Текстильные товары, Общие сведения о текстильных товарах, Классификация, ассортимент и свойства текстильных волокон, пряжи и нитей – Товароведение, экспертиза и стандартизация

Классификация. Текстильные волокна представляют собой гибкие, прочные тела с малыми поперечными размерами (десятые доли миллиметра), ограниченной длины, пригодные для изготовления пряжи и текстильных материалов. Текстильные нити имеют ту же характеристику, что и текстильные волокна, но отличаются от них значительно большей длиной и большими поперечными размерами.

На рис. 1 представлена классификация наиболее распространенных текстильных волокон.

Текстильные волокна по происхождению делятся на натуральные и химические.

Рис. 1. Классификация текстильных волокон по происхождению

К натуральным относятся волокна, которые образуются в природе без непосредственного участия человека. Они подразделяются на волокна растительного и животного происхождения.

Натуральные растительные волокна состоят из природного полимера целлюлозы, волокна животного происхождения — из кератина (шерсть различных животных) или фиброина (шелк тутового и дубового шелкопряда). Ассортимент волокон растительного происхождения достаточно велик. Наиболее распространенными из них являются хлопковые волокна.

Химические волокна по происхождению подразделяют на искусственные и синтетические. Искусственные волокна изготовляют путем химической переработки природных полимеров (целлюлозы, белков), синтетические — из продуктов переработки нефти, газа, каменного угля.

Текстильные нити, получаемые из волокон, по структуре делят на мононити, комплексные нити, пряжу, пленочные и комбинированные нити (рис. 2). Мононить — одиночное, не делящееся в поперечном направлении длинное волокно, используется редко.

Комплексная нить образуется путем соединения и чаще всего дальнейшего скручивания длинных одиночных волокон в нить. Такие нити вырабатывают из натурального шелка и из химических волокон.

Пряжу получают из коротких волокон путем их расчесывания и скручивания. Например, из хлопка и шерсти можно получить только пряжу, так как длина этих волокон ограничена сортом хлопчатника или видом животного. Для того чтобы получить пряжу из химических волокон, их предварительно режут на штапельные волокна длиной около 10 см. Затем из них получают пряжу, чаще всего с добавлением натуральных волокон. Комплексные нити и пряжа — наиболее распространенные виды текстильных нитей.

Пленочные нити получают путем резки предварительно полученной пленки на узкие полоски с последующим их вытягиванием или фибрилляцией (разрезанием).

Рис. 2. Классификация текстильных нитей по структуре

По волокнистому составу текстильные нити могут быть однородными, состоящими из одного вида волокон или нитей, и неоднородными, состоящими из волокон (нитей) различного химического состава, или смешанными (такие нити называют также комбинированными).

В зависимости от числа сложений и последующих операций кручения различают нити трощеные (соединенные из двух или более одиночных нитей без скручивания), одно-круточные (крутка в одну сторону), многокруточные.

Получение текстильных волокон и нитей. Хлопком называют волокна, покрывающие семена однолетнего теплолюбивого растения хлопчатника высотой 1,6—1,7 м.

В первые два месяца формируется куст хлопчатника, затем после короткого цветения начинается развитие его плодов-коробочек. Сначала волокна растут в длину, а в последний месяц происходит их созревание — постепенное послойное отложение целлюлозы на стенках волокон. Волокна хлопка с семенами называют хлопком-сырцом. Отделенные от семян, волокна в кипах поступают на хлопкопрядильные производства с множеством операций (трепание, чесание, прядение) для выпуска хлопчатобумажной пряжи.

Для получения льняного волокна выращивают специальный вид травянистого однолетнего растения с неветвистым стеблем высотой 80—90 см, который называют льном-долгун-цом.

Его первичная обработка включает ряд механических, физических и химических воздействий с целью выделения из стебля пучков волокон. Выделенные волокна подвергают гребнечесанию, в результате чего получают длинные комплексные волокна чесаного льна и короткие — очесы. Из чесаного льна получают гребенную пряжу, идущую на изготовление высококачественных тканей.

Шерстяное волокно — волосяной покров овец, коз, верблюдов и других животных. В текстильном производстве преимущественно используют овечью шерсть, на долю которой приходится 96-98% всего объема перерабатываемой шерсти.

Натуральный шелк представляет собой нити длиной до 1,5 км, получаемые при размотке коконов тутового шелкопряда. Тутовых шелкопрядов разводят в специализированных шелководческих хозяйствах. Шелкопряд в своем развитии проходит четыре стадии: яичко, гусеница, куколка, бабочка. В период выкармливания гусениц листьями тутового дерева в их теле совершается белковый обмен. Под действием ферментов пищеварительного сока белки листьев усваиваются клетками организма гусеницы. Помимо этого в организме происходит синтез аминокислот, и к моменту окукливания в теле гусеницы образуется жидкое вещество, которое выдавливается через два шелкоотделительных протока и застывает в нить. Эту нить гусеница укладывает слоями до образования плотной оболочки (кокона), внутри которой гусеница превращается в куколку. Коконы обрабатывают паром для умерщвления куколок и высушивают горячим воздухом. Размотка коконов производится на кокономотальных фабриках. Для размягчения коконы обрабатывают горячей водой 95~98 °С. Затем путем растряски коконов на кокономотальном станке получают шелк-сырец. Отходы, получаемые при сборе и размотке коконов, используют для выработки шелковой пряжи.

Образование нити шелкопрядом послужило прототипом процесса получения химических текстильных нитей. Их производство включает следующие этапы: получение и первичная обработка сырья, приготовление прядильного раствора или расплава, формование нитей и их текстильная обработка.

Современные способы формования заключаются в продавливании расплавов или растворов полимеров через отверстия фильер (нитеобразователей). Выходящие из отверстий непрерывные струйки под воздействием воздуха (сухой способ) или осадительной ванны (мокрый способ) затвердевают, превращаясь в элементарные нити, и наматываются на приемные бобины (рис. 3).

А. Формование нитей капрона, лавсана из расплава:

• 1 — бункер с измельченным полимером; 2 — плавильная камера;
• 3 — прядильная головка;
• 4 — фильера; 5 — обдувочная шахта;
• 6 — нити; 7 — прядильная шахта;
• 8 — прядильные диски;
• 9 — приемная бобина

Б. Формование ацетатных нитей из раствора сухим способом:

• 1 — фильтр; 2 — фильера;
• 3 — нити; 4 — обдувочная шахта; 5 — замасливающий ролик; 6 — приемная бобина

Рис. 3. Формование химических текстильных нитей (1-й фрагмент, окончание см. на с. 10)

2

В. Формование вискозных нитей и нитрона из раствора мокрым способом: 1 — фильтр; 2 — приемная бобина; 3 — осадительная ванна; 4 — нити; 5 — фильера Рис. 3. Окончание (начало см. на с. 9)

При формовании из расплава нити охлаждаются в обдувочной шахте струей воздуха. При формовании из раствора сухим способом нити обрабатываются струей горячего воздуха, в результате чего растворитель испаряется. В случае формования из раствора мокрым способом струйка вязкого раствора из фильеры поступает в раствор осадительной ванны, где происходят физико-химические процессы выделения полимера из раствора, в результате чего образуется нить.

Химический состав, строение и свойства волокон и нитей. Химические, физико-механические свойства волокон и нитей определяются их составом и строением. Основным веществом, составляющим волокна растительного происхождения, является природный полимер целлюлоза. Число элементарных звеньев в ее макромолекулах колеблется в больших пределах. Для хлопка степень полимеризации (число элементарных звеньев в макромолекуле) составляет 5 000-6 000, для льна — 20 000-30 000. Этим объясняется большая прочность волокон льна по сравнению с прочностью хлопка¹.

Степень зрелости волокон хлопка также влияет на их прочность и удлинение. Под микроскопом незрелые волокна имеют тонкие стенки и широкий канал внутри (рис. 4 А). По мере созревания толщина стенок растет, канал становится узким. Зрелые волокна имеют вид плоской ленточки со штопорообразной извитостью и с каналом, заполненным внутри воздухом, что обусловливает высокие гигроскопические свойства волокна. Перезрелые волокна имеют цилиндрическую форму, толстые стенки и узкий канал, при этом значительно увеличивается их жесткость. Доля пластической деформации в полном удлинении зрелого волокна хлопка составляет 50%, поэтому хлопчатобумажные ткани сильно сминаются, особенно во влажном состоянии, дают усадку при стирке.

Наличие в целлюлозе гидроксильных групп также обусловливает высокие гигроскопические свойства хлопковых и особенно льняных волокон по сравнению с химическими волокнами (табл. 1).

Таблица 1

Характеристики свойств волокон

¹ Бузов Б. А., Алыменкова Н. Д. Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности (швейное производство): Учебник для вузов — М.: Академия, 2004.— С. 19.

Продолжение табл. 1

Окончание табл. 1

а б в

2

А. Хлопковые волокна различной степени зрелости:

1 — продольный вид; 2 — форма поперечного среза: а — незрелые волокна; б — нормальной зрелости; в — перезрелые волокна

Рис. 4. Строение натуральных волокон и натурального шелка под микроскопом (1-й фрагмент, продолжение и окончание см. на с. 14 и 15)

Б. Льняные волокна:

1 — продольный вид; 2 — форма поперечного среза

В. Шерстяные волокна:

1 — чешуйчатый слой; 2 — корковый слой;

З — серцевинный; 4 — формы срезов:

а — тонкая шерсть (пух); б — полутонкая шерсть;

в — ость; г — мертвый волос

Рис. 4. Продолжение (начало см. на с. 13, окончание — на с. 15)

Г. Натуральный шелк:

1 — продольный вид; 2 — форма поперечного среза

Рис. 4. Окончание (начало см. на с. 13 и 14)

Однако при действии света активизируется процесс окисления целлюлозы кислородом воздуха, и это приводит к снижению механических свойств (прочность, удлинение), повышению жесткости и хрупкости волокон.

Под микроскопом элементарное волокно льна в продольном виде представляет собой многоугольную трубку с узким каналом без извитости (рис. 4 Б), что заметно изменяет некоторые свойства льняных материалов по сравнению с материалами из хлопка. Они имеют низкие теплозащитные свойства, при соприкосновении они «холодят» тело, обладают нерезким блеском.

Поверхность льняных волокон ровная, гладкая, поэтому льняные ткани меньше, чем хлопчатобумажные, загрязняются и легче отстирываются.

Шерстяные волокна состоят из белка кератина на 90%, что определяет их стойкость к воздействию кислот, неустойчивость к воздействию щелочей, малую стойкость к повышенной температуре, нестойкость к моли, но особенно высокую светостойкость.

Шерсть обладает очень высокой гигроскопичностью, причем медленно поглощает и медленно отдает влагу. Низкая плотность, наличие извитости и чешуек на поверхности обеспечивают высокие теплозащитные свойства материалов из шерсти.

Шерстяные изделия отличаются высокой износостойкостью, низкой сминаемостью, что связано с большим упругим удлинением шерстяных волокон.

Отдельное шерстяное волокно (рис. 4 В) представляет цилиндр, имеющий волнообразную извитость. Наружный слой состоит из большого числа чешуек различной формы — пластинок, плотно прилегающих друг к другу. Благодаря этим чешуйкам волокна шерсти легко сцепляются между собой, то есть характеризуются свойлачиваемостью.

По характеру строения шерстяные волокна делятся на пух, полутонкую шерсть, ость, мертвый волос. В этом ряду возрастает толщина и ухудшаются основные свойства шерсти. Мертвый волос — толстое, грубое, малопрочное волокно.

При рассмотрении коконной нити под микроскопом (рис. 4 Г) четко видны две шелковины, состоящие из белкового соединения фиброина, склеенного белковым клеем серицином в одну коконную нить. В поперечном разрезе шелковины имеют овальную форму с округленными гранями. В отличие от кератина шерсти макромолекулы фиброина имеют сравнительно небольшую ветвистость, количество боковых цепей от общей массы волокна составляет не более 19%. В связи с этим надмолекулярная структура фиброина имеет высокую степень упорядоченности и кристалличности по сравнению с кератином шерсти^[1].

Шелк отличается мягкостью, малой сминаемостью. По светостойкости он уступает всем натуральным волокнам из-за протекающих процессов фотохимической деструкции.

Шелк не устойчив к действию щелочей, кислая среда улучшает свойства изделий из шелка, придает им блеск. Гигроскопичность достигает 11%, что обеспечивает высокие гигиенические свойства материалов из шелка.

Вискозное волокно вырабатывается из целлюлозы, полученной из древесины ели, пихты, сосны. Древесная целлюлоза значительно отличается по структуре от природной (хлопка, льна), поэтому у натуральных и вискозных волокон имеются как общность свойств, так и существенные различия.

Формирование нитей осуществляется из щелочного раствора гидрата целлюлозы (переход от природной целлюлозы к модифицированной). По химическому составу гидрат целлюлозы аналогичен природной, однако существенно отличается физической структурой: другая форма упаковки макромолекул, другое их расположение и ориентация.

При увлажнении вискозные волокна сильно набухают, что приводит к усадке текстильных материалов. Как видно из табл. 1, вискозные волокна устойчивы к истиранию, повышенной температуре и действию света.

Диацетатные волокна по составу представляют собой диацетилцеллюлозу, приготавливаемую путем химической переработки очень коротких волокон хлопка. В диацетилцеллюлозе части гидроксильных групп замещены остатками уксусного ангидрида, вследствие чего свойства ацетатного волокна отличаются от вискозного. Ацетилцеллюлозные волокна легче вискозных, имеют большой блеск. По гигроскопичности, прочности, износостойкости ацетилцеллюлозные волокна уступают вискозным.

Триацетатные волокна по составу представляют триацетилцеллюлозу. Замещение всех гидроксильных групп ведет к усилению как положительных, так и отрицательных свойств этих волокон по сравнению с диацетатными. Триацетатные волокна меньше теряют прочность в мокром состоянии, меньше набухают и дают меньшую усадку, отличаются высокой упругостью.

Высокая прочность, легкоплавкость наиболее распространенных синтетических волокон (капрон, лавсан, нитрон) по сравнению с искусственными объясняются природой волокнообразующих полимеров. Недостатками их являются низкая гигроскопичность из-за гладкой поверхности волокон и круглого поперечного сечения. По прочности лавсан несколько уступает капрону, но превосходит его по термической стойкости. Гигроскопичность лавсана в 10 раз ниже, чем капрона, поэтому в текстильном производстве его смешивают с вискозными и натуральными волокнами.

Волокна нитрона отличаются высокой термостойкостью, по теплозащитным свойствам аналогичны шерсти, но по стойкости к истиранию уступают даже хлопку. Прочность нитрона вдвое ниже прочности капрона.

Химический состав текстильных волокон можно определить экспресс-методом путем изучения их поведения в пламени. Характерные особенности горения отдельных видов натуральных и химических волокон представлены в табл. 2. Так, волокна хлопка и льна горят быстро, без плавления, при этом образуется серый пепел и ощущается запах жженой бумаги. Это определяется тем, что волокна аналогичны по составу.

Таблица 2

Характерные особенности горения отдельных видов натуральных и химических волокон

Окончание табл. 2

В пламени волокна шерсти и натурального шелка скручиваются, образуя на конце черный шарик, легко раздавливаемый пальцами, запах продуктов горения характерен для жженых волос (табл. 2).

Вискозные волокна горят с тлением, без плавления, образуют пепел светло-серого цвета, с характерным запахом жженой бумаги.

Ацетатные волокна при горении плавятся с образованием черного шарика неправильной формы, при этом ощущается характерный запах уксуса.

Капрон и лавсан горят медленно, с плавлением, образуя на конце твердый шарик, который невозможно раздавить пальцами. Однако отличие заключается в том, что капрон горит с белым дымом, а лавсан — с черным и образует шарик янтарного цвета, тогда как лавсан — черного.

Таким образом, текстильные нити имеют различные свойства в зависимости от состава, структуры поверхности, взаимного расположения элементов структуры.

Структуру комплексных химических нитей можно изменить круткой для повышения прочности, дополнительной обработкой для повышения объемности, растяжимости. Благодаря этому изделия из них хорошо сохраняют форму.

Наиболее распространенным методом изменения структуры синтетических нитей является способ ложной крутки. Для получения высокоэластичной нити одиночную нить подвергают скручиванию до 2000-4000 кручений/м с последующей тепловой фиксацией крутки. При раскручивании до первоначального состояния под действием температуры внутреннее напряжение снимается и нить эластика приобретает объемную форму (рис. 5 А, в).

А. Комплексные нити:

а — одиночная нить;

б — однокруточная нить;

в — эластик; г — мэлан; д — аэрон

Б. Фасонные нити:

а — петлистая; б — спиральная;

в — с ровничным эффектом;

г — эпонж; д — узелковая

Рис. 5. Строение текстильных нитей под микроскопом

Для получения нитей повышенной растяжимости уменьшают величину крутки до 2000—2500 кручений/м и после раскручивания нити подвергают вторичной тепловой обработке. Это снижает внутренние напряжения структуры, в результате чего уменьшается растяжимость. К нитям с пониженной растяжимостью относят мэлан из лавсановой нити (рис. 5 А, г), мэрон — из капроновой нити. Аэрон получают в специальной камере воздействием струи воздуха, которая изгибает элементарные нити (рис. 5 А, д). Аэродинамический способ позволяет получать объемные нити не только из термопластичных синтетических нитей, но и из других нитей (вискозных, ацетатных).

В фасонных нитях (рис. 5 Б, а-д) сердцевинная нить обвивается другими нитями в виде петель, спирали, узелков. Эффектно выглядят ткани из нитей букле (большие пушистые) и эпонж, где в фасонной нити чередуются спирали и рыхлые многоцветные узелки.