Свойств а волокон

Таблицы, которые упоминаются в процессе изучения материала в презентации, находятся в разделе «Лекции», УД «Материаловедение» Файл называется «Свойства материалов. Таблицы»

длина волокон и толщина (тонина) 1. Геометрические

Длина волокон – определяет характер и свойства пряжи, т.е прочность, ронину, ровноту, гладкость поверхности Длина колеблется в огромных пределах, у химических волокон будет такой, какой нужно.

Из длинных волокон получают более тонкую, прочную, ровную и гладкую пряжу.

Хлопок Шерст ь Шелк Лен 6-52 мм мм мм 1-1,5 км

Толщина (тонина) – связана с диаметром поперечного сечения волокна. Встречается часто понятие линейная плотность

Хлопок Шерст ь Шелк Лен

Толщину волокон выражают в тексах или обозначают метрическим номером (прежний показатель)

Если в качестве весовых единиц использовать миллиграмм, то толщина волокна будет выражена в миллитексах (мтекс), а если в килограммах, то толщина волокна будет выражена в килотексах (текс). Чем ниже текс, тем тоньше волокно.

Текс - это величина массы, приходящаяся на единицу длины. Иначе говоря, это отношение массы волокна в граммах к его общей длине в 1 км.

Метрический номер - номер (N) волокна показывает отношение длины волокна (L) в миллиметрах, метрах или километрах к его весу (G) в миллиграммах, граммах или килограммах. Чем выше номер, тем тоньше волокно

Между метрическим номером и тексом существует следующая зависимость: ТN = 1000.

В табл. 1 приведены размеры поперечного сечения волокон в микрометрах, их линейная плотность в тексах и толщина, выраженная номером

разрывная нагрузка, удлинение, трение, стойкость к истиранию. 2. Механические

Разрывная нагрузка текстильных волокон Разрывная нагрузка текстильных волокон - величина, характеризующая их способность сопротивляться растягивающим усилиям. Разрывная нагрузка волокон Рр может быть выражена в миллиньютонах (мН) или сантиньютонах (сН).

Волокна могут характеризоваться и относительной разрывной нагрузкой, выраженной в сантиньютонах на единицу линейной плотности (сН/текс). Чем прочнее волокно, тем более прочную и тонкую пряжу можно из него выработать, тем более высокого качества изделия можно получить.

В табл. 2 дана характеристика прочности волокон, выраженная разрывной нагрузкой в сухом и мокром состоянии. Большое снижение разрывной нагрузки волокон в мокром состоянии обусловливает необходимость соблюдения предосторожностей при мокрых обработках изделий во избежание их повреждения

Разрывная нагрузка химических волокон зависит от степени их вытягивания и стабилизации. С увеличением степени вытягивания волокон прочность их возрастает. Стабилизация волокон (действием высокой температуры) приводит к ориентации макромолекул, а вследствие этого - к увеличению разрывной нагрузки волокна.

Например, для специальных целей получают упрочненные волокна с относительной разрывной нагрузкой, сН/текс: капрон , лавсан , нитрон , хлорин , винол , вискозное

Прочность Прочность натуральных волокон зависит от линейной плотности волокна. Чем тоньше и плотнее волокно, тем выше его относительная разрывная нагрузка. Например, относительная разрывная нагрузка средневолокнистого хлопка сН/текс, а тонковолокнистого , тонкой шерсти , а грубой сН/текс.

Удлинение текстильных волокон Удлинение текстильных волокон - это их свойство увеличивать свою длину под влиянием растягивающих усилий. Удлинение измеряется приростом длины волокна, выраженным в миллиметрах или в процентах первоначальной длины.

Прирост длины нити в момент ее разрыва называется удлинением при разрыве, или разрывным удлинением. Способность волокон к удлинению улучшает формование пряжи и ткани.

Удлинение волокна при последующей разгрузке определяет полную деформацию и три ее составные части: деформацию упругую, эластическую и пластическую.

Упругой называется деформация, исчезающая сразу после снятия нагрузки Чем выше доля упругой деформации в волокне, тем выше качество изделий из этого волокна, тем лучше они будут сохранять свою форму, меньше будут сминаться.

Эластической называется деформация, исчезающая после снятия нагрузки постепенно, в течение некоторого времени. В обычных условиях часть эластической деформации фиксируется и может исчезнуть лишь при нагреве или увлажнении, что обычно является причиной усадки волокон

Пластической, или остаточной называется деформация, не исчезающая после нагрузки. С увеличением удлинения волокна доля упругой деформации уменьшается, а эластической и пластической деформаций возрастает, поэтому при значительном удлинении волокон изделия сильно сминаются и теряют форму

В табл. 3 приведены виды удлинений волокон при деформации растяжения и после освобождения от нее. Из данных таблицы видно, что наилучшими упругими свойствами обладают капрон, лавсан, нитрон и шерсть.

трением Под трением понимается сила противодействия перемещению соприкасающихся волокон (тел), находящихся под действием нормального давления. Сила трения прямо пропорциональна нормальному давлению.

Основной характеристикой, определяющей тангенциальное сопротивление скольжению, является коэффициент тангенциального сопротивления Кт.с, представляющий собой отношение силы трения к силе нормального давления для двух скользящих друг по другу тел. т. е.

Чем выше этот коэффициент, тем лучше сохраняется форма ткани, меньше вероятность образования пиллинга, выше носкость изделий. Наибольшим коэффициентом обладают волокна шерсти (0,73) и хлопка (0,29), далее идут волокна лавсан, хлорин, нитрон, капрон, ацетатное, вискозное.

Истирание текстильных волокон происходит в результате их соприкосновения с истирающим материалом. Вследствие истирания волокна изделия изнашиваются. Волокна обладают разной устойчивостью к истиранию, наиболее устойчивы полиамидные волокна. СТОЙКОСТЬ ВОЛОКОН К ИСТИРАНИЮ

Если принять устойчивость к истиранию капрона за 100%, то этот показатель для других волокон составит: винола %, лавсана %, вискозных и поливинилхлоридных нитей, а также хлопка %, хлорина, ацетатного и триацетатного волокна, шерсти %, нитрона, вискозного штапельного волокна %.

Добавляя к хлопку, шерсти, нитрону, вискозному штапельному волокну % капрона, % винола или % лавсана, достигают значительного увеличения стойкости тканей к истиранию и повышают их износостойкость.

Удельной массой волокон v называют массу вещества волокна m в единице объема V. Рассчитывают удельную массу по формуле Ниже приведены значения удельной массы, мг/мм³, текстильных волокон. Удельная масса волокон характеризует поверхностную плотность ткани. УДЕЛЬНАЯ И ОБЪЕМНАЯ МАССА

Объемной массой волокон δ называется масса m единицы объема волокон, измеренного по внешнему контуру Vо: δ = m/Vо. Чем меньше объемная масса волокон, тем больше в волокне размеры канала, больше пор, заполненных воздухом, тем меньше теплопроводность волокон и лучше теплозащитные свойства изделий из них.

Объемная масса хлопка, например, 0,9 - 1,3, шерсти 1 - 1,3, вискозного волокна 1,4 - 1,45, пряжи хлопчатобумажной 0,8 - 0,9, пряжи шерстяной 0,7 - 0,8, пряжи вискозной штапельной 0,8 мг/мм³.

гигроскопичность, стойкость к нагреванию, светостойкость. 3. Физические

Гигроскопичность - это способность материала поглощать из окружающей среды и отдавать в окружающую среду водяные пары и воду. Гигроскопичность волокна характеризуется его влажностью при нормальных условиях (температура 20 'С, относительная влажность воздуха б 5%). ГИГРОСКОПИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Количество гигроскопической влаги в волокне зависит от его химической структуры, от относительной влажности и температуры воздуха. Наличие в волокнах полярных групп - ОН, - NН, - СООН, - СОNН обусловливает большую гигроскопичность и хорошую окрашиваемость волокон. Отсутствие таких групп в большинстве синтетических волокон является причиной их малой гигроскопичности, трудности окрашивания и значительной химической стойкости.

Чем больше относительная влажность воздуха, тем больше влажность волокон. Чем выше температура воздуха, тем ниже влажность волокон.

Впитываемая волокном влага проникает между макромолекулами и ослабляет связи между ними, вследствие чего уменьшается прочность волокон и увеличиваются их мягкость, гибкость и удлинение. Исключением являются волокна хлопка, у которых при увеличении влажности разрывная нагрузка увеличивается примерно на 15%. Влажность волокон W, %, определяют путем их высушивания в сушильном шкафу от массы при фактической влажности воздуха мф до сухой массы mс и рассчитывают по формуле W = (мф - mс)/mс х 100.

В табл. 4 приведена кондиционная влажность различных волокон при нормальных условиях (при 20 С и 65 % относительной влажности воздуха), а также фактическая влажность при относительной влажности воздуха 95 %, когда волокна на ощупь остаются сухими.

Благодаря гигроскопичности волокон одежда поглощает пот, выделяемый кожей человека, и отдает его в окружающую среду. Испарение потовых выделений понижает температуру человеческого тела. Волокна при поглощении влаги выделяют тепло. Это приводит к увеличению давления водяных паров в волокне, что в свою очередь вызывает удаление части влаги из волокна и поглощение волокном тепла.

Эффект охлаждения тела уменьшается. Таким образом, как при поглощении влаги волокном, так и при ее испарении волокна защищают тело человека от резкого влияния окружающей среды. Чем выше поглощаемость влаги волокном, тем сильнее его защитное действие, тем выше его гигиеничность.

При погружении в воду волокна впитывают ее. Различные волокна впитывают воду с разной скоростью и в неодинаковом количестве. Целлюлозные волокна, например, впитывают воду быстро и в большом количестве, волокна шерсти впитывают ее медленно и еще в большем количестве, синтетические волокна впитывают воду очень мало. При впитывании воды волокна набухают, размеры их изменяются.

Различная способность волокон к набуханию объясняется их химическим составом и молекулярной структурой. Так, при погружении в воду целлюлозных волокон молекулы воды проникают между молекулярными цепями целлюлозы, раздвигают их и вызывают набухание волокна. В волокнах хлопка молекулы целлюлозы уложены более плотно, чем в искусственных волокнах, и связи между ними более прочны, поэтому их набухаемость меньше набухаемости вискозных волокон.

При набухании волокон несколько увеличивается их длина: у хлопка, шерсти, капрона - на 1,2, у шелка - на 1,7, у вискозного волокна - на %.

В табл. 5 приводятся данные, характеризующие набухаемость волокон в воде.

Иногда длина волокон (чаще вискозных) после набухания уменьшается. Это объясняется тем, что до увлажнения молекулы волокна находились в растянутом зафиксированном состоянии, а после набухания волокна приняли равновесное изогнутое положение, что привело к уменьшению длины волокон и вследствие этого - к усадке тканей.

Молекулы воды легко проникают в аморфные участки волокна и с трудом - в кристаллические. Из-за того, что кристаллические участки расположены главным образом по длине волокон, набухание последних по длине очень ограниченно. Хотя у шерсти и нитрона аморфная фаза примерно одинаковая, благодаря большому содержанию полярных групп в шерсти ее аморфная фаза набухает значительно больше.

Чем больше набухаемость волокон, тем больше они теряют прочность при намокании (исключая хлопок и лен) и тем большей становится усадочность тканей из них. При набухании волокна могут удержать количество влаги, в два раза превышающее их массу, а после отжима на центрифуге влаги остается % массы волокна.

После высыхания волокна, прирост его поперечного сечения уменьшается и составляет, %:

Поглощенная волокном влага удерживается в виде свободной, заполняющей поры, межклеточные пространства, связанной или сорбированной воды, заполняющей межфибриллярные пространства или пропитывающей клеточные оболочки, и гидратационной, или химически связанной, воды.

Наличие сорбированной и гидратационной воды имеет большое значение, потому что в процессах влажно-тепловой обработки тканей она является пластификатором, обеспечивающим переход волокон в высокоэластическое состояние и способствующим формуемости изделий. Свободная вода не является пластификатором волокна, но при влажно- тепловой обработке ускоряет нагревание волокон и формование изделий. Свободная и сорбированная вода удаляется при сушке волокон сравнительно легко, а гидратационная - лишь в токе сухого нейтрального газа при температуре 'С.

Если поместить волокна в среду с влажностью около 0%, из них начинает удаляться влага, причем синтетические волокна теряют влагу быстро, хлопок, натуральный шелк, вискозное волокно высыхают медленнее, а шерсть еще медленнее.

Стойкость к нагреванию у разных волокон различная. Повышенная температура влияет на прочность, удлинение и упругость волокон, а также на их внешний вид и химическую структуру. При повышении температуры разрывная нагрузка большинства волокон понижается, а удлинение увеличивается; лучше проявляются упругие свойства. СТОЙКОСТЬ ВОЛОКОН К НАГРЕВАНИЮ

В зависимости от характера изменения свойств волокон под действием повышенных температур различают теплостойкость и термостойкость волокон. Теплостойкость волокон характеризуется обратимыми изменениями их свойств от действия высоких температур и измеряется при повышенной температуре. Она определяет предельные температуры, которые в течение длительного времени не ухудшают свойства волокон (разрывную нагрузку, эластичность и др.), обусловливает режимы тепловых обработок тканей в текстильном производстве.

Термостойкость волокон характеризуется необратимыми изменениями их свойств от действия высоких температур и определяется после охлаждения волокна до нормальной температуры. Она определяет возможную потерю прочности и удлинения в зависимости от степени нагревания и его продолжительности, обусловливает возможность использования тканей для изготовления тех или иных изделий.

И тепло-, и термостойкость имеют большое значение для определения режимов влажно- тепловой обработки тканей в швейном производстве. Теплостойкость различных волокон характеризуется следующими предельными температурами, 'С:

Все волокна можно разделить на термопластичные и нетермопластичные. К первой группе относятся в основном синтетические волокна (капрон, лавсан, нитрон, хлорин) и некоторые искусственные (ацетатное, триацетатное), ко второй - все натуральные волокна, а также ряд искусственных (вискозные, полинозные). При кратковременном повышении температуры в термопластичных волокнах происходит разрыв межмолекулярных связей, вызывающий течение полимера и его рекристаллизацию, сопровождающуюся изменением свойств волокна.

При охлаждении термопластичных волокон восстанавливаются их исходная структура и механические свойства. Если действие повышенной температуры продолжалось длительное время, возникают необратимые изменения свойств волокон. При сравнительно кратковременном (в течение нескольких часов) нагревании нетермопластичных волокон сначала происходит деполимеризация (распад макромолекул), а затем разрушение и обугливание вещества. Потеря разрывной нагрузки волокон зависит от температуры и времени нагрева (табл. 6).

Тепло- и термостойкость химических волокон может быть повышена путем их стабилизации. Стабилизация волокон может быть осуществлена кипячением в воде, действием насыщенного или перегретого пара, горячего воздуха или газа, соприкосновением с горячей металлической поверхностью, инфракрасными лучами, токами высокой частоты и другими способами.

Процесс стабилизации предусматривает снятие остаточных напряжений в волокнах, которые возникли при вытягивании или при переработке волокон в пряжу и изделия. В результате волокна не могут самопроизвольно релаксировать при воздействии на них повышенных температур, что предупреждает усадку изделий, образование перекосов, складок, морщин, которые невозможно устранить даже при разутюживании.

Сущность стабилизации заключается в ослаблении молекулярных связей полимера под действием высокой температуры с последующим-закреплением их после охлаждения в таких положениях, которые обеспечивают стабильность размеров волокна при тепловых обработках. Синтетические нити можно стабилизировать в свободном или натянутом состоянии. При стабилизации в натянутом состоянии нити вытягиваются, происходит повышение степени ориентации макромолекул, вследствие чего увеличивается их прочность и уменьшается удлинение.

В связи с тем что влажно-тепловая обработка изделий проводится кратковременно (в течение долей минуты), ее режим может быть значительно выше теплостойкости волокон. К пониженным температурам различные волокна имеют неодинаковую устойчивость. Хорошо выдерживают пониженные температуры натуральные и искусственные волокна. Синтетические волокна в этом отношении менее устойчивы. Например, хлорин уже при - 20 С теряет эластичность, начиная с - 25 'С становится хрупким; капрон становится хрупким при - 40, винол при - 50, лавсан при - 70 'С.

Светостойкость волокон имеет большое значение при определении возможности их использования для изготовления различных текстильных изделий. Длительное воздействие света (инсоляция) в атмосферных условиях вызывает понижение прочности, уменьшение удлинения и других свойств вследствие фотохимического распада основного вещества. Чем выше температура и влажность воздуха, тем быстрее происходит разрушение волокна. СВЕТОСТОЙКОСТЬ

Различные волокна обладают неодинаковой устойчивостью к действию света По устойчивости к действию света волокна можно расположить в следующий ряд: нитрон, поливинилхлоридное, шерсть, лавсан, винол, лен, хлопок, триацетатное, ацетатное, полинозное, вискозное, капрон, спандекс, натуральный шелк, хлорин.

Светостойкость волокон может быть увеличена крашением и стабилизацией пигментами. Так, светостойкость капрона увеличивают, добавляя к нему соли марганца или хрома. Матирование химических волокон двуокисью титана также несколько понижает светостойкость волокон. Светостойкость натуральных волокон характеризуется следующими цифрами: разрывная нагрузка волокон понижается на 50 % после инсоляции хлопка в течение 940 ч, льна - после 990 ч, шерсти - после 1120 ч, натурального шелка - после 200 ч.

4. Химические хемостойкост ь

Хемостойкость волокон - это их стойкость к действию химических реагентов. Хемостойкость волокон обусловливает возможность их применения для изделий того или иного назначения, а также режимы процессов отделки (отваривания, карбонизации, крашения), стирки и химической чистки. ХЕМОСТОЙКОСТЬ

Основными химическими реагентами, определяющими хемостойкость волокон, являются кислоты, щелочи, окислители и органические растворители. Кислоты оказывают на большую часть волокон вредное воздействие. Особенно чувствительны к ним целлюлозные волокна. Наиболее устойчивыми к действию кислот являются хлорин и поливинилхлорид. Шерсть и натуральный шелк при действии кислот могут улучшать свои свойства.

Щелочи в меньшей степени повреждают волокна, чем кислоты, а в некоторых случаях даже улучшают качество волокон (например, хлопка). Устойчивость волокон к действию кислот и щелочей приведена в табл. 8.

Окислители, используемые при белении волокон (гипохлорид натрия, перекись водорода и др.), вызывают деструкцию волокна, поэтому ими пользуются кратковременно. Особенно чувствительны к окислителям шерсть, ацетатные волокна и винол, а наиболее устойчивы - лавсан, нитрон, поливинилхлорид и хлорин.

Органические растворители, используемые при химической чистке изделий из различных волокон, воздействуют на них по- разному. Кроме того, растворители применяются для распознавания волокон. Основными растворителями являются: ацетон, бензол, фенол, бензиловый спирт, метиленхлорид, хлороформ, диметилформамид, дихлорметан, этиловый спирт, ксилол и др.

Хлопок, лен, шерсть, натуральный шелк, вискозное и полинозное волокна не растворяются в органических растворителях, поэтому обработка этими веществами проводится без опасения их повредить. Растворимость других волокон в органических растворителях приведена в табл. 9.