Классификация текстильных волокон. Свойства натуральных волокон, получение пряжи и нитей. Полиуретановые нити Волокна их свойства

В зависимости от происхождения текстильные волокна делят на натуральные и химические (рис. 1).

К натуральным относятся волокна, создаваемые самой природой, без участия человека. Они могут быть растительного, животного или минерального происхождения.

Натуральные волокна растительного происхождения получают с поверхности семян (хлопок), из стеблей (лен, пенька и др.), из листьев (сизаль и др.), из оболочек плодов (койр).

Натуральные волокна животного происхождения представлены волокнами шерсти различных животных и коконным шелком тутового и дубового шелкопряда.

Перечисленные натуральные волокна состоят из веществ, которые относятся к природным полимерам. Это целлюлоза у расти тельных волокон и белки у волокон животного происхождения.

Химические волокна подразделяют на искусственные и синтетические.

Искусственные волокна получают путем химической переработки природных полимеров растительного и животного происхождения, из отходов целлюлозного производства и пищевой промышленности. Сырьем для них служат древесина, семена, молоко и т.п. Наибольшее применение в швейной промышленности имеют текстильные материалы на основе искусственных целлюлозных волокон, таких как вискозное, полинозное, медно-аммиачное, триацетатное, ацетатное.

Синтетические волокна получают путем химического синтеза полимеров, т.е. создания имеющих сложную молекулярную структуру веществ из более простых, чаще всего из продуктов переработки нефти и каменного угля. Это полиамидные, полиэфирные, полиуретановые волокна, а также полиакрилонитрильные (ПАН), поливинилхлоридные (ПВХ), поливинилспиртовые, полиолефиновые.

Классификация волокон

1. Основные свойства волокон и их размерные характеристики:

НАТУРАЛЬНЫЕ ВОЛОКНА

А. Натуральные волокна растительного происхождения

Хлопковое волокно

Хлопком называют волокна, покрывающие семена однолетнего растения хлопчатника. Хлопчатник - растение теплолюбивое, потребляющее большое количество влаги. Произрастает в жарких районах.

Известно много видов хлопчатника, но промышленное значение имеют главным образом два вида: средневолокнистый и тонковолокнистый.

Средневолокнистый хлопчатник созревает через 130-140 дней с момента посева, дает волокно длиной 25-35 мм.

Тонковолокнистый хлопчатник имеет более длинный период созревания, меньшую урожайность, но дает более длинное (35-45 мм), тонкое и прочное волокно, которое применяется для выработки высококачественной пряжи.

Линейная плотность волокон хлопчатника колеблется в пределах 0,17-0,2 текс.

В первые два месяца формируется куст хлопчатника, затем после короткого цветения начинается развитие его плодов-коробочек. Внутри развивающихся коробочек образуются семена, на поверхности которых появляются волокна - тонкостенные трубочки. Сначала волокна растут в длину, а в последний месяц происходит их созревание - постепенное послойное отложение целлюлозы на стенках волокон. Созревание коробочек происходит последовательно, начиная с нижних веток куста. Поэтому сбор хлопка осуществляют в несколько приемов: сначала собирают нижние коробочки, а затем - растущие выше.

Волокна на семенах в конце периода созревания приобретают вид скрученных (извитых) сплющенных ленточек со стенками определенной толщины и каналом внутри. Толщина стенок и степень извитости характеризуют зрелость волокна, которая в свою очередь определяет его качество. По степени зрелости волокна хлопка подразделяются на 11 групп. На рис. 2 даны примеры эталонов, используемых для оценки зрелости хлопка сравнительным методом.

Незрелые тонкостенные волокна обладают малой прочностью, низкой эластичностью и плохо окрашиваются. Они не пригодны для текстильного производства.

Перезрелые волокна имеют толстые стенки, повышенную прочность, но при этом значительно увеличивается их жесткость. Эти волокна также не пригодны для текстильной переработки.

Под микроскопом незрелые волокна плоские, лентовидные с тонкими стенками и широким каналом внутри (см. рис. 2, в). По мере созревания толщина стенок волокна растет, а канал становится узким. Зрелые волокна представляют собой сплющенные трубочки с характерной спиральной извитостью и проходящим внутри волокна каналом (см. рис. 2, б). Перезрелые волокна имеют цилиндрическую форму, толстые стенки и узкий канал (см. рис. 2, а).

Зрелое волокно хлопка содержит более 95% целлюлозы, остальное представляет собой сопутствующие вещества.

Степень зрелости волокон хлопка влияет на их прочность и удлинение. Доля пластической деформации в полном удлинении зрелого волокна хлопка составляет 50%, поэтому хлопчатобумажные ткани сильно сминаются.

Под действием светопогоды хлопок, как и все органические волокна, теряет прочность.

При значительном повышении температуры сухие волокна теряют прочность, на них появляется легкая желтизна с последующим потемнением, а при температуре 250°С волокна обугливаются. Волокна хлопка горят желтым пламенем, при этом образуется серый пепел и ощущается запах жженой бумаги.

Хлопковое волокно перерабатывают в пряжу, из которой изготовляют ткани, трикотажные и нетканые полотна, швейные нитки и др. Тонковолокнистый хлопок перерабатывают в тонкую и гладкую гребенную пряжу, предназначенную для наиболее тонких и высококачественных тканей - батиста, маркизета. Средневолокнистый хлопок предназначен для»средней по толщине пушистой пряжи, из которой производится ситец, бязь, сатин. Из хлопкового пуха (коротких волокон, непригодных для прядильного производства) получают эфиры целлюлозы, используемые для выработки искусственных волокон (ацетатного, триацетатного), а также целлюлозу для получения пленок, пластмасс и т.п. Кроме того, непригодные для прядильного производства волокна идут на производство нетканых полотен.

Волокна льна относятся к так называемым лубяным волокнам, т. е. волокнам, получаемым из стеблей растений. Волокна льна являются наиболее ценными из всех лубяных благодаря высокой прочности, гибкости и хорошим сорбционным свойствам.

Для получения льняного волокна используют один из видов льна - лен-долгунец. Он имеет прямой неветвистый стебель длиной до 90 см. Через 12 недель после посева семян в стебле льна заканчивается образование пучков волокон. При уборке льна в этот период получают наиболее высокий урожай хорошего по качеству волокна.

Элементарные волокна льна имеют веретенообразную форму с толстыми стенками, узким каналом и закрытыми заостренными концами. Длина этих волокон колеблется от 15 до 20 мм. Элементарные волокна, собранные в пучки по 15-20, равномерно распределены по окружности стебля под его покровной тканью. Поперечный разрез волокна имеет вид пяти-или шестигранного многоугольника со следом канала в центре (рис. 3, а). Под микроскопом элементарное волокно льна в продольном виде представляет собой цилиндр с коленообразными сдвигами и утолщениями (рис. 3, б).

Пучки элементарных волокон, выделяемые из стебля льна в процессе его обработки, образуют техническое волокно. Элементарные волокна удерживаются в этом пучке благодаря последовательному вклиниванию заостренных кончиков одних волокон в промежутки между другими. Технические волокна, выделенные из стеблей для использования в прядении, имеют длину 250-400 мм.

Прочность волокон льна в несколько раз превышает прочность хлопка, а их растяжимость, наоборот, меньше. Поэтому льняные ткани лучше сохраняют форму изделия, чем хлопчатобумажные.

Доля пластической деформации в полном удлинении льняного волокна больше, чем хлопкового, и составляет 60-65%. Этим объясняется еще большая сминаемость льняных тканей по сравнению с хлопчатобумажными.

При нагревании сухие волокна льна выдерживают более высокую температуру, чем хлопок.

Стойкость льна к светопогоде также несколько выше, чем у хлопка.

Горит лен с проявлением тех же признаков, что и хлопок.

Основные понятия материаловедения

Материаловедение – прикладная наука, изучающая строение и свойства материалов.

Ассортимент швейных материалов разнообразен, что позволяет изготавливать одежду для разных сезонов носки и обеспечивать необходимые функции изготавливаемых изделий. Существуют следующие группы материалов, используемых в швейном производстве:

Трикотаж;

Нетканые полотна;

Натуральный мех;

Натуральная кожа;

Искусственный мех;

Искусственная кожа;

Материалы с плёночным покрытием;

Плёночные материалы;

Комплексные материалы.

Виды материалов, составляющих пакет швейного изделия:

Основные материалы, или покровные, которые используются в качестве верха швейных изделий (текстиль, натуральные и искусственные кожа и мех, материалы с плёночным покрытием, плёночные и комплексные, т.е. составные, материалы);

Подкладочные материалы;

Прокладочные материалы;

Утепляющие материалы (вата, ватин, поролон, мех);

Скрепляющие материалы (швейные нитки, пряжа, клеевые материалы);

Отделочные материалы;

Прикладные материалы, используемые для укрепления, отделки или прикрепления деталей швейных изделий (тесьма, лента, кружева, шнуры, стропы и др.);

Фурнитура – вспомогательные изделия, которые служат для застёгивания одежды (пуговицы, крючки, петли, «молнии», кнопки, пряжки, текстильные застёжки «велкро», блочки).

Текстильные материалы, или текстиль – материалы или изделия, полученные из волокон и нитей. К ним относятся ткани, трикотаж, нетканые полотна, швейные нитки, пряжа. Нетекстиль : плёночные материалы, натуральные мех и кожа, металлическая фурнитура.

Все материалы, используемые в швейном производстве, в зависимости от целевого назначения принято разделять на группы:

для белья и сорочек, плательные, костюмные, для плащей и курток, пальтовые, мебельные, гардинные, технические. Чтобы правильно сделать выбор материалов для того или иного изделия, необходимо чётко представлять требования, которые предъявляют к изделию, и хорошо знать, какие из имеющихся материалов обладают нужными свойствами. Например, для сорочечной и бельевой группы материалов в первую очередь предъявляются гигиенические требования, так как изделия из них находятся в контакте с телом человека. Для плательных материалов важными являются показатели эстетичности, а для пальтовых – теплозащитные свойства. Пакет изделия формируют из разных материалов с учетом совместимости их свойств. Например, подкладка для пальто используется более плотная и менее воздухопроницаемая, чем для платья.

Классификация волокон

Текстильное волокно – протяжённое тело, гибкое и прочное, с малыми поперечными размерами, ограниченной длины, пригодное для изготовления пряжи и текстильных изделий. Волокна текстильные бывают элементарными и комплексными.

Элементарное волокно – одиночное волокно, которое не делится в продольном направлении без разрушения.

Комплексное (техническое) волокно – волокно, состоящее из нескольких элементарных волокон, скрепленных продольно. Скрепление элементарных волокон может быть склеиванием (лен, пенька, джут) или силами кристаллизации (асбест). Комплексное волокно может делиться на элементарные волокна без разрушения.

Текстильная нить отличается от волокна большей длиной. Нить, полученная путём прядения волокон, называется пряжей. Шёлковую нить получают, разматывая кокон тутового шелкопряда. Химические нити формируют из полимера.

В зависимости от происхождения текстильные волокна делятся на натуральные и химические . К натуральным относятся волокна, создаваемые природой без участия человека. Они бывают растительного, животного или минерального происхождения.

Натуральные волокна растительного происхождения получают с поверхности семян (хлопок), из стеблей (лён, пенька, джут, рами, кенаф), из листьев (сизаль, абака), из оболочек плодов (койр – из покрова скорлупы кокосовых орехов). Природный полимер, образующий растительные волокна – целлюлоза.

К натуральным волокнам животного происхождения относятся шерсть и шёлк. Шерсть – волосяной покров животных, волокнообразующий полимер – кератин. Шёлк – коконная нить тутового или дубового шелкопряда, волокнообразующий полимер – фиброин. Кератин и фиброин относятся к высокомолекулярным белковым соединениям.

Химические волокна подразделяют на искусственные и синтетические.

Искусственные волокна получают путём химической переработки природных полимеров растительного и животного происхождения. Сырьём для них служат древесина, семена, молоко и т.д. К искусственным относятся вискозное, ацетатное и триацетатное, медно-аммиачное волокна.

Синтетические волокна получают путём химического синтеза полимеров из более простых соединений, входящих в состав продуктов переработки нефти и каменного угля. Это полиамидные, полиэфирные, полиуретановые, полиакрилонитрильные (ПАН), поливинилхлоридные (ПВХ), поливинилспиртовые, полиолефиновые волокна.

Основные характеристики волокон и нитей

Геометрические свойства

1. Длина волокна L, мм характеризуется наибольшим расстоянием между его концами в распрямленном состоянии. Из более длинных волокон получают более тонкую и более прочную пряжу. Определяют длину волокон органолептическим способом путем промера одиночных волокон или измерением с помощью специальных приборов.

Извитость волокон придает им пушистость, объемность, способствует- увеличению цепкости волокон при переработке их в пряжу. Извитость характеризуется количеством извитков, приходящихся на единицу длины волокна. Важное значение имеют степень извитости и устойчивость извитков.

Чистота волокон является одним из свойств, характеризующих их однородность. Волокнистая масса может содержать сорные примеси и различные дефектные волокна в виде комочков, узелков, которые отрицательно сказываются на свойствах получаемой из этих волокон пряжи.

2. Толщина – измерение затруднено из-за сложной формы поперечного сечения, поэтому используют косвенные характеристики.

Линейная плотность Т, текс –, т.е. масса волокна длиной 1 км. Текс (от лат. texo - ткать)- единица линейной плотности (г/км), применяемая для измерения толщины волокон и нитей. Текс – масса единицы длины волокна, определяет массу в граммах одного километра нити или волокна. Текси - десять единиц текс. Децитекс – одна десятая текс

Т= m/L , где m – масса волокна

1 текс=1г/1км

Текси =10Тект, Децитекс=1/10 Текс

Миллитекс (мтекс) = мг/км.

Также в метрической системе пользуются номером нити (в м/г) - длина одного грамма нити (номер нити = 1000/текс). Номер метрический – характеристика тонины волокон и нитей, замененная в настоящее время противоположной характеристикой их толщины - линейной плотностью.. Номер метрический (Nm) определяется отношением длины отрезка волокна (нити) l к его массе g (мм/мг), м/г.

N m = l/g (мм/мг, м/г, км/кг).

Nm=1м/1г=1мг/1мм=1000/1Текс

1Nm это масса в граммах 1 метра нити или масса в мг 1 мм волокна. Чем больше номер, тем тоньше волокно или нить и наоборот.

Формула: 1000/Nm = tex или Nm * tex=1000

Например:

Текс (tex) = 1000*2 / 32 = 62 (или 31*2)

31*2 Текс (tex) означает, что пряжа состоит из двух скрученных нитей, и 1 км каждой весит 31г.

Таким образом, ТЕКС показывает массу в граммах одного километра пряжи.

Метрический номер № 32/2.

Но нас интересует метрический номер пряжи для машинного вязания № 32/2. Именно он(метрический номер пряжи) характеризует длину нити (м), вес которой равен 1 грамму, а также показывает количество одинарных нитей, из которых скручена эта пряжа.

Например, для пряжи № 32/2:

32 - это длина одинарной нити, вес которой равен 1 г.

2 - это число скрученных вместе одинарных нитей.

Номер 32/2 означает, что 1 грамм одинарной нити имеет длину 32 метра, но т.к. пряжа скручена из двух нитей, получается 16 м на 1 г (или1600м/100г). Чем выше номер, тем тоньше и легче нить.

Титр в текстильной промышленности служит для оценки толщины волокон и нитей (в основном шёлковых). Выражается произведением площади поперечного сечения волокна или нити на плотность их вещества (или отношением массы волокна или нити к их длине). Титр стали применять в XVIII веке; с 1900-х используют так называемый легальный титр , численно равный массе нити (в г) длиной 9 км. В СССР с 1956 года вместо титра был принят текс.

Ден (сокращённое от Денье) - внесистемная единица линейной плотности волокон или нитей, то есть отношение их массы к длине. 1 ден = 0,05 г/450 м (1 грамм на 9 километров или 0.00000011 кг/м). Таким образом, ден - чисто техническая характеристика плотности изделия (фактуры ткани или трикотажного полотна), зависящая от количества и качества эластичных волокон и их отношения к количеству нитей ткани или полотна. В основном применяется для чулочно-носочных изделий.

Самой популярной плотностью для каждодневной носки является 15 «den», 30 «den» признана офисным стилем, а 70 - для прохладной погоды. Сверхлёгкие (или очень прозрачные) колготки, плотность которых 15, 12 и 10 «den», подходят к вечерним платьям.

Титр=Ден=1/9 Текс

Механические свойства

3. Разрывное усилие Р р, с Н (гс), – наибольшее усилие, испытываемое волокном к моменту разрыва.

Прочность волокна определяется на динамометрах или разрывных машинах и выражается максимальной разрывной нагрузкой в ньютонах (к), грамм-силах (гс) или килограмм-силах (кгс) Иногда прочность волокон характеризуют разрывной длиной в разрывных километрах (ркм), которую рассчитывают по формуле:

L разр = 0,001NP (ркм),

где L разр - разрывная длина, ркм: N - номер волокна; Р - разрывная нагрузка волокна, гс.

Удельный вес - вес вещества волокна в единице объема. Размерность сн/см3. Обычно в товароведении под термином «удельный вес» подразумевают массу вещества в единице объема и используют такие размерности плотности, как мг/ммг, гс/см3.

4. Удлинение к моменту разрыва. Абсолютное разрывное удлинение l р, мм – увеличение длины волокна к моменту разрыва. Выражается в миллиметрах (абсолютное полное разрывное удлинение) или в процентах (относительно полное разрывное удлинение):

где L р – длина образца к моменту разрыва, L 0 – начальная длина образца

Относительное разрывное удлинение – какую часть от первоначальной длины образца составляет его абсолютное удлинение к моменту разрыва

e р =100 l р / L 0 ,%

5. Полная деформация e пол % – деформация, которую приобретает волокно к концу периода нагружения. Определяется при приложении растягивающих усилий меньше разрывных и последующей разгрузке и отдыхе.

e пол = e у +e э +e п

Упругая деформация e у % – часть полной деформации, которая практически мгновенно изчезает при прекращении действия внешней силы.

Эластическая деформация e э % – часть полной деформации, которая возникает при нагружении и изчезает после разгрузки постепенно.

Пластическая деформация e п % – неизчезающая часть полной деформации.

Эластичность волокна = e у +e э

Физические свойства

6. Гигроскопические свойства – способность волокон поглощать влагу.

Фактическая влажность показывает, какую часть от массы сухого волокна составляет влага, содержащаяся в нём при данных атмосферных условиях:

W ф = 100(m-m с) / m с

где m – масса волокна до сушки, m с – масса волокна после сушки.

Волокно высушивают в сушильном шкафу до полного испарения влаги.

Кондиционная влажность W к % – влажность волокна при нормальных атмосферных условиях: t=20°C, относительная влажность воздуха y=65%, атмосферное давление 760 мм рт.ст. Время выдержки образца в н/у 24 часа.

Максимальная влажность (гигроскопичность) W 100 % – это влажность волокна при y=100% и t=20°C.

Гидрофильность – способность к взаимодействию с влагой.

Гидрофобность – отсутствие впитывания влаги полимером волокна.

7. Термические свойства волокон характеризуются их поведением при изменении температуры.

Теплостойкость – температура нагрева, при которой наблюдаются обратимые изменения механических свойств волокон. С понижением температуры эти изменения изчезают.

Термостойкость – температура, выше которой происходят необратимые изменения в структуре и свойствах волокон, волокнообразующий полимер разрушается.

8. Устойчивость к светопогоде – способность волокон сопротивляться разрушающему действию света, кислорода воздуха, влаги и тепла. Она оценивается по изменению механических показателей после длительного воздействия всех факторов светопогоды.

9. Электризуемость – способность накапливать статическое электричество. Электрический заряд возникает при трении поверхностей материалов. Знак заряда зависит от химического строения вещества волокна. Положительно заряжаются капрон, вискоза, природные волокна. Отрицательно – ПВХ, ПАН, фторлон, нитрошелк. Электризация у очищенных материалов выше, чем у неочищенных. Текстильные волокна являются диэлектриками, т.е. не проводят по себе электрический ток. Но наличие на поверхности волокна влаги или пыли (солей электролитов) повышает их собственную электропроводность и рассеивает электростатические заряды. Поэтому гидрофильные природные волокна электризуются меньше, чем гидрофобные синтетические.

В таблице показано, какую полярность приобретают материалы, указанные в головке таблицы, при трении о материалы, указанные в боковике. Одноименные материалы при трении незначительно электризуются, поэтому линию, показывающую трение однородных материалов, называют нейтральной. При трении о кожу человека максимально электризуются мех, шерсть (волокна приобретают – заряд), полипропилен, хлорин (волокна приобретают + заряд). При + заряде кожи человека возникает дискомфорт, а – заряд оказывает благоприятное воздействие на организм.

Химические свойства волокон характеризуются их устойчивостью к действию кислот, щелочей и различных реагентов, которые используются при производстве текстиля и при эксплуатации изделий (стирка, химчистка, действие воска и масел и т.д.).

Трибоэлектрический ряд материалов

ПРИМЕР: Кожа человека приобретает отрицательный заряд при трении о мех натуральный. Хлориновое волокно приобретает отрицательный заряд при трении о все виды материалов и кожу.

5. Таблица волокон

Химические волокна делятся на искусственные и синтетические. Искусственные волокна изготовляют из природных высокомолекулярных соединений, в основном из целлюлозы. Синтетические волокна изготовляют из синтетических высокомолекулярных соединений.

Химические волокна изготовляются в виде бесконечной нити, состоящей из многих отдельных волокон или из одного волокна, или же в виде штапельного волокна – коротких отрезков (штапелек) некрученого волокна, длина которых соответствует длине волокна шерсти или хлопка. Штапельное волокно аналогично шерсти или хлопку служит полупродуктом для получения пряжи. Перед прядением штапельное волокно может быть смешано с шерстью или хлопком.

7. Понятие о технологии изготовления химических волокон.

Первая стадия процесса производства любого химического волокна заключается в приготовлении прядильной массы, которую в зависимости от физико-химических свойств исходного полимера получают растворением его в подходящем растворителе или переводом его в расплавленное состояние.

Полученную вязкую жидкость тщательно очищают многократным фильтрованием и удаляют твердые частицы и пузырьки воздуха. В случае необходимости раствор (или расплав) дополнительно обрабатывают – добавляют красители, подвергают «созреванию» (выстаиванию) и др. Если кислород воздуха может окислить высокомолекулярное вещество, то «созревание» проводят в атмосфере инертного газа.

Вторая стадия заключается в формировании волокна. Для формирования раствор или расплав полимера с помощью специального дозирующего устройства подается в так называемую фильеру. Фильера представляет собой небольшой сосуд из прочного теплостойкого и химически стойкого материала с плоским дном, имеющим большое число (до 25 тыс.) маленьких отверстий, диаметр которых может колебаться от 0,04 до 1,0 мм.

При формировании волокна из расплава полимера тонкие струйки расплава из отверстий фильеры попадают в пространство, где они охлаждаются и затвердевают. Если формирование волокна производится из раствора полимера, то могут быть применены два метода: сухое формирование, когда тонкие струйки поступают в обогреваемую шахту, где под действием циркулирующего теплого воздуха растворитель улетучивается, и струйки затвердевают в волокна; мокрое формирование, когда струйки раствора полимера из фильеры попадают в так называемую осадительную ванну, в которой под действием различных содержащихся в ней химических веществ струйки полимера затвердевают в волокна.

Во всех случаях формирование волокна ведется под натяжением. Это делается для того, чтобы ориентировать (расположить) линейные молекулы высокомолекулярного вещества вдоль оси волокна. Если этого не сделать, то волокно будет значительно менее прочным. Для повышения прочности волокна его обычно дополнительно вытягивают после того, как оно частично или полностью отвердеет.

После формирования волокна собирают в пучки или жгуты, состоящие из многих тонких волокон. Полученные нити промывают, подвергают специальной обработке – мыловке или замасливанию (для облегчения текстильной переработки) или высушивают. Готовые нити наматывают на катушки или шпули.

При производстве штапельного волокна нити режут на отрезки (штапельки). Штапельное волокно собирают в кипы. 2. Природные волокна

Природные волокна – это натуральные текстильные волокна, образующиеся в природных условиях прочные и гибкие тела малых поперечных размеров и ограниченной длины, пригодные для изготовления пряжи или непосредственно текстильных изделий (например, нетканых). Одиночные волокна, не делящиеся в продольном направлении без разрушения, называются элементарными (волокна большой длины – элементарными нитями); несколько волокон, продольно скрепленных (например, склеенных) между собой, называются техническими. По происхождению, которое определяет и химический состав волокон, различают волокна растительного, животного и минерального происхождения.

8.1. Волокна растительного происхождения

Волокна растительного происхождения формируются на поверхности семян (хлопок), в стеблях растений (тонкие стеблевые волокна – лён, рами; грубые – джут, пенька из конопли, кенаф и др.) и в листьях (жесткие листовые волокна, например, манильская пенька (абака), сизаль). Общее название стеблевых и листовых волокон – лубяные. Растительные волокна представляют собой одиночные клетки с каналом в центральной части. При их формировании образуется сначала наружный слой (первичная стенка), внутри которого постепенно откладываются несколько десятков слоёв синтезирующейся целлюлозы (вторичная стенка). Такая структура волокон определяет особенности их свойств – относительно высокую прочность, небольшое удлинение, значительную влагоёмкость, а также хорошую накрашиваемость, обусловленную большой пористостью (30% и более).

Важнейшее текстильное волокно – хлопок. Пряжу из этого волокна применяют (иногда в смеси с другими природными или химическими волокнами) для выработки тканей бытового и технического назначения, трикотажа (преимущественно бельевого и чулочного), гардинно-тюлевых изделий, веревок, канатов, швейных ниток и др. Непосредственно из хлопка-волокна изготовляют нетканые и ватные изделия.

Лубяные волокна выделяют из растений главным образом в виде технических волокон.

Грубостебельные волокна перерабатывают в толстую пряжу для мешочных и тарных тканей, а также для канатов, веревок, шпагатов.

8.2. Волокна животного происхождения

К волокнам животного происхождения относятся шерсть и шелк. Шерсть – волокна волосяного покрова овец (почти 97% общего объема производства шерсти), коз, верблюдов и др. животных. В шерсти встречаются волокна следующих видов: 1) пух – наиболее тонкое и упругое волокно с внутренним («корковым») слоем, слагающимся из веретенообразных клеток, и наружным чешуйчатым слоем; 2) ость – более толстое волокно, имеющее также сердцевинный рыхлый слой, который состоит из редко расположенных пластин, перпендикулярных к оси волокна; 3) переходной волос, в котором сердцевинный слой расположен по длине волокна прерывисто (занимает по толщине промежуточное значение между пухом и остью); 4) «мертвый» волос – грубое, очень толстое, жесткое и ломкое волокно с сильно развитым сердцевинным слоем. Овечью шерсть, состоящую из волокон первого или второго вида, называют однородной, состоящую из волокон всех видов – неоднородной.

Шерстяное волокно характеризуется невысокой прочностью, большой эластичностью и гигроскопичностью, малой теплопроводностью. Перерабатывают его (в чистом виде или в смеси с химическими волокнами) в пряжу, из которой изготовляют ткани, трикотаж а также фильтры, прокладки и т.д.

Шелк – продукт выделения шелкоотделительных желез насекомых, из которых основное промышленное значение имеет тутовый шелкопряд.

8.3. Волокна минерального происхождения

К волокнам минерального происхождения относятся асбесты (наиболее широко используют хризолит-асбест), расщепляя которые получают технические волокна. Перерабатывают их (обычно в смеси с 15-20% хлопка или химических волокон) в пряжу, из которой изготовляют огнезащитные и химически стойкие ткани, фильтры и др. Непрядомое короткое асбестовое волокно используют в производстве композитов (асбопластиков), картонов и др.

9. Синтетические волокна

К синтетическим волокнам относятся: полиамидные, полиакрилонитрильные, полиэфирные, перхлорвиниловые, полиолефиновые волокна.

9.1. Полиамидные волокна

Полиамидные волокна, во многих отношениях превосходящие по качеству все природные и искусственные волокна, завоевывают все большее и большее признание. К наиболее распространенным полиамидным волокнам, выпускаемым промышленностью, относятся капрон и нейлон. Сравнительно недавно получено полиамидное волокно энант.

Капрон – полиамидное волокно, получаемое из поликапроамида, образующегося при полимеризации капролактама (лактама аминокапроновой кислоты):

Исходный капролактам практически получается двумя путями:

1. Из фенола:

Далее оксим циклогексана в кислой среде (олеум) претерпевает перегруппировку Бекмана, характерную для оксимов многих кетонов. В результате такой перегруппировки происходит разрыв углерод-углеродной связи и расширение цикла; при этом атом азота входит в цикл:

2. Из бензола:

Окисление циклогексана проводят кислородом воздуха в жидкой фазе при 130-140 o С и 15-20 кгс / см 2 в присутствии катализатора – стеарата марганца. При этом образуются циклогексанон и циклогексанол в соотношении 1:1. Циклогексанол дегенерирует до циклогексанона, а последний превращается в капротам описанным выше способом.

При строительстве новых и расширении существующих производств капролактама будет использоваться преимущественно вторая схема его получения. При этом окисление циклогексанона воздухом будет интенсифицировано за счет повышения температуры реакции до 190-200 0 С, что существенно сократит продолжительность реакции.

Полимеризацию капролактама ведут на тех заводах, которые производят синтетическое волокно. Капролактам перед полимеризацией расплавляют. Для предотвращения окисления лактама процесс полимеризации протекает при 15-16 кгс/см 2 при температуре около 260 0 С, проводят в атмосфере азота. Образовавшийся в результате полимеризации капролактама полимер застывает в белую роговидную массу, которую затем измельчают и обрабатывают водой при повышенной температуре для измельчения не прореагировавшего мономера и образовавшихся димеров и тримеров.

Для формирования волокна капрона высушенный полимер загружают в закрытые стальные аппараты, снабженные решетками, на которых он расплавляется при 260-270 0 С в атмосфере азота. Отфильтрованный под давлением сплав поступает в фильеры. Образующиеся после выхода из фильеры волокна охлаждают в шахте и наматывают на бобины. Сразу с бобин пучок волокон направляют на вытяжку, крутку, промывку и сушку.

Волокно капрон по внешнему виду напоминает натуральный шелк; по прочности оно значительно превосходит его, но несколько менее гигроскопично. Это волокно находит широкое применение для изготовления высокопрочного корда, тканей, чулочных и трикотажных изделий, канатов, сетей и др.

Волокно нейлон (анид). Получается из полиамида – продукта поликонденсации так называемой соли АГ (гексаметилендиаминадипинат).

Соль АГ получается взаимодействием адипиновой кислоты с гексаметилендиамином в метаноле:

Поликонденсация проводится в автоклаве при 275-280 0 С в атмосфере азота:

Полиамид, полученный в результате поликонденсации соли АГ, в расплавленном виде продавливают через щелочное отверстие в ванну с холодной водой. Застывшую смолу сушат, измельчают, плавят и из расплава формируют волокно.

В последнее время российскими химиками создано новое полиамидное волокно энант, отличающееся эластичностью, светостойкостью и прочностью. Энант получается поликонденсацией ω-аминоэнантовой кислоты. Технологические процессы получения волокон капрон и энант схожи между собой.

9.2. Полиэфирные волокна

Наибольшее значение из полиэфирных волокон имеет волокно лавсан, выпускаемое в различных странах под названием «терилен», «дакрон» и др.

Лавсан – синтетическое волокно, получаемое из полиэтилентерефталата. Исходным сырьем для производства полиэтилентерефталата служит диметилтерефталат (диметиловый эфир терефталевой кислоты) или терефталевая кислота.

Диметилтерефталат сначала нагревают при 170-280 o С, с избытком этиленгликоля. При этом происходит переэтефикация и получается диэтилолтерефталат:

Диэтилолтерефталат подвергается поликонденсации в вакууме (остаточное давление 1-3 мм. рт. ст.) при 275-280 o С в присутствии катализаторов (алкоголяты щелочных металлов, PbO и др.):

Применение диметилтерефталата, а не свободной терефталевой кислоты для получения полиэфира объясняется тем, что для последней реакции поликонденсации решающее значение имеет чистота терефталевой кислоты. Поскольку получение чистой кислоты является весьма сложной задачей, все ранее разработанные технологические процессы получения лавсана основывались на применении в качестве исходного мономера диметилтерефталата.

В настоящее время крупнейшие зарубежные фирмы применяют в качестве исходного мономера не диметилтерефталат, а терефталевую кислоту высокой степени очистки, что дает возможность исключить из технологического процесса громоздкую стадию переэтерификации и, в связи с этим, значительно удешевить стоимость всего технологического процесса.

Полученный полиэфир выливают из реактора в виде ленты в осадительную ванну с водой или барабан, где он затвердевает. Затем его измельчают, сушат и формируют на машинах, аналогичных применяемым в производстве капрона.

Волокно лавсан очень прочно, упруго, тепло- и светостойко, устойчиво к атмосферным воздействиям, к действию химических веществ и истиранию. Будучи похоже по внешнему виду и ряду свойств на шерсть, оно превосходит ее по носкости и значительно меньше мнется.

Волокно лавсан добавляют к шерсти для изготовления не мнущихся высококачественных тканей и трикотажа. Лавсан применяется также для транспортерных лент, ремней, парусов, занавесей и др.

1. Э.Гроссе, Х. Вайсмантель. Химия для любознательных. 1987 г.

2. В.Г. Жиряков. Органическая химия. 6-е изд., М.: «Химия», 1987, 408 с.

3. Кукин Г.Н., Соловьёв А.Н. Текстильное материаловедение, ч.1 –

Исходные текстильные материалы, М., 1985.

4. Энциклопедия

5. Н.Н. Чайченко. Основи общей Химии.Киев. “Освіта” 1998.

6. Н.М. Буринская. Химия. Киев. “Ірпінь” 2000.

7. Большая илюстрированая энциклопедия школьников. Київ. “Махаон Україна”.

8.Книга для чтения по органической химии. Пособие для учащихся. М., “Просвещение”, 1975.

9.Тарасов З.Н. Старение и стабилизация синтетических каучуков. – М.: Химия, 1980. – 264 с.

Химического комплекса. Предполагается привлечение зарубежных инвесторов во вновь создаваемые структуры с непременным комплексным решением вопросов по охране среды. 2.Отраслевой состав химической промышленности. Химическая промышленность объединяет множество специализированных отраслей, разнородных по сырью и назначению выпускаемой продукции, но сходных по технологии производства...

Водостойкость удовлетворительная. Более теплостоек клей ВС-10Т, который отличается высокими характеристиками длительной прочности, выносливости и термостабильности при склеивании металлов и теплостойких неметаллических материалов. Фенолокремнийорганические клеи содержат в качестве наполнителей асбест, алюминиевый порошок и др. Клеи являются термостойкими, они устойчивы к воде и тропическому...

химический волокно полимер синтез

• А) Химические волокна в зависимости от исходного сырья подразделяются на три основные группы:
  • - искусственные волокна получают из природных органических полимеров (например, целлюлозы, казеина, протеинов) путем извлечения полимеров из природных веществ и химического воздействия на них;
  • - синтетические волокна вырабатываются из синтетических органических полимеров, полученных путем реакций синтеза (полимеризации и поликонденсации) из низкомолекулярных соединений (мономеров), сырьем для которых являются продукты переработки нефти и каменного угля;
  • - минеральные волокна - волокна, получаемые из неорганических соединений.
• Б) По химическому составу волокна подразделяются на органические и неорганические волокна.

Органические волокна образуются из полимеров, имеющих в своем составе атомы углерода, непосредственно соединённых друг с другом, или включающие наряду с углеродом атомы других элементов.

Неорганические волокна образуются из неорганических соединений (соединения из химических элементов кроме соединений углерода).

Искусственные волокна

Искусственные волокна (нити) - это химические волокна (нити), получаемые химическим превращением природных органических полимеров (например, целлюлозы, казеина, протеинов или морских водорослей).

Многие путают искусственные и синтетические волокна. Синтетические волокна имеют химический состав, подобный которому не встретить среди природных материалов. Другое дело искусственные волокна. Искусственные волокна получают из полимеров, встречающихся в природе в готовом виде (целлюлоза, белки). Например, вискоза, это та же целлюлоза, что и в хлопке. Только вискозу прядут из древесных волокон. Чтобы получить из "дров" мягкие нити, необходимы разные химические процессы.

Следует, однако, подчеркнуть, что в общем объеме производства химических волокон доля искусственных волокон составляет сейчас менее 15%. Первой и основной причиной резкого снижения доли искусственных волокон в общем объеме производства химических волокон является необходимость использования в технологическом процессе получения основного искусственного волокна токсичного и взрывоопасного сероуглерода и возможность выделения этого вещества, а также сероводорода, в атмосферу, а высокотоксичных цинксодержащих соединений - в водные бассейны.

В то же время необходимо отметить, что из существующих видов химических волокон только искусственные, и прежде всего вискозные, благодаря их высокой гидрофильности и низкой электризуемости, обеспечивают возможность получения материалов с высокими гигиеническими характеристиками (ткани и трикотаж из вискозных нитей и пряжи и из смесей вискозных и синтетических полиамидных и полиэфирных волокон). Поэтому, несмотря на весьма динамичное развитие производства синтетических волокон, реальной альтернативы искусственным волокнам на основе целлюлозы нет. Вместе с тем совершенно очевидно, что дальнейшее развитие промышленности вискозных волокон может быть обеспечено только при условии успешного решения технологических и экологических проблем, что позволит снизить вредность этого производства.

Искусственные ткани

Искусственные ткани — гладкие, с резким или матовым блеском, скользкие, на срезах осыпаются, стойки к истиранию, сильно мнутся. У них неплохие гигиенические свойства и очень невысокие теплозащитные.

Эти ткани легко стираются в мыльных растворах, быстро сохнут, хорошо разглаживаются утюгом, но на поверхности, при несоблюдении параметров влажно-тепловой обработки, могут образовываться заломы, ласы.

Ткани из вискозного волокна значительно теряют прочность в мокром состоянии, но при высыхании ее полностью восстанавливают. Эти ткани воздухопроницаемы (способны пропускать воздух и обеспечивать вентилируемость).

Синтетические ткани

Синтетические ткани по сравнению с искусственными обладают худшими гигиеническими свойствами. Лавсан и нитрон по внешнему виду напоминают шерсть, имеют хорошие теплозащитные свойства, увеличивают водопроницаемость (способность материала пропускать влагу при определенном давлении).

Ход работы

При определении свойств волокон и тканей сравнивайте полученные данные с данными таблиц.

1. Рассмотреть образцы тканей. Определить искусственные и синтетические ткани по характеру горения. Заполнить таблицу.
2. Сжать образцы несколько раз в руке в течение 30 с, определить их сминаемость.
3. Намочить образцы, сравнить их прочность с прочностью сухих.
4. Отрезать от образца полоску ткани шириной 0,2 см, длиной 2 см. Держа ее пинцетом, поджечь, по характеру горения определить вид волокна.
5. Препаровальной иглой отделить от образцов по нескольку нитей, определить, какая ткань обладает большей осыпаемостью.
6. Ответить на вопросы:

   1. Какие физикомеханические, гигиенические свойства ткани вы определяли?
   2. Какие ткани обладают лучшими физикомеханическими свойствами?
   3. Какая ткань самая прочная?

Зная волокнистый состав тканей и свойства волокон, можно определить назначение ткани, ее поведение при раскрое, пошиве, влажнотепловой обработке, носке.

Признаки определения искусственных и синтетических тканей

Лабораторно-практическая работа

Определение искусственных и синтетических тканей

Оборудование: образцы тканей, рабочая коробка, (указанны в таблице выше).

Ход работы

1. Рассмотреть образцы тканей. Определить искусственные и синтетические ткани по характеру горения. Заполнить таблицу (смотрите таблицу ниже).
2. Составить коллекцию искусственных и синтетических тканей.
3. Ответить на вопросы:

   1. Какими свойствами обладает вискозный шелк?
   2. Чем по внешнему виду отличается ацетатный шелк от капрона?
   3. Как горит вискозный шелк?
   4. Какая ткань растворяется в ацетоне?

«Обслуживающий труд», С.И.Столярова, Л.В.Домненкова