердый по-

лимерный материал, который после растворения или плавления

переводят в жидкое состояние. Затем раствор или расплав дозиро-

ванно подается, фильтруется и продавливается через отверстия