13.Синтетические волокна особенности их строения и свойства

К синтетическим волокнам относятся полиамидные, полиэфирные, полиакрилонитрильные, поливинилхлоридные, полиулитановые и др.

К полиамидным волокнам относятся капрон, анид, этан. Исходным сырьем для их получения служит фенол-продукт переработки каменного угля или нефти, который в результате переработке превращается в капролактан- маномер полиамидной смолы.

Полиамидные волокна характеризуются высокой прочность при растяжении, стойкостью к истиранию, многократному изгибу, обладает высокой химической стойкостью, морозостойкостью, устойчивостью к действию микроорганизмов. Основным их недостатков является низкая гигроскопичность и светостойкость, высокая электризуемость и малая термостойкость. В результате быстрого «старения» они желтеют на свету, становятся ломкими и жесткими.

Капроновая нить обладает высокой упругостью. По прочности к многократным изгибам и истиранию капрон превосходит все другие волокна. По стойкости ко истиранию он 10 раз превосходит хлопок и в 20 раз- шерсть. При длительном воздействии температуры 150 ͦ С капрон желтеет, прочность его снижается на 60-70 %. При температуре 215 ͦС капрон плавится. Горячий водой и насыщенным паром можно фиксировать размер и форму изделий из капрона.

Капроновые волокна и нити широко используются для выработки чулочно- носочных, трикотажных и галантерейных изделий.

Анид имеет в основном такие же свойства, что и капрон, но превосходит его по термостойкости (температура плавления 250-265% ͦ С), химическим и физико-механическим свойствам. Применяют это волокно в производстве искусственного меха и технических тканей.

Энант отличается высокой светостойкостью. Температура плавления 260-300 ͦ С. Это волокно используется для технических тканей.

Полиэфирные волокна. К этим волокнам относится лавсан, получаемые на основе поликонденсации терефталевой кислоты и этиленгликоля. Технологический процесс получения лавсана аналогичен производству полиамидных волокон. В поперечном сечении лавсан имеет форму круга. Волокно обладает упругость и эластичностью. Прочность на разрыв у лавсана несколько ниже, чем у полиамидных волокон. Лавсан считается одним из наиболее термостойких волокон, он выдерживает нагревания до 150 ͦ С в течении 1000ч., при этом прочность его снижается только на 50%. Плавится волокно при t=260 ͦ С, волокно горит вспышками, а после сгорания образуется твердый шарик. Ткань из лавсана благодаря термопластичности хорошо сохраняются складки, эффект гофре и плиссе. Лавсан устойчив к действию слабых кислот и щелочей, но под воздействием концентрированных щелочей его прочность существенно снижается.

Недостатками волокна является его повышенная жесткость, способность к образованию пиллинга на поверхности изделия и сильной электризуемости.

Лавсан применяется при выработке ткани бытового назначения в смеси с натуральными волокнами, что придает изделию повышенную стойкость к истиранию и упругость. Лавсан широко используется в медицине, для производства технических тканей.

Полиакрилонитрильные волокна (П А Н). Волокна и нити, получаемые из полиакрилонитрила, называются нитроновыми. Нитроновое волокно обладает упругостью, низкой теплопроводностью, высокой светостойкостью и термопластичностью. Оно устойчиво к действию высоких температур и к гниению. По мягкости, шелковистости, пушистости, эластичности нитрон наиболее близок к шерсти.

Нитрон растворяется конструированных минеральных кислотах. При длительном воздействии слабых щелочей, особенно при повышенной температуре, волокно разрушается. Полиакрилонитрильные волокна отличаются от других волокон наибольшей устойчивостью к светопогоде.

Нитроновое волокно применяется в производстве шерстяных тканей трикотажных изделий, искусственного меха.

Полиуритановые нити. Основой этих нитей является гетерацепные полимеры, макромолекулы которых содержат поритановую группу. Полиуританы содержат гибкие и жесткие блоки. Гибкими эластичными блоками являются низкомолекулярные полиэфиры, а жесткими кристаллизующимися – полимочевинные и ароматические группы. Подобное строение макромалекул придет полиуритану значительную эластичность (разрывное удлинение может достигать 8 раз). Полиуритановые нити придаю текстильным материалом высокую эластичность, упругость, несминаемость. Они обладают большую устойчивостью к истиранию (в 20 раз больше, чем резиновые нити).Пориулитановые нити достаточно устойчивы к светопогоде и химическим реагентом, однако при нагревании до температуры150 ͦ C начинается термическая деструкция, нити желтеют, повышается их жесткость.

Примером полиуретановых нитей является нити спандекс. Нити спандекс обладают легкость, мягкостью, хемостойкостью,устойчивостью к действию пота и плесени, хорошо окарашивается, придает изделием упругость, эластичность и форма устойчивость. К их недостатком относится низкая гигроскопичность и теплостойкость.

В настоящее время нити спандек широк используется для изготовление трикотажных изделий, нижнего белья, спортивной одежды, челочно- носочных изделий.

Полиолефиновые волокно. Исходным сырьем для получении этих волокон служит продукты переработки нефти – пропилен и этилен. К ним относится полиэтиленовые и пропиленовые волокна. Волокна имеют повышенную плотность, низкую растворимость, большую прочность и высокую температуру плавления. Полиолефиновые волокна устойчивы к действию кислот, щелочей, окислители и восстановители. Обладая высокой прочностью, волокно устойчивы к действию микроорганизмов, моли, плесени и моющих средств. Эти волокна в следствии низкой гигроскопичности обладают значительной электризуемостью.

Полиолефиновые волокна применяются для изготовления тканей технического назначения, для производства материала для верхней и спортивной одежды (в смеси с гидрофильными волокнами – хлопком, шерстью, вискозными и др.), обуви, декоративных материалов.

Поливилхлоридные волокна ( П В Х). Исходным сырьем для получение ПВХ служат этилен и ацетилен. ПВХ – волокно гидрофобно, не теряет прочности в мокром состоянии, не набухает в воде и при нормальном атмосферном давлении поглощает не более 0,15 – 0,30 % влаги. Оно обладает чрезвычайно высокой химической стойкостью: на него практически не действуют концентрированные серные и азотные кислоты, 30% - ные растворы едких щелочей, спирт, бензин, минеральное масло.

Существенным не достатком ПВХ – волокон является малая термостойкость и значительная усадка. При температуре 65 – 70 ͦ С волокно размягчается и деформируется, а усадка его достигает 20%. При температуре 20 ͦ С волокно становится хрупкими.

Разновидностью ПВХ – волокон является волокно хлорин. Хлорин обладает исключительно высокой устойчивость к химическим воздействием, микроорганизмам, плесени. К недостатком этого волокна можно отнести низкое светостойкость и создание высокого электростатического поля, что способствует образованию пиллинга и высокой загрязняемости.

Используется ПВХ – волокно в качестве фильтрующих материалов агрессивных жидкостей и газов, лечебного белья, исксственного меха, для производства ковров и нетканых материалов.

Поливинилспиртовые волокна. Эти волокна вырабатываю из поливинилового спирта. Особенности поливинилспиртовых волокон – высокая гигроскопичность, обусловленная наличием в макромолекулах полимера большого числа в гидроксильных групп. Эти волокна хорошо окрашиваются красителем.

Разновидностью этого волокна является винол. Волокно обладает высокой прочность, устойчивостью к истиранию, светопогоде, химическим реагентом, многократным деформациям.

Винил используется в чистом виде и в смеси с другими волокнами для изготовления бельевых, рубашечных, одежных тканей, разнообразных трикотажных изделий. Тканей из ПВС – волокон обладает хорошим влаго поглощением, не электризуются, имеют красивый внешний вид. Износо стойкость одежды 2 – 3 раза выше, чем износа стойкость аналогичных изделий из хлопкового волокна. ПВЦ – волокна заменяют шерсть при выработке фетро и валяльно – войлочных изделий. Изделия с начесом из смеси виниловых и хлопковых волокон обладают хорошими теплозащитными свойствами. Ворс таких изделий после стирки не скатывается и не вытереться.

14.Гигроскопические свойства волокон и нитей, методы их оценки.

3.6.1. Гигроскопические свойства

Гигроскопические свойства текстильных полотен ха­рактеризуют их способность поглощать и отдавать водяные пары и воду. Важнейшими характеристиками гигроскопи­ческих свойств являются влажность, гигроскопичность, влагоотдача, капиллярность, водопоглощение.

Поглощение паров влаги из окружающей среды текс­тильными материалами происходит путем сорбции водяных паров волокнами, представляющей собой сложный физи- ко-химический процесс. Процесс сорбции водяных паров является обратимым, и в определенных условиях происхо­дит отдача — десорбция водяных паров. Сорбция состоит из нескольких этапов. На начальном этапе, когда материал попадает в среду с большой относительной влажностью воздуха, начинается процесс адсорбции — притягивания поверхностью волокон паров воды, которые образуют на ней плотную полимолекулярную пленку. Адсорбция про­текает очень быстро, равновесное состояние достигается в течение нескольких секунд. При насыщении поверхнос­ти волокон водяными парами происходит процесс проник­новения (диффузии) молекул воды в межмолекулярное пространство, то есть процесс абсорбции. В результате про­цесса абсорбции водяные пары поглощаются всем объе­мом волокон. В отличие от адсорбции диффузионный про­цесс проникания влаги в глубь волокна протекает медлен­но, и время достижения равновесного состояния составля­ет несколько часов.

Сорбция водяных паров протекает неравномерно во времени (рис. 3.59). В начальной стадии поглощение влаги происходит весьма интенсивно, но при насыщении по­верхности материалов водяными парами скорость сорбции *

Рис. 3.59. Кривые сорбции и десорбции водяных паров

тканями:

/- вискозными: 2— из натурального шелка;

.3 - хлопчатобумажными; 4 - капроновыми; 5 — лавсановыми;

1. - при относительной влажности воздуха 80 %;

2. - при относительной влажности воздуха 0 %

снижается и наступает сорбционное равновесие, при кото­ром поглощение влаги прекращается. Влажность материа­ла, соответствующая сорбционному равновесию, называ­ется равновесной влажностью. Равновесная влажность ма­териала зависит от влажности и температуры воздуха. На рис. 3.60 приведены кривые зависимости равновесной влажности от относительной влажности воздуха при пос­тоянной температуре (25 °С), называемые изотермами сорбции [7].

Рис. 3.60. Изотермы сорбции водяных паров текстильными волокнами:

/— хлопком; 2 - шёлком-сырцом; 3 - льном;

4 - шерстью; 5 - лавсаном; 6 - нитроном; 7- нейлоном;

8- ацетатными

Начальный этап десорбции также характеризуется большой скоростью. По мере приближения к новому рав­новесному состоянию интенсивность отдачи снижается. В одинаковых атмосферных условиях при десорбции рав­новесная влажность материала выше, чем при сорбции, т.е. изотермы сорбции и десорбции не совпадают (рис. 3.61), наблюдается гистерезис сорбции. Объясняется это тем, что часть абсорбционной влаги, находящейся в межмоле- кулярном пространстве, при десорбции может удержи­ваться сильнополярными гидрофильными группами мак­ромолекул, находящихся на поверхности пор материала.

Рис. 3.61. Изотермы хлопкового волокна (поданным Е.Н. Чернова):

/- сорбция; 2 - десорбция

Кривые сорбции и десорбции текстильных материа­лов из волокон различных видов обладают разной способ­ностью поглощать влагу. Это объясняется химическим составом и надмолекулярной структурой волокон. Имею­щиеся в макромолекулах волокон сильнополярные гидро­фильные группы (ОН, NН₂, СООН, С0NМН и др.) притяги­вают и удерживают молекулы воды. Большой способ­ностью поглощать водяные пары обладают целлюлозные (хлопок, лен) и белковые (шерсть, шелк) волокна. Из иску­сственных волокон наибольшая гигроскопичность наблю­дается у вискозных волокон.

Синтетические волокна (особенно полиэфирные, полиолефиновые и поливинилхлоридные) обладают малой гигроскопичностью, так как в их составе почти отсутству­ют гидрофильные группы.

При сорбции паров влаги микрокапиллярами мате­риалов влага из воздуха конденсируется (переходит в жид­кую фазу), и капилляры наполняются жидкостью.

Эти свойства текстильных полотен и материалов оце­нивают показателями водопоглощаемости, водоемкости и капиллярности.

Влажность W, %, показывает, какую часть массы текстильных материалов, составляет влага, содержащаяся в нем при фактической влажности воздуха:

Wф = 1 00(mф-mc,)/mc, (3.47)

где mф— масса пробы полотен при фактической влажнос­ти воздуха, г;mc — масса сухой пробы, г.

Кондиционная влажность Wk %, характеризуется влажностью материала при нормальных атмосферных ус­ловиях (α =65% и t= 20 °С).

Кондиционную массу рассчитывают по формуле:

mk = mф(100 + Wk)/(100 +Wф). (3.48)

Гигроскопичность И^7Л, %, - влажность текстильных

полотен при относительной влажности, близкой к 100 % (98 %):

Wг = (mэ - mc)/ mc *100 (3.49)

Где mэ - масса пробы, выдержанной в эксикаторе при от­носительной влажности 98 %, г.

Капиллярность текстильных полотен и изделий харак­теризуется поглощением влаги продольными капиллярами материала и оценивается высотой И подъема жидкости

в пробе, погруженной одним концом в жидкость на 1 час (рис. 3.62).

При непосредственном соприкосновении полотен с водой происходит поглоще­ние воды путем диффузии ее молекул механическим захва­том частиц воды. При механи­ческом захвате большая роль принадлежит процессам сма­чивания и капиллярного впи­тывания. Смачивание опреде­ляется химическим составом волокон и нитей, их способ­ностью к адсорбции, характе­ром поверхности. Степень ка- Рис. 3.62. Схема определения ПИЛЛЯрнОГО ПОГЛОЩенИЯ ВЛа- капИЛЛЯрнОСТИ изделий

ги зависит от способности

волокон и нитей смачиваться, а также от расположения ка­пилляров в волокнах и нитях, что способствует увеличе­нию капиллярной конденсации. В связи с этим направле­ние капилляров существенно влияет на капиллярное пог­лощение.

Показатель капиллярности используют при опенке качества медицинской ваты, тканых и нетканых фитилей, а также при оценке гигиеничности полотен, их намокае- мости (табл. 3.5).

Водопоглощаемостъ B, %, полотен определяется ко­личеством поглощенной пробой воды при полном пофу- жении ее в воду: Bв=(mв- mc)/mc*100

(3.50)

Где mв - масса пробы после замачивания в воде, г;mc - мас­са пробы до замачивания (сухой), г.

гигиеничности полотен, их намокаемости

Нити,

Привес влаги Пв, %, характеризует количество влаги, поглощенной пробой в результате сорбции, капиллярной конденсации и водопоглощения:

Пв=(mв-mс)/mc*100 (3.51)

Водоемкостъ (намокаемостъ) текстильных полотен определяется количеством поглощенной воды в граммах в пересчете на 1 м^Л:

Ве=(mв-m)*10/S (3.52)

Где mв - масса пробы после замачивания, г; /m - масса про­бы до замачивания, г, S - площадь пробы, замоченной в воде, мм^Л