Классификация химических волокон и элементарных нитей

Классификация химических волокон и элементарных нитей.

Основу всех материалов и  тканей составляю волокна. Друг от друга  волокна отличаются по химическому  составу, строению и свойствам. В  основу существующей классификации  текстильных волокон положено два  основных признака – способ их получения (происхождение) и химический состав, так как именно они определяют основные физико-механические и химические свойства не только самих волокон, но и изделий, полученных из них. 

С учетом классификационных  признаков волокна делятся на:

- натуральные

- химические.

К натуральным волокнам относят волокна природного (растительного, животного, минерального) происхождения: хлопок, лен, шерсть и шелк

К химическим волокнам –  волокна, изготовленные в заводских условиях. При этом химические волокна подразделяются на искусственные и синтетические.

Искусственные волокна получают из природных высокомолекулярных соединений, которые образуются в процессе развития и роста волокон (целлюлоза, фиброин, кератин). К тканям из искусственных  волокон относятся: ацетат, вискоза, штапель, модаль. Эти ткани прекрасно пропускают воздух, очень долго остаются сухими и приятны на ощупь. Сегодня все эти ткани активно используются производителями белья, а, благодаря новейшим технологиям, способны заменять натуральные.

Синтетические волокна получают путем синтеза из природных низкомолекулярных  соединений (фенола, этилена, ацетилена, метана и др.) в результате реакции  полимеризации или поликонденсации  в основном из продуктов переработки  нефти, каменного угля и природные  газов.

Натуральные волокна  растительного происхождения

Хлопок

Хлопком называют волокна, растущие на поверхности семян однолетних растений хлопчатника. Он является основным видом сырья текстильной промышленности. Собранный с полей хлопок-сырец (семена хлопчатника, покрытые волокнами) поступает на хлопкоочистительные  заводы. Здесь происходит его первичная обработка, которая включает в себя следующие процессы: очистку хлопка-сырца от посторонних сорных примесей (от частиц стеблей, коробочек, камней и др.), а также отделение волокна от семян (джинирование), прессование волокон хлопка в кипы и их упаковку. В кипах хлопок поступает на дальнейшую переработку на хлопкопрядильные фабрики.

Хлопковое волокно представляет собой тонкостенную трубочку с каналом  внутри. Волокно несколько скручено вокруг своей оси. Поперечный срез его  имеет весьма разнообразную форму  и зависит от зрелости волокна.

Для хлопка характерны относительно высокая прочность, теплостойкость (130—140 °С), средняя гигроскопичность (18-20%) и малая доля упругой деформации, вследствие чего изделия из хлопка сильно сминаются. Хлопок отличается высокой  устойчивостью к действию щелочей. Стойкость хлопка к истиранию  невелика.

Льняное волокно

Льняное волокно получают из стебля травянистого растения –  льна. Для получения волокна стебли льна замачивают с целью разъединения лубяных пучков друг от друга и  от соседних тканей стебля путем разрушения пектиновых (клеящих) веществ микроорганизмами, развивающимися при намокании стебля, а затем мнут для размягчения  древесной части стебля. В результате такой обработки получают лен-сырец, или мятый лен, который подвергают трепанию и чесанию, после чего получают техническое льняное волокно (трепаный лен).

Элементарное волокно  льна имеет слоистое строение, что  является результатом постепенного отложения целлюлозы на стенках  волокна, с узким каналом посередине и поперечными сдвигами по длине  волокна, которые получаются в процессе образования и роста волокна, а также в процессе механических воздействий при первичной обработке  льна. В поперечном сечении элементарное волокно льна имеет пяти- и шестиугольную  форму с закругленными углами.

Натуральные волокна  животного происхождения

Шерсть

Шерстью называют волосяной  покров овец, коз, верблюдов и других животных. Основную массу шерсти (94-96%) для предприятий текстильной  промышленности поставляет овцеводство.

Шерсть, снятая с овец, обычно очень сильно загрязнена и, кроме  того, весьма неоднородна по качеству. Поэтому, прежде чем отправить шерсть на текстильное предприятие, ее подвергают первичной обработке. Первичная обработка шерсти включает следующие процессы: сортировку по качеству, разрыхление и трепание, мойку, сушку и упаковку в кипы. Овечья шерсть состоит из волокон четырех типов: пуха – очень тонкого, извитого, мягкого и прочного волокна, круглого в поперечном сечении переходного волоса – более толстого и грубого волокна, чем пух ости – волокна, более жесткого, чем переходный волос мертвого волоса – очень толстого в поперечнике и грубого неизвитого волокна, покрытого крупными пластинчатыми чешуйками. Шерсть, которая состоит преимущественно из волокон одного типа (пуха, переходного волоса), называют однородной. Шерсть, содержащая волокна всех указанных типов, называют неоднородной. Особенностью шерсти является ее способность к свойлачиванию, что объясняется наличием на ее поверхности чешуйчатого слоя, значительной извитостью и мягкостью волокон. Благодаря этому свойству из шерсти вырабатывают довольно плотные ткани, сукна, драпы, фетр, а также войлочные и валяные изделия. Шерсть обладает малой теплопроводностью, что делает ее незаменимой при выработке пальтовых, костюмно-плательных тканей и трикотажных изделий зимнего ассортимента.

Шелк

Шелком называют тонкие длинные  нити, вырабатываемые шелкоотделительными  железами шелковичного червя (шелкопряда) и наматываемые им на кокон. Коконная нить представляет собой две элементарные нити (шелковины), склеенные серицином – природным клеящим веществом, вырабатываемым шелкопрядом. Особенно чувствителен шелк к действию ультрафиолетовых лучей, поэтому срок службы изделий из натурального шелка при солнечном освещении резко уменьшается. Натуральный шелк широко используется при выработке плательных тканей и штучных изделий (головных платков, косынок и шарфов), швейных ниток.

Производство химических волокон и нитей включает в  себя несколько основных этапов:

- получение сырья и  его предварительную обработку  - приготовление прядильного раствора  и расплава - формование нитей  и волокон- их отделку и текстильную переработку.

При производстве искусственных  и некоторых видов синтетических  волокон (полиакрилонитрильных, поливинилспиртовых и поливинилхлоридных) применяют  прядильный раствор, при производстве полиамидных, полиэфирных, полиолефиновых и стеклянных волокон – прядильный расплав.

При формовании нитей прядильный раствор или расплав равномерно подается и продавливается через  фильеры – мельчайшие отверстия  в рабочих органах прядильных машин.

Струйки, вытекающие из фильер, затвердевают, образуя нити, которые  затем наматываются на приемные устройства. При получении нити из расплава их затвердевание происходит в камерах, где они охлаждаются потоком  инертного газа или воздуха. При  получении нитей из растворов  их затвердевание может происходить  в сухой среде в потоке горячего воздуха (этот способ формования называется сухим), или в мокрой среде в  осадительной ванне (такой способ называется мокрым). Фильеры могут быть различной формы (круглые, квадратные, в виде треугольников) и размеров. При производстве волокон в фильере может быть до 40 000 отверстий, а при получении комплексных нитей – от 12 до 50 отверстий.

Сформованные из одной  фильеры нити соединяются в комплексные  и подвергаются вытягиванию и  термообработке. В результате этого нити становятся более прочными благодаря лучшей ориентации их макромолекул вдоль оси, но менее растяжимыми вследствие большей распрямленности их макромолекул. Поэтому после вытягивания нити подвергаются термофиксации, где молекулы приобретают более изогнутую форму при сохранении их ориентации.

Отделка нитей проводится с целью удаления с их поверхности  посторонних примесей и загрязнений  и придания им некоторых свойств (белизны, мягкости, шелковистости, снятия электризуемости).

После отделки нити перематываются в паковки и сортируются.

Искусственные волокна

Вискозные волокна – это  волокна из щелочного раствора ксантогената. По своему строению вискозное волокно неравномерно: внешняя его оболочка имеет лучшую ориентацию макромолекул, чем внутренняя, где они располагаются хаотически. Вискозное волокно представляет собой цилиндр с продольными штрихами, образующимися при неравномерном затвердевании прядильного раствора.

Вискозное волокно обладает хорошей гигроскопичностью (35-40%), светостойкостью  и мягкостью. Вискозное волокно  применяется при производстве тканей для одежды, бельевого и верхнего трикотажа, как в чистом виде, так  и в смеси с другими волокнами  и нитями.

Полинозное волокно – это модифицированное вискозное волокно. По свойствам оно приближается к хлопку. Полинозное волокно отличается однородной структурой поперечного сечения, имеет большую, чем вискозное волокно прочность. Волокно обладает повышенной упругостью. Область использования его аналогична вискозному.

Ацетатное и триацетатное волокна по своему строению аналогичны вискозному, но имеют более крупные бороздки вдоль волокна. Прочность ацетатного волокна ниже вискозного. Указанные волокна достаточно упругие, отличаются устойчивостью к действию микроорганизмов, светостойкие, обладают диэлектрическими свойствами. Область их использования аналогична области использования вискозного волокна.

Синтетические волокна

Полиамидные волокна –  капрон, анид, энант – наиболее широко распространены. Исходным сырьем для него являются продукты переработки каменного yгля или нефти – бензол и фенол. Волокна имеют цилиндрическую форму, поперечное сечение их зависит от формы отверстия фильеры, через которое продавливаются полимеры. Полиамидные волокна отличаются высокой прочностью при растяжении, стойки к истиранию, многократному изгибу, обладают высокой химической стойкостью, морозоустойчивостью, устойчивостью к действию микроорганизмов. Основными их недостатками являются низкая гигроскопичность и светостойкость, высокая электризуемость и малая термостойкость. В результате быстрого “старения” они на свету желтеют, становятся ломкими и жесткими. Полиамидные волокна и нити широко используются при выработке чулочно-носочных и трикотажных изделий, швейных ниток, галантерейных изделий (тесьмы, ленты), кружев, канатов, рыболовных сетей, конвейерных лент, корда, тканей технического назначения, а также при выработке тканей бытового назначения в смеси с другими волокнами и нитями.

Полиэфирное волокно –  лавсан, вырабатываются из продуктов  переработки нефти. В поперечном сечении лавсан имеет форму круга. Одним из отличительных свойств  лавсана является его высокая  упругость, при удлинении до 8% деформации полностью обратимы. В отличие  от капрона лавсан разрушается при  действии на него кислот и щелочей, гигроскопичность его ниже, чем капрона (0,4 %), поэтому для выработки тканей бытового назначения лавсан в чистом виде не применяется. Волокно является термостойким, обладает низкой теплопроводностью  и большой упругостью, что позволяет  получать из него изделия, хорошо сохраняющие  форму; имеют малую усадку. Недостатками волокна являются его повышенная жесткость, способность к образованию  пиллинга на поверхности изделий и сильная электризуемость.

Лавсан широко применяется  при выработке тканей бытового назначения в смеси с шерстью, хлопком, льном  и вискозным волокном, что придает изделиям повышенную стойкость к истиранию и упругость. Он также с успехом применяется при производстве нетканых полотен, швейных ниток, гардинно-тюлевых изделий, технических тканей и корда. Кроме того, волокно используется в медицине для изготовления хирургических нитей и кровеносных сосудов.

Полиакрилонитрильное волокно– нитрон. Полиакрилонитрильные волокна вырабатываются из акрилонитрила – продукта переработки каменного угля, нефти или газа. Акрилонитрил полимеризацией превращается в полиакрилонитрил, из раствора которого формуется волокно. Затем волокна вытягивают, промывают, замасливают, гофрируют и сушат. Волокна вырабатываются в виде длинных нитей и штапеля. По внешнему виду и на ощупь длинные волокна похожи на натуральный шелк, а штапельные – на натуральную шерсть. Изделия из этого волокна после стирки полностью сохраняют форму, не требуют глажения. Волокно нитрон обладает рядом ценных свойств: по теплозащитным свойствам оно превосходит шерсть, имеет низкую гигроскопичность (1,5%), мягче и шелковистее капрона и лавсана, стойко к действию минеральных кислот, щелочей, органических растворителей, бактерий, плесени, моли, ядерным излучениям. По стойкости к истиранию нитрон уступает полиамидным и полиэфирным волокнам. Используется нитрон при производстве верхнего трикотажа, плательных тканей, а также меха на трикотажной и тканевой основе, ковровых изделий, одеял и тканей технического назначения.

Полиуретановое волокно  – спандекс. Волокно, обладающее низкой гигроскопичностью. Особенностью всех полиуретановых волокон является их высокая эластичность – разрывное удлинение их достигает 800%, доля упругой и эластичной деформации – 92-98%. Именно эта особенность и определяет область их использования. Спандекс применяется в основном при изготовлении эластичных изделий. С использованием этого волокна вырабатывают ткани и трикотажные полотна для предметов женского туалета, спортивной одежды, а также чулочно-носочные изделия.

В разных странах синтетические  волокна носят различные названия. В таблице приведено соответствие названий некоторых волокон для  отдельных стран.

Поливинилхлоридные, поливинилспиртовые и полиолефиновые волокна

Поливинилхлоридные (хлорин), поливинилспиртовые (винол, летилан) и полиолефиновые (полиэтилен, пoлипропилен) синтетические волокна для изготовления одежных тканей используются в незначительных количествах. Из них изготовляют плащевые и декоративные ткани, ворс искусственного меха, ковров, лечебное белье.