20

Классификация текстильных волокон

Волокно — это протяженное, гибкое и прочное тело с малыми попереч­ными размерами, ограниченной длины, пригодное для изготов­ления пряжи и текстильных изделий.

Натуральные волокна, формируются в природе без непосредственного участия человека. Могут быть растительного, животного и минерального происхождения.

К химическим относятся нити и волокна, создаваемые в заводских условиях путём формирования их из природных или синтетических полимеров.

Натуральные волокна

Натуральные волокна растительного происхождения в зависимости от их расположения в растении делят на:

- семенные (получаемые из семян хлопчатника) – хлопок;

- лубяные (стеблевые) – лен, пенька, джут, кенаф, канатник, рами и др.;

- листовые (добываемые из листьев растений) – манильская пенька, сизаль и др.;

- плодовые (добываемые из скорлупы кокосовых орехов) – кокосовые волокна (койр).

Хлопком называют волокна, растущие на поверхности семян растения хлопчатника.

По виду волокно хлопка делят на средневолокнистый – длиной 30…35 мм (наиболее урожайный) и тонковолокнистый – тонкие волокна длиной 35…50 мм.

Волокно хлопка (рис. 2.2) имеет трубчатое строение. По мере созревания изменяется длина и форма волокна (извитость) и соотношение между внешним и внутренним диаметрами. Толщина стенок и извитость волокна зависят от степени зрелости (Z), которая определяется отношением наружного (D) и внутреннего (d) диаметров волокна: Z  D/d. Наиболее пригодными для изготовления текстильных материалов считаются волокна хлопка со степенью зрелости 2,5…3,5.

Рис. 2.2.

Волокно хлопка

Для производства текстильных материалов применяют волокна следующей длины: до 27 мм – короткие; 27…35 мм – средние; 35…50 мм – длинные.

Хлопковое волокно до 98% состоит из -целлюлозы (), относящейся к классу полисахаридов. Кроме-целлюлозы в состав полимерного вещества волокна входят: до 1,5% низкомолекулярные фракции целлюлозы; до 1% воска и жиры, которые расположены на наружной поверхности волокна; до 0,5% азот, зольные, белковые и другие вещества, которые расположены между надмолекулярными образованиями основного полимерного вещества.

Рис. 2.3. Звено -целлюлозы

Наличие 3-х гидроксильных групп (  ОН) в элементарном звене -целлюлозы обеспечивает волокнам и материалам способность взаимодействовать с влагой.

Свойства:

высокие гигиенические свойства;

высокая прочность;

низкая кислотоустойчивость (особо сильное разрушающее воздействие на хлопковые волокна оказывают серная, соляная и азотная кислоты);

высокая щелочеустойчивость;

под действием световых лучей ухудшаются механические свойства, увеличивается жест кость и ломкость;

при увлажнении целлюлозные волокна набухают, становятся прочнее на 10-20 %;

выдерживают нагревание без изменения свойств до 150 ⁰С; легко воспламеняются.

Льняное волокно (-целлюлоза) получают из растения льна-долгунца путем механического выделения волокна из стебля растения. Элементарное волокно льна имеет сильно вытянутую веретенообразную форму с узким каналом посередине (рис. 2.4) с закрытыми заострёнными концами. Волокна залегают в паренхиме коры стебля льна, который расположен между наружной покрывной тканью и слоем камбия, лежащим около слоя древесины, являющейся остовом стебля. Центральная часть стебля растения называется сердцевиной. Все слои стебля льна, от покрывной ткани до слоя камбия, называют корой стебля или лубом. Длина элементарного волокна льна колеблется в пределах от 10…24 мм, поперечник 12…20 мкм (1 мкм  10^-6 м). Элементарные волокна льна соединяются между собой в пучки при помощи срединных пластинок, состоящих из пектиновых веществ и лигнина. В пучке от 15…30 элементарных волокон, а в поперечном сечении стебля 20…25 пучков. Выделенные из стебля пучки элементарных волокон образуют технические волокна, длина которых составляет 170…250 мм, а поперечник 150…250 мкм.

Льняные волокна содержат меньше целлюлозы и больше других примесей, чем хлопок. Это затрудняет отделку льняных тканей.

Свойства:

Рис. 2.4. Строение поперечного среза растения

и волокна льна

похожи на свойства хлопковых волокон. Но льняные волокна прочнее, имеют большую светостойкость; имеют меньшую растяжимость при удлинении; большую сминаемость.

Также натуральные волокна растительного происхождения получают из рами, джута, конопли, кенафа и других растений.

Строение волокон конопли (пеньки) аналогично льняным, но элементар­ные волокна ее при той же длине более толстые и грубые. Применяют для изготовления канатов и технических тканей, а также в виде пряжи для текстильной и трикотажной промышленности. В зависимости от условий обработки волокна могут иметь зеле­ный, серый или коричневый цвет.

Джут - теплолюбивая и влаголюбивая культура семейства липовых. Комплексное волокно джута более тонкое, чем пень­ка. Основное применение джута - упаковочные ткани и мешки. Однако в последнее время предлагается использовать волокно джута для изготовления бытовых тканей - портьерных, обивочных и даже бельевых и джинсовых (в смеси с шерстью, льном, вискозным волокном и шелком).

Рами как и лен относится к тонкостеблевым волокнам, которое получается из стеблей многолетнего субтро­пического растения семейства крапивных. Техническое волокно рами - наиболее тонкое из всех лубяных, оно отличается высокими сорбционными свойствами. Волокна рами хорошо окрашиваются, прочны и эластичны, имеют красивый внешний вид. Рами используют в чистом виде и в смесках с хлопком для изготовления одежных и бельевых тканей. Недостатком рами является возможность аллерги­ческих реакций в виде зуда и жжения при контакте с кожей.

Волокна крапивы двудомной прочны, шелковисты, имеют высокую белизну и блеск. Используются для производства грубых тканей и веревок. Но пока не разработана экономически выгодная технология промышленного производства.

Шерстяным волокном, шерстью, называют волосяной покров животных – овец, коз, лам, верблюдов и других млекопитающих.

Шерсть, состриженную, счесанную или собранную с животных при линьке, называют натуральной. Шерсть, снятую со шкур, называют заводской или шубной. Шерсть, полученную при разделении на волокна шерстяного лоскута или тряпья, называют восстановленной.

Рис. 2.5. Волокно шерсти

Волокно шерсти состоит из чешуйчатого – 1, коркового – 2 и сердцевинного – 3 слоев (рис. 2.5). Чешуйчатый слой выполняет защитную функцию. Корковый слой состоит из веретёнообразных клеток, состоящих из фибрилл белка кератина, соединенных между собой межклеточным веществом. Сердцевина появляется в волокне шерсти при его росте и состоит из высохших пластинчатых клеток, расположенных перпендикулярно фибриллам коркового слоя. Расстояние между пластинчатыми клетками заполнено воздухом. В зависимости от зрелости и характера строения шерстяное волокно делят на четыре типа: пух, переходный волос, ость, мертвый волос.

Пух – состоит из чешуйчатого и коркового слоёв; волокно короткое, сильно извитое; толщина волокна – 14…30 мкм. Покрыто кольцеобразными чешуйками, которые представляют собой ороговевшие клетки.

Переходный волос  содержит чешуйчатый, корковый слои и слаборазвитую сердцевину, имеет малую извитость, толщина – 25…35 мкм.

Ость – имеет все три слоя, толщина – 40…60 мкм. Толще и грубее пуха, почти не имеет извитости. Покрыт пластинчатыми чешуйками.

Мертвый волос  имеет чешуйчатый и сердцевинный слои, корковый слой практически отсутствует, толщина  более 60 мкм. Наиболее грубое неизвитое волокно, жесткое, ломкое, плохо окрашивается.

Для производства текстильных полотен наибольшее применение нашли шерстяные волокна толщиной: 14…25 мкм  тонкие волокна, 25…31 мкм  полутонкие волокна, 31…40 мкм  полугрубые волокна.

Мертвый волос в текстильном производстве не применяется из-за его высокой хрупкости и ломкости.

Длина волокон тонкой шерсти лежит в пределах 50…80 мм, а грубой 50…200 мм.

Основным полимерным веществом шерсти (до 90%) является белок кератин.

Макромолекулы, агрегируясь, образуют элементарные нитевидные структуры спиралевидной формы – прото- и микрофибриллы. В результате дальнейшего взаимодействия микрофибриллы агрегируются в фибриллы, которые образуют волокна: шерсти, шелка, коллагена и др. Наличие у белков таких групп, как  NH,  OH и других, обеспечивает материалам, изготовленных из белковых волокон, способность взаимодействовать с влагой.

Свойства:

малая сминаемость;

в мокром состоянии на 30 % теряет прочность;

высокая свойлачиваемость из-за чешуйчатой поверхности;

низкая теплопроводность; самая высокая гигроскопичность;

достаточно высокая устойчивость к действию света%;

высокая устойчивость к кислотам и низкая – к щелочам;

низкая термостойкость – при температуре 100-110⁰С волокна становятся ломкими и жесткими, снижается прочность.

Шёлковые волокна получают из коконов тутового или дубового шелкопряда. Тутовый шелкопряд в своем развитии проходит 4 стадии: яички (грена), гусеница, куколка, бабочка.

Бабочка шелкопряда откладывает от 400 до 600 яичек, из которых появляются гусеницы. Через 28-34 дня гусеница завивает кокон. В коконе гусеница превращается в куколку, а куколка – в бабочку. Бабочка, проделав в коконе отверстие, выходит наружу. Затем после спаривания самка откладывает грену и погибает.

В момент образования кокона (рис. 2.7 а) гусеница выпускает через шелкоотделительные железы две тонкие нити 1 из белка фиброина, которые соединяет между собой веществом 2, состоящим из белка серицина (рис.2.7 в). Поперечный срез нитей шёлка изображен на рис. 2.7 б.

Шёлковое волокно имеет монолитную структуру и может достигать в длину нескольких сотен метров. Толщина шелкового волокна составляет 10-15 мкм. Шелк дубового шелкопряда более прочный, но менее мягкий и ровный, чем шелк тутового шелкопряда.

Свойства:

высокая гигроскопичность;

высокая прочность, мягкость, шелковистость;

в мокром состоянии на 15 % теряет прочность;

высокая устойчивость к кислотам и низкая – к щелочам;

самая низкая светостойкость (нельзя сушить на солнце!);

низкая термостойкость;

высокая усадка.

Асбест (греч. asbestos, буквально ‒ неугасимый, неразрушимый), название, объединяющее группу тонковолокнистых минералов из класса силикатов, образующих агрегаты, сложенные тончайшими, гибкими волокнами. Этими свойствами обладают минералы двух групп ‒ серпентина и амфибола, известные под названием хризотил-асбеста и амфибол-асбеста, различные по атомной структуре. По химическому составу асбестовые минералы ‒ водные силикаты магния, железа и отчасти кальция и натрия. Наибольшее значение имеет хризотил-асбест (95%).

Хризотил-асбест‒ минерал из группы серпентина, состав Mg₆[Si₄O₁₀](OH)₈; Цвет в куске зеленовато-серый. Блескшелковистый. Твердость по минералогической шкале 2‒2,5, плотность 2500 кг/м². Волокна гибки, обладают высокой прочностью на разрыв [около 3 ГН/м² (300 кгс/мм2)], высокой огнестойкостью (t_пл около 1500°C), плохо проводят тепло и электричество. Длинаволокон варьирует от долей мм до 50 мм, редко более, толщина‒ доли мкм. В РФ добывается на Урале.