Сообщение по теме текстильные материалы из химических волокон и их свойства

Обновлено: 23.04.2024

За последние 100 лет население Земли удвоилось. Но еще больше возросли потребности людей. Выработка природных волокон – шерсти, хлопка, натурального шелка, льна, конопли – стала заметно отставать от спроса. Так, за последние 40 лет, она увеличилась лишь на 25%, а спрос – на 100%.

Устранить это несоответствие помогла химия. Ежегодно на заводах производится миллионы километров искусственного шелка и других химических волокон из природной целлюлозы или из угля, известняка, поваренной соли и воды. Сегодня доля химических волокон в общей их выработке составляет уже более 28%. За последние 15 лет объем мирового производства волокон увеличился в 3 раза.

Огромное значение химических волокон очевидно. В самом деле, если затраты труда на изготовление синтетического полиамидного шелка принять за 100%, то для искусственного вискозного шелка они составят 60%, для шерсти 450%, а для натурального шелка еще больше – 25000%!

Шерсть на овце за 3 месяца отрастает в среднем на 30 мм. А на заводе химического волокна прядильная машина за 1 минуту вытягивает до 5000 м нити!

Даже закоренелые скептики, которых раньше было не так уж мало, в последние годы могли воочию убедиться в том, что цельносинтетические волокна по прочности, стойкости к воде, погоде, свету, бактериям и насекомым, эластичности и способности защищать от холода часто превосходят волокна природного происхождения – шерсть, хлопок и шелк.

Химики во многих странах непрерывно трудятся над созданием новых волокон и улучшением качества уже известных. Не отстают от них и технологи. Изменяя состав сырья и технологию его переработки, они улучшают качество тканей и придают им ряд особых свойств, например, делают их водоотталкивающими или не теряющими форму. В результате на международном рынке непрерывно появляются новые марки тканей.

Всего химики уже предложили почти 1000 различных типов синтетических волокон, однако из них лишь несколько производятся промышленностью в крупных масштабах. В настоящее время наибольшее значение имеют четыре типа волокон: поливинилхлоридные, полиамидные, полиакрилонитрильные и полиэфирные.

Выбор именно этих волокон обусловлен не только химическими, физическими и технологическими факторами, но и, прежде всего, экономическими причинами. При массовом производстве сырье обязательно должно быть дешевым и легкодоступным. Кроме того, необходимо, чтобы свойства конечных продуктов можно было варьировать в широких пределах. Упомянутые типы волокон удовлетворяют всем этим требованиям.

Первое цельносинтетическое волокно было выпущено промышленностью в 1934 г. под названием волокно РС.

1. Химические волокна

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.

1.1. 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.

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.

2.1. 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. Семена хлопчатника, опушенные волокном, называются хлопком – сырцом. При его первичной обработке от семян последовательно отрывают хлопок – волокно (длина > 20 мм), более короткие волокна (пух, или линт) и подпушек (делинт, длина до 5 мм). Состав хлопка-волокна (% по массе): целлюлоза до 96%, пентозаны 1,5-2,0, жиры и воски 1, азотсодержащие и белковые вещества 0,3, зола 0,2-0,4. 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. Хлопок низших сортов, пух и подпушек применяют для получения эфиров целлюлозы. Основные хлопководческие страны – страны СНГ (около 25% мирового сбора), Китай, США, Индия, Пакистан, Турция, Египет.

Лубяные волокна выделяют из растений главным образом в виде технических волокон. Среди тонкостебельных волокон наиболее важен лен (содержит около 80% целлюлозы, до 8% пентозанов, более 5% лигнина), среди грубостебельных волокон основное значение имеют джут (около 70% целлюлозы, до 30% пентозанов и лигнина) и пенька. Из льняной пряжи изготовляют бельевые и другие ткани, парусину, брезент, пожарные рукава, шнуры, из так называемой оческовой пряжи (получаемой из отходов первичной обработки льна) – мешочные ткани, холсты, низкокачественную парусину и брезент. Льняное волокно часто применяют в смеси си химическими, например, полиэфирными, или хлопком. Льноводство развито в странах СНГ (северо-западные области России, западная часть Украины, Беларуси, стран Прибалтики), в ряде стран Центральной и Северной Европы.

Грубостебельные волокна перерабатывают в толстую пряжу для мешочных и тарных тканей, а также для канатов, веревок, шпагатов. Основные страны – производители джута – Индия, Бангладеш, Пакистан, Индонезия, Китай. Коноплеводство развито в СНГ (европейская часть России, Украина, страны Средней Азии), многих странах Западной Европы, Индии, Пакистане и др. Листовые лубяные волокна, используемые в канатном производстве, для плетения циновок и др., выделяют из тропических растений, произрастающих в странах Африки, Центральной Америки, в Индонезии, на Филиппинах и др. Эти волокна с успехом заменяются синтетическими.

2.2. Волокна животного происхождения

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. Гусеница шелкопряда выпускает нить, состоящую из двух элементарных фиброиновых нитей толщиной около 15 мкм каждая, склеенных другим белковым веществом – серицином. Укладывая нить вокруг себя, гусеница формирует плотную многослойную оболочку (кокон). При размотке коконов соединяют обычно 5-10 элементарных нитей, получая шелк-сырец. Образующиеся при этом отходы разрывают на короткие отрезки и перерабатывают в пряжу. Шелк обладает высокой прочностью, эластичностью, большим влагопоглощением, приятным матовым блеском, легкой накрашиваемостью. Из шелковых нитей вырабатывают платьевые (креповые и др.), декоративные и галстучные ткани, атласы, вышивальные нитки, из пряжи – разные полотна и др.

2.3. 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.

Объём мирового производства природных волокон в 1980 г. составил (млн. т/год): хлопок – 14,1, лен – 0,6, джут – 3,0, прочие грубостебельные и жесткие – 1,0, шерсть (мытая) – 1,6, шелк-сырец – 0,05.

3. Синтетические волокна

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

3.1. 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:

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.

3.2. Полиэфирные волокна

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.

При производстве ткани люди долгие столетия использовали те волокна, которые давала им природа, - волокна растений, шерсть животных. С развитием земледелия люди начали выращивать хлопчатник, лен, дающие хорошее и прочное волокно. Но натуральные волокна недостаточно прочны и требуют сложной технологической обработки. И люди стали искать более дешевое сырье, для изготовления ткани.

Уже в XVII в. англичанин Роберт Гук высказал мысль о возможности получения искусственного волокна. Однако промышленным путем искусственное волокно для изготовления тканей получили только в конце XIX в. В России первый завод по производству искусственного шелка был построен в 1913 г. в подмосковном городе Мытищи.

В современном мире все больше тканей производят из химического волокна. Редко в гардеробе современного человека можно найти вещь, изготовленную только из натурального волокна. В наше время почти все натуральные ткани содержат добавки, которые улучшают их свойства.

Химические текстильные волокна получают путем переработки разного по происхождению сырья.

По этому признаку они делятся на две группы:

Искусственные (вискозные, ацетатные, медно-аммиачные);

Синтетические (полиэфирные, полиамидные, полиакрило-нитрильные, эластановые).

Производство химических волокон делится на три этапа

I этап: Получение прядильного раствора.

Для искусственного волокна: Растворение в щелочи целлюлозной массы.

Для синтетического волокна: сложение химических реакций различных веществ.

II этап: Формирование волокна.

Пропуск раствора через фильеры.

Количество отверстий в фильере – 24-36 тысяч.

Раствор затвердевает, образуя твердые тонкие нити.

III этап: Отделка волокна.

Нити промывают, сушат, крутят, обрабатывают высокой температурой.

Отбеливают, красят, обрабатывают раствором мыла.

Ткани из синтетических волокон

Сырьем для производства синтетических волокон являются газы – продукты переработки каменного угля и нефти. В результате сложных химических реакций получают синтетические волокна, которые отличаются друг от друга химическим составом, свойствами, характером горения.

Остановимся на наиболее распространенных из них:

Полиэфирные волокна (лавсан, кримплен и др.).

Полиамидные волокна (капрон, найлон).

Полиакрилонитрильные волокна (нитрон, акрил).

Эластановое волокно (лайкра, дорластан).

Ткани из искусственных волокон (слайд 9)

Остановимся на некоторых из них более подробно.

Сырьем для производства вискозного волокна служит древесная целлюлоза, получаемая из еловой щепки и опилок плюс химические вещества. Вискозное волокно очень похоже на волокно натурального шелка.

Изменяя толщину, блеск, извитость волокон, вискозной ткани можно придать вид шелка, хлопка, шерсти. Вискозные волокна мягкие, гладкие, менее прочны, чем натуральный шелк. Вискоза лучше чем хлопок впитывает влагу, но имеют слабую упругость, поэтому ткани из этих волокон сильно мнутся.

Горят волокна быстро, ровно, пламя яркое, остается запах жженой бумаги. После сгорания оставляют пепел светло-серого цвета.

Сырьем для ацетатного волокна служат отходы хлопка плюс химические вещества. Ацетатные волокна плохо впитывают влагу, обладают большей упругостью чем вискоза, поэтому почти не мнутся и хорошо сохраняют форму. Горит ацетатное волокно очень медленно, желтым пламенем, оставляя оплавленный шарик и кисловатый запах.

Проверь себя!

Издавна, для производства тканей люди использовали те волокна, которые давала им природа. Вначале, это были волокна диких растений, затем волокна конопли, льна, а также шерсть животных. С развитием земледелия люди начали выращивать хлопчатник, дающий очень прочное волокно.

Но природное сырьё имеет свои недостатки, натуральные волокна слишком короткие, требуют сложной технологической обработки. И, люди стали искать сырьё, из которого можно было бы дешёвым способом получать ткань тёплую, как шерсть, лёгкую и красивую как шёлк, практичную, как хлопок.

Сегодня химические волокна можно представить в виде следующей схемы:

Сейчас в лабораториях синтезируются всё новые и новые виды химических волокон, и ни одному специалисту не под силу перечислить их необъятное множество. Учёным удалось заменить даже шерстяное волокно – оно называется нитрон.

Производство химических волокон включает 5 этапов:
Получение и предварительная обработка сырья.
Приготовление прядильного раствора или расплава.
Формование нитей.
Отделка.
Текстильная переработка.

Хлопковые и лубяные волокна содержат целлюлозу. Было разработано несколько способов получения раствора целлюлозы, продавливания его сквозь узкое отверстие (фильеру) и удаления растворителя, после чего получались нити, похожие на шёлковые. В качестве растворителей использовали уксусную кислоту, щелочной раствор гидрооксида меди, едкий натр и сероуглерод. Полученные нити называются соответственно:

При формовании из раствора по мокрому способу струйки попадают в раствор осадительной ванны, где происходит выделение полимера в идее тончайших нитей.

Большую группу нитей, выходящих из фильер, вытягивают, скручивают вместе и наматывают в виде комплексной нити на патрон. Количество отверстий в фильере при производстве комплексных текстильных нитей может быть от 12 до 100.

При производстве штапельных волокон в фильере может быть до 15000 отверстий. Из каждой фильеры получают жгутик волокон. Жгуты соединяются в ленту, которая после отжима и сушки режется на пучки волокон любой заданной длины. Штапельные волокна перерабатываются в пряжу в чистом виде или в смеси с натуральными волокнами.

Синтетические волокна вырабатывают из полимерных материалов. Волокнообразующие полимеры синтезируют из продуктов переработки нефти:

бензола
фенола
аммиака и т.д.

Изменяя состав исходного сырья и способы его переработки, синтетическим волокнам можно придавать уникальные свойства, которых нет у натуральных волокон. Синтетические волокна получают в основном из расплава, например, волокна из полиэфира, полиамида, продавливаемого через фильеры.

В зависимости от вида химического сырья и условий его формирования можно вырабатывать волокна с самыми различными, заранее намеченными свойствами. Например, чем сильнее тянуть струйку в момент выхода её из фильеры, тем прочнее получается волокно. Иногда химические волокна даже превосходят стальную проволоку такой же толщины.

Среди новых, уже появившихся волокон, можно отметить волокна – хамелеоны, свойства которых меняются в соответствии с изменениями окружающей среды. Разработаны полые волокна, в которые заливается жидкость, содержащая цветные магнетики. С помощью магнитной указки можно изменять рисунок ткани из таких волокон.

С 1972 года запущено производство арамидных волокон, которые разделяют по двум группам. Арамидные волокна одной группы (номэкс, конэкс, фенилон) используют там, где необходима стойкость к пламени, и термическим воздействиям. Вторая группа (кевлар, терлон) имеет высокую механическую прочность в сочетании с малой массой.

Высокую механическую прочность и хорошую устойчивость к химическим реагентам имеют керамические волокна, основной вид которых состоит из смеси оксида кремния и оксида алюминия. Керамические волокна можно использовать при температуре около1250°С. Они отличаются высокой химической стойкостью, а устойчивость к радиации позволяет применять их в космонавтике.

При производстве швейных изделий используют самые разнообразные материалы. К ним относятся: ткани, трикотаж, нетканые материалы, натуральная и искусственная кожа, пленочные и комплексные материалы, натуральный и искусственный меха, а также швейные нитки, клеевые материалы, фурнитура. Знание строения этих материалов, умение определять их свойства, разбираться в ассортименте и оценивать качество являются необходимыми условиями для разработки и производства высококачественной одежды, для правильного выбора методов обработки и установления режимов обработки материалов в процессе производства швейных изделий.

Наибольший объем в швейном производстве составляют изделия, выполненные из текстильных материалов. Текстильные материалы, или текстиль, материалы и изделия, выработанные из волокон и нитей. К ним относятся ткани, трикотаж, нетканые полотна, швейные нитки и др.

Текстильное волокно представляет собой протяженное тело, гибкое и прочное, с малыми поперечными размерами, ограниченной длины, пригодное для изготовления пряжи и текстильных материалов.

Текстильная нить имеет ту же характеристику, что и текстильное волокно, но отличается от него значительно большей длиной. Нить может быть получена путем прядения волокон, и тогда она называется пряжей. Шелковую нить получают, разматывая кокон тутового шелкопряда. Химические нити формуют из полимера.

Классификация волокон текстиля

В зависимости от происхождения текстильные волокна делят на:

Данная классификация представлена (рисунок 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.

Химические волокна подразделяют на:

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, триацетатное, ацетатное.

Рисунок 1 – Классификация текстильных волокон

Синтетические волокна получают путем химического синтеза полимеров, то есть создания имеющих сложную молекулярную структуру веществ, из более простых, чаще всего из продуктов переработки нефти и каменного угля. К ним относят: полиамидные, полиэфирные, полиуретановые волокна, а также полиакрилонитрильные (ПАН), поливинилхлоридные (ПВХ), поливинилспиртовые.Натуральные волокна растительного происхожденияК волокнам растительного происхождения относят семенные и лубяные (рисунок 2).

Рисунок 2 – Классификация натуральных волокон растительного происхождения

К семенным волокнам относят хлопок. Хлопком называют волокна, покрывающие семена однолетнего растения хлопчатника. Хлопчатник – растение теплолюбивое, потребляющее большое количество влаги. Произрастает в жарких районах. В зависимости от длины волокна он бывает:

Коротковолокнистый длина волокна до 27 мм.
Средневолокнистый хлопчатник созревает через 130-140 дней с момента посева, дает волокно длиной 25-35 мм.
Длинноволокнистый хлопчатник имеет более длинный период созревания, меньшую урожайность, но дает более длинное (35-45 мм), тонкое в прочное волокно, которое применяется для выработки высококачественной пряжи.

В зависимости от зрелости волокна хлопка также делятся на эталоны зрелости (рисунок 3).

Рисунок 3 – Эталоны зрелости волокон хлопка

презрелое волокно
зрелое волокно
незрелые тонкостенные волокна

Перезрелые волокна имеют толстые стенки, повышенную прочность, но при этом значительно увеличивается их жесткость. Эти волокна также не пригодны для текстильной переработки (рисунок 3-а).

Зрелое волокно хлопка содержит более 95 % целлюлозы, остальное представляет собой сопутствующие вещества (рисунок 3-б).

Незрелые тонкостенные волокна обладают малой прочностью, низкой эластичностью и плохо окрашиваются. Они не пригодны для текстильного производства (рисунок 3-в).

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. К лубяным волокнам относят:

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.

Основным веществом, составляющим натуральные волокна животного происхождения (шерсти и шелка), являются синтезируемые в природе животные белки – кератин и фиброин. Шерстью принято называть волокна волосяного покрова различных животных: овец, коз, верблюдов и др. Шерсть, снятая с овцы, называется руном. Овечья натуральная шерсть составляет более 95 % общего количества шерсти. Остальное приходится на долю верблюжьей и козьей шерсти, козьего пуха и др.

Рисунок 4 – Характеристика натуральных волокон животного происхождения

Химические волокна

Химические волокна получают путем химической переработки природных или синтетических высокомолекулярных соединений. Химические волокна получаются в результате прядения (рисунок 5). При мокром способе прядения фильеру помещают в коагуляционную (осадительную) ванну.

Струйки прядильного раствора из фильеры попадают непосредственно в осадительную ванну. Поверхностные слои полимера коагулируют быстрее, образуя твердую оболочку. Внутренние слои коагулируют постепенно: по мере диффузии коагулянта через оболочку затвердевших слоев. Из ванны образующиеся нити подают на приемные вытяжные механизмы еще в пластическом состоянии.

Рисунок 5 – Формование нитей из раствора

а – сухим способом:

фильтр
фильера
нити
обдувочная шахта
замасливающий ролик
приемная бобина

б – мокрым способом:

приемная бобина;
коагуляционная ванна;
нити;
фильера;
фильтр

Сухой способ прядения отличается от мокрого тем, что прядильный раствор из фильеры попадает в термокамеру; нити затвердевают при высокой температуре на воздухе вследствие испарения растворителя.

Искусственные волокна

К искусственным относят волокна из целлюлозы и ее производных. Это вискозное, триацетатное, ацетатное волокна и их модификации (рисунок 6).

Рисунок 6 – Характеристика искусственных волокон

Вискозное волокно вырабатывается из целлюлозы, полученной из древесины ели, пихты, сосны. Различают обычное вискозное волокно и его модификации. Обычные вискозные волокна обладают рядом положительных свойств:

мягкостью,
растяжимостью,
устойчивостью к истиранию,
хорошей гигроскопичностью,
светостойкостью.

Среди модификаций следует отметить следующие: высокопрочное вискозное волокно, вискозное высокомолекулярное волокно и полинозное волокно. Высокопрочное вискозное волокно обладает наиболее равномерной структурой, что обеспечивает его прочность, устойчивость к истиранию и многократным изгибам.

Высокопрочное волокно сиблон придает тканям шелковистость, формоустойчивость, уменьшает их усадку, сминаемость. Вискозное высокомолекулярное волокно является полноценным заменителем средневолокнистого хлопка. Это волокно более прочное, упругое и износостойкое, чем обычное вискозное волокно.

Полинозное волокно – модифицированное вискозное волокно, являющееся полноценным заменителем тонковолокнистого хлопка при производстве сорочечных, бельевых, плащевых тканей, тонких трикотажных полотен и швейных ниток.

При стирке необходимо учитывать, что в мокром состоянии вискозные волокна теряют около 50 – 60 % прочности.

Вискозные ткани могут напоминать шелк, шерсть в зависимости от обработки волокон. Для вискозных тканей также характерен единый процесс производства, состоящий из нескольких стадий (рисунок 7).

Рисунок 7 – Технология производства вискозных тканей

Триацетатные и ацетатные волокна

Данные волокна называются ацетилцеллюлозными. Они вырабатываются из хлопковой целлюлозы. Под микроскопом поперечный срез ацетилцеллюлозных волокон менее изрезанный, чем вискозных, поэтому в продольном направлении они имеют меньше штрихов.

Ацетилцеллюлозные волокна обычно тоньше, мягче, легче вискозных и имеют больший блеск. По гигроскопичности, прочности, износостойкости ацетилцеллюлозные волокна уступают вискозным. В мокром состоянии волокна дают трудноустранимые замины, поэтому изделия из них при стирке не рекомендуется кипятить и выкручивать.

Метод производства ацетатного волокна основан на использовании уксуснокислых эфиров целлюлозы – ацетилцеллюлоз, растворимых в ряде органических растворителей. При горении ацетатного волокна на его конце образуется оплавленный бурый шарик и ощущается характерный запах уксуса. Гигроскопичность триацетатных волокон в 2,5 раза ниже, чем ацетатных. Ацетатные волокна имеют малые сминаемость и усадку, способность сохранять в изделиях эффекты гофре, плиссе после мокрых обработок.

Общие недостатки:

высокая электризуемость,
низкая устойчивость к истиранию,
склонность к образованию заломов в мокром состоянии.

Синтетические волокна

Преимущество синтетических тканей – дешевый способ производства, прочность, малая сминаемость. Отрицательными свойствами являются малая гигроскопичность, воздухопроницаемость и элекризуемость. Синтетически волокна подразделяются на несколько видов (рисунок 8).

Рисунок 8 – Характеристика синтетических волокон

Полиамидные волокна

Волокно капрон, применяющееся наиболее широко, получают из продуктов переработки каменного угля и нефти. Легкость, упругость, исключительно высокие прочность и износостойкость полиамидных волокон способствуют их широкому применению. Полиамидные волокна не разрушаются микроорганизмами и плесенью, не растворяются органическими растворителями, стойки к действию щелочей любой концентрации.

Шелон – структурно-модифицированное полиамидное легкое волокно, используемое при выработке шелковых блузочных и платьевых тканей.
Мегалон – модифицированное полиамидное волокно, близкое по гигроскопичности к хлопку, но превосходящее его по прочности и износостойкости в три раза.
Трилобал – профилированные полиамидные нити, имитирующие натуральный шелк.

Полиэфирные волокна

В общемировом производстве синтетических волокон полиэфирные волокна занимают первое место. Среди полиэфирных волокон хорошо известен лавсан. Исходным сырьем для получения лавсана служат продукты переработки нефти. Характерными свойствами лавсана являются легкость, упругость, прочность, морозостойкость, стойкость к гниению и плесени, устойчивость к действию моли.

Лавсан устойчив к стирке и химической чистке. Гигроскопичность лавсана в 10 раз ниже, чем капрона, поэтому в текстильном производстве штапельный лавсан применяют для смешивания с вискозными и натуральными волокнами. В чистом виде лавсан используется для изготовления швейных ниток, кружев.

Полиуретановые волокна

Полиуретан используют для формования нитей спандекс (ликры). Волокна спандекс относятся к эластомерам, так как обладают исключительно высокой эластичностью. Применяются нити спандекс для изготовления эластичных лент, тканей и трикотажных спортивных, корсетных и медицинских изделий. Нити спандекса обладают легкостью, мягкостью, хемостойкостью, устойчивостью к действию нота и плесени, хорошо окрашиваются, придают изделиям упругость, эластичность, формоустойчивость и несминаемость.

К их недостаткам относятся:

низкая гигроскопичность
небольшая теплостойкость,
невысокая прочность
маленькая светостойкость.

Полиакрилонитрильные (ПАН) волокна

Исходным сырьем для изготовления нитрона служат продукты переработки каменного угля, нефти, газа. Нитрон – наиболее мягкое, шелковистое и теплое синтетическое волокно. По теплозащитным свойствам превосходит шерсть, но по стойкости к истиранию уступает даже хлопку. Прочность нитрона вдвое ниже прочности капрона, гигроскопичность очень низкая.

Поливинилхлоридные (ПВХ) волокна

Исходным сырьем для получения ПВХ волокон служат этилен и ацетилен. Выпускаются суровые и окрашенные в массе поливинилхлоридные волокна. Различают высокоусадочные волокна шерстяного хлопкового типа и малоусадочные. Высокоусадочные волокна в два раза прочнее малоусадочных. Волокна негигроскопичны, не набухают в воде, но имеют высокую паропроницаемость.

ПВХ волокна морозостойки, стойки к действию микроорганизмов и плесени, щелочей, спирта и бензина. При сушке в токе горячего воздуха волокна дают необратимую тепловую усадку. Рекомендуется стирка изделий в теплых растворах моющих средств без кипячения обработка на паровоздушном манекене прессе и утюгом не допускается. Хлорин не горит. При внесении в пламя волокно сжимается, ощущается запах хлора. Добавление хлорина снижает горючесть текстильных материалов.

Поливинилспиртовые волокна

Эти волокна вырабатываются из поливинилового спирта. Одно из волокон этой группы – винол. Винол – наиболее дешевое и гигроскопичное синтетическое волокно. По гигроскопичности винол приближается к хлопку, а по стойкости к истиранию в два раза его превосходит. Винол стоек к действию мыльно-содовых растворов, но в мокром состоянии теряет прочность на 15 – 25 %. При производстве синтетических тканей необходимо так же соблюдать определенную последовательность операций (рисунок 9).

Полиолефиновые волокна

Это самые легкие синтетические волокна, объемная масса их меньше единицы. Они не гигроскопичны, обладают высокой прочностью, биостойскостью, высоким коэффициентом трения.

Рисунок 9 – Технология производства синтетических тканей

Читайте также: