Садыкова Ф.Х. и др. Текстильное материаловедение и основы текстильных производств

Подождите немного. Документ загружается.

семена, своевременно скатываясь по ребрам колосников 6, па-

дают на конвейер, расположенный под машиной и выводятся

из нее.

Переработка незрелого и влажного (выше нормы) хлопка-

сырца приводит к образованию этого порока, а также еще од-

ного — «узелки», которые портят внешний вид изделий и ослож-

няют процесс отделки ткани.

При повышенной засоренности волокна требуется дополни-

тельная очистка на чистителях с барабанами и колосниковыми

решетками. Далее волокно прессуется в кипы массой 150—

200 кг при плотности спрессованного волокна в кипе 0,5—

0,7 г/см

На семенах после волокноотделения остаются короткие во-

локна (пух и подпушек), которые снимаются повторной обра-

боткой семян в несколько приемов на специальных машинах,

называемых пухоотделителями, или линтерами. Масса этих во-

локон составляет 5—8 % массы сырца.

Хлопковое волокно перерабатывают в пряжу, из которой

вырабатывают ткани, трикотажные и нетканые полотна, швей-

ные нитки, гардинно-тюлевые и галантерейные изделия (тесьму,

кружева и др.), шнуры, веревки, канаты и др. Йз хлопкового

пуха получают эфиры целлюлозы, используемые для выработ-

ки искусственных волокон (ацетатного, триацетатного), целлю-

лозу, для получения медно-аммиачного волокна, пленок, пласт-

масс и т. п.

Семена хлопчатника содержат до 15 % ценного масла, ис-

пользуемого в пищевой промышленности и для технических це-

лей.

При оценке качества хлопкового волокна, т. е. определении

его сорта, основным показателем является разрывная нагрузка

волокна, зависящая от его зрелости. В спорных случаях опре-

деляют коэффициент зрелости. Волокно делится на 7 сортов:

отборный и с I по VI включительно. Кроме того, для каждого

из них установлены нормы содержания пороков, сорных при-

месей и влажности.

ЛУБЯНЫЕ ВОЛОКНА. ЛЕН

Лубяными называют волокна, залегающие в стеблях, листьях

или оболочках плодов разлт "

ых растений. К стеблевым отно-

сят лен, рами, пеньку, джут, , к листовым — манильскую

пеньку, сизаль, генекен и др. Благодаря высокой прочности,

гибкости и хорошим сорбционным свойствам Наиболее ценным

из перечисленных является волокно льна, которое используют

для выработки бытовых и технических тканей, а также круче-

ных изделий (высокопрочных). Остальные лубяные волокна яв-

ляются более прочными, но одновременно и более жесткими и

грубыми; используют их главным образом для изготовления

обычных канатов, веревок, шпагатов, а также различных видов

тарных тканей. Пеньковое волокно иногда используют для из-

готовления прочных тканей типа парусины и брезента.

У нас в стране из общего количества лубяных волокон на

долю льна приходится 82—86 %, пеньки 8—12 и кенафа 5—

6% . Если мировое производство лубяных волокон всех видов

принять за 100 %, то на долю льняного волокна приходится

около 12%, джута 65, пеньки 5 и жестких листовых воло-

кон 18 %.

Семейство льновых, к которому относится лен, весьма раз-

нообразно. Как волокнистая и масличная культура наибольший

интерес представляет лен культурный, широко распространен-

ный во многих странах. Разновидности льна культурного сле-

дующие: лен-долгунец, лен-кудряш, лен-межеумок и лен стелю-

щийся.

В СССР возделывают лен-долгунец и лен-кудряш. Лен-дол-

гунец высевают для получения льняного волокна. Он имеет

прямой неветвистый стебель высотой 80—90 см и диаметром

0,8—1,4 мм с небольшим количеством (10—12) семенных коро-

бочек (рис. 5, а). В нашей стране посевами льна-долгунца за-

нято около 90 % всех посевных площадей, отведенных под куль-

туру льна. Основными районами возделывания его в РСФСР

являются: Калининская, Псковская, Смоленская, Вологодская,

Новгородская, Ярославская, Костромская, Брянская области.

Украинская ССР и Белорусская ССР производят более 90 %

льняного волокна. Кроме того, частично льноводством занима-

ются в Прибалтийских республиках, Уд-

муртской АССР и Марийской АССР.

Лен-кудряш (рис. 5, б) высевают для

получения масличных семян. Помимо

СССР основными льноводческими стра-

нами являются ГДР, Польша, Румыния,

Чехословакия, Бельгия, Голландия,

Франция и др.

За годы советской власти в нашей

стране были проведены селекционные

работы по созданию новых сортов льна-

долгунца, их испытанию и районирова-

нию, что позволило внедрить в льновод-

ческие хозяйства страны такие новые се-

лекционные сорта, как Светоч, К-6,

Л-1120, Т-10, Оршанский-2 и др., даю-

щие высокий урожай льноволокна хоро-

шего качества.

Рис. 5. Стебель льна-долгунца (а) и льна-кудря-

ша (б)

В 1986 г. валовой сбор льноволокна составил 366 тыс. т.

Из них на долю РСФСР приходится 41,3 %, Украинской ССР —

27,6%, Белорусской ССР —26%, Литовской ССР —3,8% и

Латвийской ССР и Эстонской ССР — 1,3 %.

ЭЛЕМЕНТЫ АГРОТЕХНИКИ ЛЬНА.

СТРОЕНИЕ СТЕБЛЯ И ВОЛОКНА

Лен высевают весной, когда почва прогреется до 7—8°С, ря-

довыми сеялками с узкими междурядьями (7—9 см) по осен-

ней зяблевой вспашке. Семена предварительно протравливают

раствором формалина или другими препаратами. Через неделю

после посева появляются всходы, а через 5—6 недель начина-

ется цветение льна, сопровождающееся усиленным ростом стеб-

лей и образованием в их коре пучков волокон, плотно прилега-

ющих друг к другу (что придает им граненую 4—5-угольную

форму) и прочно склееных пектиновыми (клеящими) вещества-

ми. Через 12 недель после посева стебли приобретают светло-

желтую окраску. К этому времени образование пучков волокон'

в стебле заканчивается, а семена успевают полностью сформи-

роваться. При уборке льна в этой стадии, называемой ранней

желтой спелостью, получают наиболее высокий урожай хоро-

шего по качеству волокна и пригодные для посева в будущем

году семена. При более ранней уборке волокно получается

тоньше, при этом оно менее прочное, семена же непригодны

для посева. Более поздняя уборка через 13 недель после посева

и более дает меньший урожай огрубевшего волокна вследствие

накопления в нем лигнина, но наибольший урожай высоко-

качественных семян. Уборку льна в этой стадии, называемой

желтой спелостью, целесообразно проводить в случае посева

льна с целью получения как можно большего количества

семян.

Уборку, или теребление, льна осуществляют путем выдерги-

вания стеблей из почвы с помощью льнотеребилок. Затем стеб-

ли связывают в снопы и сушат в поле, устанавливая их шатра-

ми или в специальных сушилках. Далее отделяют семенные го-

ловки и получают продукт, называемый льняной соломой. На

льнокомбайне помимо теребления осуществляется отделение се-

менных головок, вязка стеблей в снопы или расстил их на поле

для вылеживания. Льносолому отправляют на заводы для пер-

вичной обработки или выполняют ее на месте.

Стебель льна, как и других лубяных растений, состоит из

различных по своему назначению и строению тканей (рис. 6),

основными из которых являются:

покровная ткань 1, состоящая из одного ряда плотно сомк-

нутых клеток, покрытых снаружи тонкой пленкой — кутикулой;

коровая паренхима 2, состоящая из тонкостенных, равнове-

ликих и, неодревеснедших клеток, которые, содержат запасы

2.4,

Рис. 6. Поперечный разрез стебля льна

Рис. 7. Продольный вид элементарного волокна льна с попе-

речными сдвигами

питательных веществ в стеблях и служат ложем для волокон

льна 3;

тонкий слой камбия 4, состоящего из клеток, жизнедеятель-

ность которых обеспечивает рост льна;

мощный слой древесины 5, являющийся остовом всего

стебля;

сердцевина 6, состоящая из рыхлых тонкостенных клеток, в

результате отмирания которых образуется полость 7 стебля.

Все ткани, от покровной до слоя камбия, называют корой:

стебля, или лубом; все, что находится за камбием, получило-

общее название древесины.

Волокна льна образуются в паренхиме коры и представляют

собой компактные пучки, состоящие из отдельных элементар-

ных волокон, которые равномерно распределены по окружности

стебля. В среднем в стебле льна содержится от 350 до 650 эле-

ментарных волокон, образующих 20—30 пучков с числом эле-

ментарных волокон (в каждом из них от 15 до 24). Волокна

склеены в пучки пектиновыми веществами.

Элементарные волокна (средняя длина 10—24 мм, попереч-

ник 12—20 мкм) имеют сильно вытянутую веретенообразную

форму с закрытыми заостренными концами. Каждое волокно

имеет посередине узкий канал. Пучки связаны с окружающими

их клетками коровой паренхимы также посредством срединных

пластинок, но с меньшим содержанием лигнина, т. е. менее

одревесневших и легче разрушающихся при определенных воз-

действиях на стебли льна. На различиях химического состава

срединных пластинок пучков и коровой паренхимы основаны

процессы отделения пучков волокон от окружающих тканей

стебля. Благодаря последовательному вклиниванию тонких за-

остренных кончиков одних элементарных волокон в промежутки

между другими, технические волокна, выделяемые из стеблей

льна, имеют длину 40—125 см.

Элементарные волокна льна, так же как и хлопка, имеют

слоистое строение. Пучки фибрилл первичной и вторичной сте-

нок расположены спирально под меньшим (8—12°), чем в

хлопковом волокне, углом.

В процессе образования и роста элементарных волокон в

стебле, а также при обработках, применяемых для выделения

волокон, механические воздействия вызывают деформацию из-

гиба или сжатия. Следствием этого является продольное рас-

щепление волокон или образование поперечных сдвигов, пред-

ставляющих собой хорошо видные под микроскопом узловатые

коленообразные утолщения (рис. 7).

В поперечном сечении элементарные волокна имеют не-

правильную округлую форму, а чаще пятиугольную. Слоистая

структура стенок волокна является следствием постепенного (с

перерывами) отложения целлюлозы на ^тенках волокна.

Значительно большая ориентация структурных элементов от-

носительно оси в льняном волокне по сравнению с хлопковым,

у которого угол наклона пучков фибрилл составляет 20—23°,

частично объясняет более высокую прочность льна и меньшую

способность удлиняться при растяжении.

Наличие канала, закрытого с двух концов, затрудняет кра-

шение льняных тканей.

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКЕ

ЛЬНА. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЬНЯНОГО ВОЛОКНА

Первичная обработка льняной соломы складывается из несколь-

ких процессов: получение тресты, ее сушка, мятье тресты, тре-

пание и сортировка отходов.

Для получения тресты прежде всего необходимо разрушить

связи между пучками волокон с окружающими их тканями раз-

личными способами: биологическими, физическими или физико-

химическим.

При биологическом, способе разрушение пектиновых веществ

происходит в результате жизнедеятельности различных микро-

организмов (грибов, бактерий), развивающихся на стеблях льна

в процессе мочки.

Различают мочку росовую, когда льняную солому расстила-

ют тонким слоем на лугах; холодноводную — льносолому погру-

жают в естественные водоемы с тихим течением (реки, озера,

пруды), тепловую, когда лен замачивают в специальных мо-

чильных баках, в которые подается вода, нагретая до темпера-

туры 36—38 °С. Если росовая мочка в зависимости от кли-

матических условий года длится от 15 до 40 дней, а холод-

новодная — 12—15 дней, то тепловая мочка — всего лишь 3—

4 дня.

При правильном проведении процесса мочки получают тех-

ническое волокно в виде компактных пучков. Тщательный

контроль за ходом процесса необходим, поскольку недомочка

дает в конечном итоге более грубое техническое волокно, плохо

расщепляющееся при дальнейшей переработке на более тонкие

волокна, и загрязненное остатками клеток коровой паренхимы

и покровных тканей стебля, а в случае перемочки получается

волокно пониженной прочности.

Из физических способов в нашей стране практикуется про-

паривание предварительно замоченной льносоломы в автокла-

вах при давлении 25—30 кПа в течение 60—90 мин. При этом

происходит гидролиз пектиновых веществ и связь пучков воло-

кон с окружающими их тканями разрушается. Получают парен-

цовое волокно.

При физико-химическом способе, еще мало распространен-

ном, льносолома подвергается подсушке, плющению для раз-

дробления древесины стеблей и последовательно осуществляе-

мым промывке водой, обработке раствором кальцинированной

соды, снова промывке, обработке раствором серной кислоты,

окончательной промывке и эмульсированию.

Наиболее распространенными в СССР являются росовая и

тепловая мочка. Полученный после мочки и сушки продукт на-

зывается трестой.

Для размельчения и частичного удаления древесины стеблей

тресту подвергают мятью на мяльных машинах, имеющих глад-

кие плющильные вальцы и от 6 до 24 пар рифленых металли-

ческих вальцов (мяльных), установленных попарно один над

другим (рис. 8). Число рифлей мяльных вальцов увеличивается

по ходу продукта, что способствует постепенному, возрастаю-

щему измельчению древесины. Полученный продукт называется

льном-сырцом.

Лен-сырец далее треплют на трепальных машинах (чаще

всего двухстороннего действия), основными рабочими органами

которых являются трепальные барабаны (рис. 9) с билами 1,

имеющими кромку 2, и устройства, транспортирующие лен-сы-

рец в виде горстей вдоль машины. Эти устройства состоят из

балочки 3, направляющего полозка 4 и ремня 5. Горсти льна-

сырца, зажатые между полозком 4 и ремнем 5, перемещаются

вдоль машины (перпендикулярно к плоскости чертежа) и

подвергаются с двух сторон ударному воздействию бил 1

барабанов. При этом происходит энергичное встряхивание,

барабанной трепальной машины

способствующее вылету костры и остатков покровных тканей из

массы волокна.

Трепальные машины состоят из двух секций. Когда горсти

льна достигают конца первой секции и очищаются от костры,

нижний конец их под действием сильной струи воздуха под-

нимается вверх и зажимается между направляющими полозком

и ремнем второй секции, а верхний конец горсти, освобожден-

ный из зажима, опускается вниз и подвергается действию бил

барабанов второй секции.

На льнозаводах мяльные и трепальные машины соединяют

в один агрегат,! называемый мяльно-трепальным.

После трепания получают горсти длинного волокна, на-

зываемого трепаным льном, и отходы трепания, представ-

ляющие собой сильно закостренное короткое волокно. Послед-

нее на трепальной машине очищается от костры, а затем

после подсушки снова подвергается мятью, трепанию и тря-

сению.

Короткое волокно и короткие, спутанные и поврежденные

стебли тресты подаются на неподвижную решетку трясильной

машины и подвергаются воздействию, качающихся гребней. При

этом волокно встряхивается и костра высыпается под решетку.

Угол качания гребней вперед больше угла качания назад, в ре-

зультате чего волокно продвигается вперед и снимается с ре-

шетки.

При сортировке трепаного льна формируют отдельные пар-

тии, состоящие из отдельных горстей, одинаковых по длине,

цвету, прочности, чистоте и другим признакам. В дальнейшем

каждую партию трепаного льна и короткого волокна прессуют

в кипы и перерабатывают раздельно.

Трепаный лен подвергается гребнечесанию, в' результате чего

получают длинные горсти чесаного льна, состоящего из хорошо

очищенных длинных, тонких технических волокон и короткое

волокно — очесы. Очесы исрользуют для получения так называ-

емой оческовой пряжи и перерабатывают в прядении вместе с

коротким волокном, полученным из отходов трепания. Выход

трепаного льна составляет 13—15 %, а короткого волокна и

очесов —8—10 % от массы льносоломы.

Качество трепаного льна оценивается номером. Чем выше

номер, тем лучше волокно, выше выход пряжи и более тонкую

пряжу из него можно получить. Для каждого номера установ-

лены нормы содержания недоработки (частиц древесины стеб-

ля, скрепленных с волокном), костры и сорных примесей, а

также влажности. Оценка номера производится сравнением

со стандартными эталонами, а при возникновении разногла-

сий производят контрольный прочес и оценивают по номеру

чесаного волокна и количеству очесов. Короткое волокно так-

же оценивается номером, чем выше номер, тем оно лучше.

Оценка осуществляется сравнением с эталонами. При возник-

новении разногласий определяют разрывную нагрузку скру-

ченной из волокон ленточки, содержание костры и сорных при-

месей.

Льняное волокно значительно прочнее хлопка, но грубее,

меньше деформируется при механических воздействиях. Лен

используют главным образом' для выработки тканей для одеж-

ды (платьев, костюмов и др.), столового белья, постельного

белья и декоративных изделий (покрывал, портьер), а также

парусин, брезентов и др. Короткое волокно используется для

выработки более грубых тканей: холстов, мешочных тканей,

парусин и брезентов. Часто используются и смеси льняного во-

локна с химическим (вискозным, лавсановым).

2. НАТУРАЛЬНЫЕ ВОЛОКНА ЖИВОТНОГО

ПРОИСХОЖДЕНИЯ

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВОЛОКОН

Основным веществом, составляющим натуральные волокна жи-

вотного происхождения (шерсти и шелка), являются синтези-

руемые в природе животные фибриллярные белки — кератин и

фиброин, отдельные звенья макромолекул которых состоят из

наборов остатков различных а-аминокислот, имеющих общую

формулу

—СН—СООН

Они отличаются друг от друга химическим составом радика-

ла R. В кератине шерсти в значительном количестве содержат-

ся глутаминовая кислота, радикал которой состоит из группы

(СН

)

СООН, и цистин с радикалом £H

S, которого нет в

фиброине шелка. В фиброине шелка * — глицин с радикалом

Н и аланин с радикалом СН

, которых в кератине шерсти очень

мало. Этим в основном и можно объяснить разницу в свойст-

вах шерсти и шелка.

В состав кератина и фиброина входят в общей сложности

остатки более чем 15 различных а-аминокислот.

Макромолекулы кератина и фиброина с молекулярной мас-

сой от 70 до 100 тыс. кислородных единиц имеют сложное

строение. Молекулы расположены спирально извитыми пучка-

ми. Отдельные звенья — остатки различных а-аминокислот —

могут присоединять пептидные NH2 или карбоамидные CONH-

группы и образовывать линейные и циклические участки:

HNH—СН—СООН + HNH—СН—СООН -»

I I

R R

-> HNH—СН—CONH—СН—СООН + Н

I I

R R

При этом линейные участки имеют боковые разветвления

(боковые цепи), образованные радикалами а-аминокислот. Сте-

пень разветвленности макромолекул зависит от химического со-

става радикалов R отдельных звеньев. В кератине шерсти, на-

пример, масса радикалов R отдельных звеньев составляет в

среднем около 45 % массы всей молекулы, а в фиброине шел-

ка — около 20 %; иначе говоря, в последнем случае степень

разветвленности макромолекул значительно меньше, что спо-

собствует более плотной их упаковке. Этим можно объяснить

более высокую прочность шелка и меньшую способность дефор-

мироваться при растяжении. За счет высокой степени полиме-

ризации кератина и фиброина длина разветвленных макромоле-

кул все же значительно больше их поперечных размеров.

Взаимодействие между собой молекул, надмолекулярных об-

разований — микрофибрилл и макрофибрилл в кератине и фиб-

роине осуществляется за счет межмолекулярных сил (Ван-дер-

Ваальса, водородных связей) и солевых (ионных) связей. Кро-

ме того, между молекулами кератина шерсти имеются валент-

ные (химические) связи, называемые цистиновыми мости-

ками.

Физико-химические свойства кератина и фиброина, т. е. во-

локон шерсти и шелка, в большой мере зависят от химическо-

го состава радикалов составляющих их а-аминокислот. Плот-

ность кератина равна 1,3, а фиброина 1,25 г/см

. Так же как и

* В шелке содержится также до 25 % клеящего вещества серицина,

который легко размягчается в горячей воде и растворяется в водных рас-

творах различных реагентов, за счет чего частично удаляется из шелка.

Поэтому его не рассматривают.

целлюлоза, кератин и фиброин не растворяются в обычных

растворителях (воде, спирте, бензоле и др.). Фиброин растворя-

ется в'большем числе растворителей по сравнению с керати-

ном: в концентрированных растворах хлоридов при кипячении,

медно-аммиачном комплексе, в концентрированной фосфорной и

соляной кислотах. При обработке кератина шерсти паром при

температуре 90—100 °С прочность его уменьшается, а при

170—180 °С он разрушается. Действие воды и пара на свой-

ствах фиброина сказывается менее существенно.

Имея кислотные СООН- и основные ЫН

-группы, кератин и

фиброин обладают амфотерными свойствами, т. е. могут ре-

агировать как кислоты и основания, причем в молекулах фиб-

роина кислотных групп больше, чем в кератине. Этим объяс-

няется их одинаковое сродство к основным, нейтральным и кис-

лотным красителям.

По сравнению с целлюлозой белки устойчивы к действию

слабых минеральных кислот и органических средней концентра-

ции. При нормальной температуре (порядка 20°С) минераль-

ные кислоты средней концентрации ухудшают их свойства толь-

ко при длительном воздействии. С повышением температуры

и концентрации кислот разрушение происходит более интенсив-

но. В концентрированных растворах кислот и кератин, и фиб-

роин быстро разрушаются.

К действию щелочей белки малоустойчивы. Д'аже слабые

растворы приводят к набуханию кератина и фиброина и к зна-

чительным структурным изменениям последних. При этом на-

крашиваемость шерсти и шелка улучшается, а механические

свойства ухудшаются за счет разрушения сначала межмолеку-

лярных, а затем пептидных связей. При нагреве даже слабые

растворы щелочей легко разрушают кератин и фиброин. Кон-

центрированные растворы щелочей легко разрушают фиброин

даже при нормальной температуре. Поэтому при отделке по-

лотен из шерсти и шелка применяют только нейтральные мою-

щие средства; кроме того, режимы процессов должны строго

контролироваться.

При воздействии света активизируется процесс окисления

кератина и фиброина кислородом воздуха так же, как и в цел-

люлозе. Светостойкость кератина выше, чем целлюлозы, а фиб-

роина ниже. При нагревании интенсивное ухудшение свойств

начинается при температуре выше 170°С. Свойства кератина

и фиброина не изменяются при температуре 130 и 110°С со-

ответственно.

Кератин и фиброин обладают значительно лучшими сорбци-

онными свойствами, чем целлюлоза. Этому способствует нали-

чие в макромолекулах белков боковых цепей.

В шерсти и шелке кератин и фиброин не встречаются в чис-

том виде. Так, в шерстяном волокне содержится около 90 %

кератина, а в шелке — около 95 % фиброина и серицина. Кроме