Tekstilnoe_materialovedenie_2011

вы к действию минеральных кислот. Они довольно хорошо окрашиваются и являются термопластичными, что позволяет задавать им, а затем фиксировать определенную форму.

К недостаткам полиамидных волокон следует отнести низкую гигроскопичность (4,5...5 %), повышенную электризуемость, недостаточную светостойкость и термостойкость. При температуре 100 °С и выше происходит ухудшение механических свойств, при 170...235 °С — размягчение, а при 215...235 °С — плавление.

Полиамидные волокна широко используются в текстильной промышленности. Их высокая прочность и упругость, износоустойчивость и относительно малая плотность (1,14 г/см3) позволяют перерабатывать их как в чистом виде, так и в смеси с другими волокнами и выпускать из них разнообразные изделия бытового и технического назначения. Микродобавки до 10 % полиамидных волокон к натуральным облегчают прядение и улучшают свойства изготовленных из них изделий. Для технических целей выпускают модифицированные полиамидные волокна и нити, обладающие высокими физикомеханическими показателями, термо- и огнестойкостью.

Полиакрилонитрилъные волокна (PAN), в том числе нитрон (Россия), орлон (США), дралон (Германия), крилон (Франция) и др., изготовляют из синтетических сополимеров акрилонитрила с другими мономерами. Исходными соединениями, из которых получают акрилонитрил, являются ацетилен и синильная кислота. Формование PAN волокон осуществляется из растворов как сухим, так и мокрым способом. Волокно, полученное сухим способом, формуют из концентрированных растворов, содержащих 28...30 % полимера, а мокрым способом — из растворов, содержащих 16...20 % полимера. После формования волокно подвергается сильному вытягиванию (в 5... 12 раз).

Полиакрилонитрильные (акриловые) волокна имеют поперечное сечение неправильной формы, могут выпускаться гладкими и матированными, в виде штапельных волокон и непрерывных нитей. Для придания волокнам безусадочности и извитости их подвергают термофиксации при температуре 100... 110 °С, а затем запаривают в автоклаве под давлением.

Полиакрилонитрильные волокна имеют сравнительно невысокую плотность (1,17 г/см3), обладают хорошими механическими свойствами, но сравнительно жестки и хрупки, поэтому не особенно устойчивы к истиранию. Они термопластичны и в то же время термостойки (сохраняют прочность при нагревании до температуры 180 °С). Волокна обладают повышенной светостойкостью, но малой способностью поглощать влагу (1... 1,5 %) и относительно небольшой хемостойкостью, трудно окрашиваются и значительно электризуются, поэтому требуют повышенного

внимания при переработке, особенно в чистом виде.

100

Извитые штапельные PAN волокна имеют шерстоподобный вид и широко используются для выработки различных текстильных изделий бытового назначения как в чистом виде, так и в смеси с другими волокнами, особенно с шерстью.

Для улучшения физических и механических свойств PAN волокна подвергаются различным видам модификации, главным образом для повышения способности к влагопоглощению и окрашиваемое™.

Полиэфирные, полипропиленовые, полиамидные и полиакрилонитрильные синтетические волокна составляют более 90 % всех химических волокон, перерабатываемых в текстильной промышленности. Другие виды синтетических волокон (поливинилхлоридные, поливинилспиртовые, полиуретановые, углеродные волокна и нити и др.) для выработки текстильных изделий используются в меньшей степени.

Поливинилхлоридные волокна (PVC), такие, как хлорин (Россия), термовиль (Франция), саран (США), мовиль (Италия) и др., используют в чистом виде и в смеси с натуральными волокнами для производства фильтровальных тканей, сукон, трикотажного лечебного белья. Последнее обусловлено тем, что PVC волокна способны сильно электризоваться, а электростатические заряды оказывают лечебное воздействие при болезнях суставов.

Поливинилспиртовые волокна (PVA) — винол (Россия), куранон, винилон (Япония), винан (США) и др. — являются наиболее дешевыми из синтетических волокон и выделяются сравнительно высоким (до 5 %) поглощением влаги. Они используются для выработки тканей, бельевого трикотажа, одеял, ковров, а также для различных технических целей.

Известно волокно из поливинилового спирта, растворимое в воде. Такие волокна пробовали использовать в смеси с другими, например шерстяными, для получения пряжи малой линейной плотности. В процессе отделки PVA волокна вымываются из пряжи в результате растворения.

Полиуретановые волокна и нити (PIT), получаемые из блочных полимеров, обладают большими гибкостью и растяжимостью, высокоэластичны, имеют очень большое (до 800 %) разрывное удлинение, сравнительно невысокую прочность и влажность (до 1 %). Они известны под названиями лайкра, варен, спандекс и др. Их широко используют для производства различных текстильных изделий бытового, спортивного и медицинского назначения, где требуются хорошая формоустойчивость и высокая эластичность.

Углеродные (графитовые) волокна и нити получают из веществ, по составу приближающихся к чистому углероду. Особенностями этих волокон являются высокая термостойкость (они сохраняют свои свойства при температуре 400 °С и более), хемостойкость,

значительная прочность (разрывное напряжение 1 МПа и более), малое разрывное удлинение (0,5...0,8 %). Эти волокна и нити используют для различных текстильных изделий преимущественно технического назначения.

Искусственные химические волокна, которые раньше, чем синтетические, получили широкое распространение в текстильной промышленности, в настоящее время значительно утратили свои позиции и занимают в общем объеме производства химических волокон лишь 4,5 %. Это объясняется тем, что по многим физико-механи- ческим показателям искусственные химические волокна уступают синтетическим, а их производство более экологически опасно. В то же время некоторые искусственные химические волокна имеют и преимущества перед синтетическими. Например, искусственные волокна, для производства которых используется растительное сырье, обладают хорошей влагопоглощаемостью, близкой к влагопоглощаемости натуральных волокон, что обеспечивает высокие гигиенические показатели изготовленных из них текстильных изделий. Кроме того, сырьевая база для производства искусственных волокон в отличие от базы для производства синтетических является возобновляемой, причем в сравнительно короткие сроки. Поэтому искусственные химические волокна на основе природных растительных ресурсов (целлюлозы) имеют хорошие перспективы развития.

В текстильной промышленности получили наибольшее распространение искусственные химические волокна на основе гидратцеллюлозы (вискозные и их модификации) и ацетил целлюлозы (ацетатные и триацетатные).

Вискозные волокна (VI) получают из прядильного раствора вискозы (ксантогената древесной целлюлозы, растворенной в разбавленном растворе NaOH). Для уменьшения блеска волокна в вискозу вводят матирующее вещество — диоксид титана. Формование волокон, нитей или жгута осуществляется мокрым способом, по которому вязкий прядильный раствор вискозы продавливается через отверстия фильеры, откуда он тонкими струйками попадает в осадительную ванну, содержащую раствор основного компонента — серной кислоты, а также растворы сульфатов натрия и сульфатов цинка, используемых как замедлители. Раствор проникает в струйки вискозы, вызывает ее коагуляцию (затвердевание) и разложение ксантогената с восстановлением целлюлозы. В результате образуется гидратцеллюлоза и выделяется сероуглерод. Затвердевание вискозы происходит постепенно, от внешних слоев волокна к внутренним. Под действием атмосферного давления верхние слои вдавливаются во внутренние, поперечное сечение волокна становится «сморщенным», а на поверхности волокна появляются частые продольные линии. Все эти особенности присущи строению вискозных волокон.

При выработке вискозных волокон и нитей благодаря разной вытяжке на пути от осадительной ванны до приемного механизма получают обыкновенные, упрочненные и высокопрочные нити, а также вискозное высокомодульное волокно (ВВМ). Разработаны технологии получения вискозных волокон окрашенных в массе, а также извитых, модифицированных, текстурированных и т. п.

нитей.

Вискозное волокно имеет плотность 1,50 г/см3, среднюю прочность, достаточное удлинение, невысокую стойкость к многократным деформациям и истиранию, хорошие гигроскопичность (7... 12 %) и светостойкость. Основным недостатком вискозных волокон является существенное ухудшение их механических свойств в мокром состоянии.

При крашении в массе в прядильный раствор добавляют высокопрочный краситель и получают волокна и нити, равномерно и устойчиво окрашенные, что упрощает их последующую переработку.

Для получения извитого волокна при его формовании создают разные напряжения во внешних и центральных слоях, вследствие чего при последующих вытягивании и усаживании образуются устойчивые извитки.

Упрочненные полинозные и прочные высокомодульные вискозные волокна и нити получают из высококачественной целлюлозы и формуют, используя двухванный способ. Полинозные волокна отличаются высокой прочностью и в сухом, и в мокром виде, пониженным удлинением, высоким модулем жесткости, хорошей стойкостью к щелочным обработкам. Высокомолекулярные волокна, как и полинозные, имеют высокую прочность и более низкое, чем обычное вискозное волокно, удлинение.

Преимущества ВВМ перед полинозными состоит в пониженной обрывности при прядении и лучшей стойкости к истиранию.

Химическая модификация вискозных волокон заключается в прививке к ним различных веществ. Например, волокно мтилон (начальные буквы Московского текстильного института) производится прививкой вискозным волокнам полиакрилонитрила. Волокно мтилон устойчиво к действию микроорганизмов, солнечного света, а по внешнему виду и грифу приближается к шерсти.

Для получения текстурированных вискозных нитей свежесформованные ксантогенатные нити сначала скручивают, а затем, когда в них завершается регенерация целлюлозы, раскручивают. Благодаря этому получают объемные текстурированные нити.

Вискозные волокна и нити в чистом виде и в смеси с другими волокнами широко используются в текстильной промышленности для изготовления бытовых и технических изделий разнообразного ассортимента.

Из полинозных волокон и ВВМ, а также из их смеси с хлопковым волокном получают тонкие ткани улучшенного качества. Полинозные волокна применяют также для выработки бельевого и спортивного трикотажа и технических тканей различного назначения.

Химически модифицированные вискозные волокна используют в медицине, для изготовления спецодежды, огнестойких и хемостойких изделий, в ковровом производстве и т. п.

Технология производства гидратцеллюлозных волокон постоянно совершенствуется. Появились принципиально новые технологии получения этих волокон, позволяющие в десятки раз сократить расход химических веществ и решить проблему рециклинга технологических жидкостей. Волокна, получаемые с помощью таких технологий, имеют названия лиоцелла и карбацел.

Ацетатное (АС) и триацетатное (ТА) волокна получают из ацетилцеллюлозы (сложного эфира целлюлозы и уксусной кислоты), исходным сырьем для которой служит очищенный хлопковый пух или облагороженная древесная целлюлоза. Формование ацетилцеллюлозных нитей, жгута и волокон осуществляется сухим способом в шахте с подогретым воздухом. Испарившийся растворитель поступает на регенерацию. Технологический процесс производства волокон и нитей отличается относительной простотой, безвредностью и доступностью вспомогательных материалов. Триацетатные волокна могут формоваться мокрым способом по двум схемам: по первой применяют раствор триацетатцеллюлозы в смеси метиленхлорида и спирта, а осадительной ванной служит метиловый спирт, по второй используют растворы триацетатцеллюлозы в ацетилирующей смеси, а в качестве осадительной ванны применяют водный раствор уксусной кислоты. Ацетатные и триацетатные волокна отличаются друг от друга числом гидроксильных групп, замещенных в целлюлозе уксусным ангидридом.

АС и ТА волокна и элементарные нити имеют поперечное сечение неправильной формы и характерные продольные полосы. Плотность вещества волокон 1,3...1,32 г/см3, прочность меньше, чем у вискозных. Они поглощают меньше влаги и сохраняют механические свойства в мокром состоянии лучше, чем вискозные волокна и нити. Основным недостатком ацетилцеллюлозных волокон является повышенная электризуемость, затрудняющая их переработку и применение.

Ацетатные и триацетатные волокна и нити в чистом виде и в смеси с другими волокнами используют для изготовления платьевых и рубашечных тканей, трикотажных полотен, а также для для некоторых технических целей. Например, ацетатные волокна применяют для сигаретных фильтров, триацетатные нити — для электроизоляции.

Производство и текстильная переработка других искусственных химических волокон из органических соединений существенно сокращаются или полностью прекращены по разным причинам, например из-за того, что для получения медно-аммиачных волокон требуется цветной металл медь, а белковых — некоторые продукты питания (молоко, кукурузные зерна, арахис и соевые бобы и т. п.).

Искусственные неорганические волокна и нити получают из металлов, в том числе цветных и драгоценных, из базальтовых соединений, известняка и других природных материалов. Для получения используют литье, волочение, распыление, разрезание, строгание, раздув и другие специальные технологии. Область применения таких волокон и нитей весьма разнообразна: от текстильных изделий бытового назначения (декоративных тканей и трикотажа), smart (умного)-текстиля, продукции технического и специального назначения до космических технологий. Например, трикотажные изделия из металлических нитей широко используются для антенн космических кораблей.

Строение и свойства таких искусственных волокон и нитей обусловлены областью их применения.

Химические волокна, безусловно, — настоящая и будущая сырьевая база для текстильной промышленности, но при обязательном наличии натуральных текстильных волокон и оптимальном соотношении с ними.

2.5.ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОЛОКОН

ИМЕТОДЫ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Показатели качества — количественные характеристики свойств волокон кроме общепринятой классификации можно разделить на две группы. К первой относятся показатели, которые используют при контроле и оценке качества волокон по стандартам, ко второй — показатели, применяемые при исследовании и сравнительной оценке различных свойств текстильных волокон.

Для большинства волокон в стандартах установлены в качестве обязательных требования к следующим свойствам и показателям.

Геометрические свойства — толщина и длина волокон. У льняных волокон косвенным показателем их толщины являются гибкость и степень расщепленности. К геометрическим свойствам относятся также такие показатели, как извитость (химических) и зрелость (хлопковых) волокон.

Механические свойства — полуцикловые разрывные характеристики при растяжении (разрывная нагрузка и удлинение при разрыве). Для шерстяных волокон требования к механическим свой-

ствам в стандартах не предусмотрены, за исключением экспертной оценки потери прочности у дефектной шерсти отдельных видов. У волокон нитрона нормируется коэффициент сохранения разрывной нагрузки при разрыве петлей, характеризующий «ломкость» волокон.

К физическим свойствам относятся белизна и усадка лавсановых и нитроновых волокон.

Для окрашенных волокон устанавливаются нормы прочности окраски и ограничивается степень разнооттеночное™.

Для всех волокон в стандартах даны нормы кондиционной (нормированной) влажности и предельная фактическая влажность.

Из внешних признаков в стандартах предусмотрены оценка по эталонам и органолептическая оценка, например степени рассыпчатости химических волокон, а также содержания пороков и неволокнистых включений, в том числе жира у шерсти и замасливателя у химических волокон. Нормы по перечисленным выше показателям устанавливаются в виде номинальных или предельных значений. Для номинальных значений (например, толщины или длины химических волокон) даются допустимые отклонения.

В качестве дополнительных показателей, применяемых при оценке качества волокон отдельных видов, используют общую неровноту прочности и гибкости у чесаного льна, среднее квадратическое отклонение по толщине у волокон шерсти, содержание длинных волокон в вискозных и хлорированных и т. п.

2.5.1. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЛОКОН

Показатели геометрических свойств волокон (толщина и длина) во многом определяют технологию их переработки и являются важнейшими характеристиками качества. Наиболее ценными считают тонкие и длинные волокна, позволяющие вырабатывать тонкие, легкие и прочные нити и текстильные изделия.

Толщина характеризует поперечные размеры волокон и выражается через прямые характеристики — диаметр шерстяного волокна, мкм, и косвенные — линейную плотность Т = M/L, мтекс, где

М— масса волокна, мг; L — длина волокна, км.

Диаметр шерстяного волокна определяют, измерив поперечник

волокон посредством проекционного микроскопа с 500-кратным увеличением и ценой деления шкалы 2 мкм или оптического микроскопа с 400-кратным увеличением и ценой деления шкалы объективного окуляр-микрометра не более 4 мкм. Из подготовленной пробы с помощью микротома или ножниц нарезают отрезки волокон длиной 0,5...2 мм, помещают их в иммерсионную

жидкость (обычно глицерин) и тщательно перемешивают. Далее из полученной взвеси приготовляют 3...4 препарата для просмотра под микроскопом. Измерение волокон организуют таким образом, чтобы была исключена возможность двукратного измерения одних и тех же волокон. Общее число измерений должно быть не менее 600. Полученные результаты разносят по классам таблицы распределения и вычисляют среднюю толщину волокон и среднее квадратическое отклонение. Вычисления производят с точностью до 0,01 мкм, результат округляют до 0,1 мкм.

Метод определения линейной плотности хлопковых и химических волокон заключается в том, что из подготовленной пробы готовят штапельки (пучки) волокон, пересчитывают число волокон в каждом штапельке, затем штапельки объединяют в один общий пучок, вырезают среднюю часть пучка и взвешивают ее. Фактическая линейная плотность, мтекс, определяется по формуле

Подсчитывают число волокон путем раскладывания их между двумя предметными стеклами и последующего просмотра под микроскопом или с помощью специального прибора ПСВ-1. Если волокна хлопковые, то п должно быть 2500...3000, если химические, то не менее 500. Среднюю часть пучка хлопковых волокон вырезают с помощью блока зажимов, причем / = 15 мм, а химических — посредством специального резака, и тогда / = 10 мм.

Взвешивание средней части штапелька осуществляется на торсионных весах с точностью до 0,05 мг.

По ИСО наряду с весовым методом определения линейной плотности текстильных волокон предусматривается нахождение характеристик поперечного размера волокон по воздухопроницаемости. Сущность этого метода заключается в том, что при прохождении потока воздуха через слой волокон сопротивление прониканию этого потока будет тем больше, чем меньше толщина волокон, и наоборот. Достоинством метода является быстрота анализа, недостатками — невозможность оценки степени равномерности волокон по толщине и низкая точность.

Определение толщины волокон по воздухопроницаемости предусмотрено и в стандартах, действующих в нашей стране.

Для хлопковых волокон определение линейной плотности по воздухопроницаемости производится на приборе ЛПС-4 (ГОСТ 9679.3—71). Степень расщепленности льняного очеса оценивают по воздухопроницаемости на приборе РПП (ОСТ 17-05-013—94).

Еще одним косвенным методом определения толщины волокон является оценка частоты их собственных колебаний. Чем тоньше волокно, тем больше частота его собственных колебаний, и наоборот. Известны приборы для определения толщины волокон, в которых используется это свойство.

Отклонение кондиционной линейной плотности химических волокон Тк от номинальной Тн, % находят по формуле

Кондиционная линейная плотность, мтекс

где 7ф — фактическая линейная плотность, мтекс; И^, и WK — соответственно фактическая и кондиционная влажность волокна, %.

Длина — это расстояние между концами волокна в распрямленном (но не растянутом) состоянии. Длина волокон измеряется в миллиметрах.

При оценке качества волокон по длине в стандартах используется ряд характеристик: длина штапеля, средняя длина, средняя массодлина, модальная длина, штапельная длина, степень неравномерности волокон по длине.

Под длиной штапеля немытой шерсти подразумевается расстояние между концами (или частями) штапеля в расправленном, но не растянутом от извитости состоянии.

Среднюю длину подсчитывают как среднее арифметическое результатов измерения отдельных волокон.

Средняя массодлина, мм, определяется по результатам рассортировывания волокон штапеля по классам (группам) длин с задан-

где L, — длина волокон каждого класса; А/, — масса волокон в классе длиной L,.

Модальная длина характеризует наиболее часто встречающуюся длину волокон.

Модальная массодлина, мм, соответствует длине волокон класса рассортированного штапеля, имеющего наибольшую массу:

Lm = (А - 0,5Ь) + Ь(Мп-Мп-0

где Ц — средняя длина волокон в группе с максимальной массой М„; b — интервал

рассортировывания волокон, мм; МпЛ и М„+1 — массы групп волокон с длиной

L„ — b и Ln+ b, мм. 100

Штапельная длина — это средняя длина волокон, имеющих длину больше модальной.

Штапельная массодлина — это средняя массодлина по группам длин, больших модальной. При ее вычислении находят максимальную длину L„ + 0,56 класса (группы) волокон, которая характеризуется величиной Ь т , и массу М, мг, волокон в данной группе, имеющих длину больше модальной:

где j — порядковый номер выбранной группы волокон с массой Мк — порядковый номер последней группы с наибольшей длиной волокон; / — разница между порядковым номером группы, длина волокон в которой больше L„, и порядковым

Для хлопковых волокон среднюю массодлину Ьа и среднее квадратическое отклонение по длине а рассчитывают по следующим формулам:

групп волокон от порядкового номера группы волокон с максимальной массой;

к

i M j - сумма масс всех групп волокон;

7=1

Для оценки степени неравномерности волокон по длине используют коэффициент вариации С = 100a/La, %.

Методы определения длины волокон зависят от их вида.

107

Длину штапеля немытой шерсти измеряют металлической миллиметровой линейкой с точностью до ± 1 мм.

Среднюю длину волокон определяют путем измерения отдельных волокон. Для этого из предварительно подготовленной пробы отбирают навеску волокон массой М = 0,000ILHTH, где LH и Тп — соответственно номинальные длина и линейная плотность измеряемых волокон. Все волокна, входящие в навеску, поочередно укладывают на пластинку из материала, обеспечивающего хорошую сцепляемость с ними; цвета пластинки и волокон должны быть контрастными. Далее волокна распрямляют до полного устранения извитости и металлической линейкой измеряют длину каждого волокна с точностью до ±1 мм. По полученным данным вычисляют среднюю длину.

Допускается измерять длину волокна на доске, обтянутой бархатом, с помощью пинцета и линейки.

Отклонение, %, фактической длины химических волокон Ьф от номинальной LH определяют по формуле

Общее число измеряемых натуральных волокон должно быть около 1000, а химических — около 500.

Измерение путем рассортировки волокон по группам длин осуществляется на приборах различного типа. Для хлопковых волокон используют механический прибор МПРШ-1, для шерстяных волокон — гребенной анализатор.

Принципиальные схемы работы сортировщиков штапеля хлопковых волокон и шерсти показаны соответственно на рис. 2.9 и 2.10.

Специально приготовленный штапель хлопковых волокон 2 (см. рис. 2.9) в зажиме 1 закрепляют на каретке 3, которая совершает возвратно-поступательные движения. При движении вперед каретка подводит концы наиболее длинных волокон штапеля к зажиму 5, который жестко захватывает их. При обратном движении каретки группа самых длинных волокон остается в зажиме 5, укладывается на специальную ленту 4 и отводится. При следующем движении каретка 5 подает к зажиму 5менее длинные волокна и т. д. Таким образом происходит рассортировка штапеля по группам длин с интервалом 2 мм.

Гребенной анализатор для шерстяных волокон (см. рис. 2.10) представляет собой рамку с рядом металлических гребней, расположенных на расстоянии 10 мм один от другого. Специально приготовленный штапель 2 укладывают на гребенное поле. Затем, опуская поочередно гребни 1, вытаскивают зажимом выступаю-

щие волокна и таким образом рассортировывают штапель на группы длин с интервалом 10 мм.

После кондиционирования (длительного выдерживания при Ф = 65 % и t = 20 °С) группы волокон взвешивают и рассчитывают характеристики длины по формулам (2.4)—(2.7).

Длину волокон не только выражают рассмотренными выше характеристиками, но и изображают в виде диаграммы (кривой) распределения и штапельной диаграммы, которые строят по результатам рассортировки штапеля волокон по группам длин.

Пусть после рассортировки волокон получены группы со средними длинами L\, Lj, ..., числом волокон в каждой группе щ, п2, «з, ... и с постоянным интервалом длин k = L2 — Lx = L3 — L2 = ...

Величины п выражают в процентах суммарного числа волокон Ъп. Диаграмму распределения строят, приняв значения L за абсциссы, а п — за ординаты точек этой диаграммы (рис. 2.11, а). Штапельную диаграмму (рис. 2.11,6) строят в осях Ъп и L следующим образом. На оси ординат откладывают минимальную длину Lx — 0,5к группы наиболее коротких волокон, затем на расстоянии 0а, равном числу пх волокон в этой группе, проводят линию ab, параллельную оси ординат и равную максимальной длине L{ + 0,5к волокон самой короткой группы. Далее на расстоянии п2, равном выраженному в процентах содержанию волокон в следующей группе, от точки а проводят линию се, параллельную оси ординат, и откладывают на ней максимальную длину L2 + 0,5А: следующей группы и т. д. Из рисунка видно, что площадь штапельной диаграммы равна ЪпЬ. Штапельная диаграмма, построенная в осях Ъп

з

Рис. 2.9. Схема сортировщика штапеля волокон хлопка

Рис. 2.10. Схема сортировщика штапеля волокон шерсти

Рис. 2.11. Диаграмма распределения (о) и штапельная диаграмма (6)

и L, соответствует штапельной диаграмме, получаемой при раскладке волокон в порядке возрастания их длины.

Известны приборы с электроемкостным датчиком (алметр) и фотоэлектронным датчиком (фиброграф), которые позволяют путем испытания специально приготовленного штапеля автоматически определять среднюю длину, среднюю массодлину и коэффициент вариации по длине, а также строить графики диаграммы распределения и штапельной диаграммы.

Извитость характеризует пространственную или плоскостную ис-

где п — число вершин извитков; L0 — длина нераспрямленного волокна, мм;

100

Степень зрелости хлопковых волокон определяют по их интерференционной окраске при просмотре под микроскопом в поляризованном свете. Всего просматривают 300...400 волокон при 80...120-кратном увеличении, используя поляризационное приспособление П-2. Затем находят содержание хлопковых волокон каждой группы зрелости Ah %. По содержанию волокон первой группы с помощью таблиц определяют сорт хлопковых волокон и находят для каждой группы соответствующие коэффициенты зрелости Кг Коэффициент зрелости контролируемых хлопковых волокон рассчитывают по формуле

К= 0,01X4 д .

2.5.2. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЛОКОН

Эти свойства характеризуют поведение волокон при приложении к ним различных нагрузок и деформации. При получении в процессе переработки и эксплуатации изготовленных из этих волокон изделий они подвергаются различным воздействиям, из которых значительную долю занимают механические. Поэтому показатели механических свойств текстильных волокон являются важнейшими характеристиками, знание которых позволяет правильно выбрать параметры технологии их переработки и обеспечить выпуск нитей и изделий заданного качества.

В стандартах и при оценке качества текстильных волокон наиболее часто используют следующие полуцикловые показатели механических свойств.

Разрывная нагрузка Рр — наибольшее усилие, выдерживаемое образцом до разрыва и выражающее его способность воспринимать растягивающее усилие, не разрушаясь. Для одиночных волокон эта нагрузка выражается в сантиньютонах (сН).

Относительная разрывная нагрузка, сН/текс,

100 112

Удлинение при разрыве /р, мм, — разность между длиной образца в момент разрыва и зажимной длиной.

Относительное удлинение при разрыве ер, %, — отношение удлинения при разрыве к зажимной длине образца 13:

Разрывная нагрузка хлопкового волокна (ГОСТ 3274.1) определяется при испытании штапельков волокон на разрывной машине ДШ-3 с маятниковым силоизмерителем, оснащенной зажимами Пресли; скорость опускания нижнего зажима (300 ± 15) мм/мин. Штапельки для испытания (10 шт.) приготовляют с помощью приборов МШУ-1 (механического штапелеукладчика), МРВ-1 (механического распределителя волокна) и ПСВ-1 (прибора для подсчета числа волокон). После разрыва штапельков определяют среднюю промежуточную разрывную нагрузку в пересчете на одно волокно:

р1Q

( 2 Л 5 )

где 1(2 = Qi + Qi + ••• + Qio —сумма разрывных нагрузок штапельков; Тп — суммарное число волокон разорванных штапельков.

Разрывная нагрузка хлопкового волокна Рр = 1,445/>с (с точностью до 0,1 сН).

Прочность лубяных волокон определяют при испытании скрученной ленточки волокон массой 420 мг на разрывной машине ДКВ с маятниковым силоизмерителем. Норма подкручивания ленточки — 1 кручение на 1 см. Расстояние между центрами улиточных зажимов L3 = 70 мм. Число испытаний 30. Правильность выполнения испытаний контролируется по разбросу полученных результатов — среднему относительному отклонению. Если разброс больше установленной нормы, то испытание повторяют. Для чесаного льна кроме разрывной нагрузки сухого волокна определяют разрывную нагрузку мокрого волокна, которая характеризует способность технического волокна разделяться в мокром виде на тонкие комплексы волокон, называемую мацерацией. Эту способность необходимо учитывать при мокром способе прядения льна.

Разрывную нагрузку химических волокон и их удлинение при разрыве определяют испытанием одиночных волокон на разрывных машинах, скорости деформирования, возрастания нагрузки

кое результатов испытаний, %; т{ — масса груза предварительного натяжения, г.

Относительную разрывную нагрузку и удлинение при разрыве вычисляют по формулам (2.13) и (2.14).

Коэффициент сохранения разрывной нагрузки при разрыве петлей Ка равен отношению разрывной нагрузки при разрыве петлей РП к разрывной нагрузке одиночного волокна Рр и выражается в процентах.

Для определения разрывной нагрузки при разрыве петлей используют штапелек, предназначенный для определения разрывной нагрузки одиночных волокон. Берут два волокна и укладывают их друг на друга перпендикулярно одно другому. Концы каждого из волокон соединяют таким образом, чтобы оба волокна образовали петельное соединение. К концам одного из волокон подвешивают груз предварительного натяжения, сила тяжести которого g\ = 0,001 Ти, где Тн — номинальная линейная плотность волокна, мтекс. Концы другого волокна заправляют в верхний зажим разрывной машины, а концы волокон с грузом — в нижний зажим машины (применяют разрывную машину, предназначенную для испытания одиночных волокон). Расстояние между зажимами 10 мм, продолжительность растяжения до разрыва (20 ± 2) с, число испытаний 50.

Разрывная нагрузка при разрыве петлей, сН,

(2.17)

где F— среднее арифметическое показаний разрывной машины.

Коэффициент сохранения разрывной нагрузки при разрыве петлей, %,

При определении полуцикловых характеристик растяжения волокон иногда рассчитывают работу разрыва Rp, которая показывает, какое количество энергии затрачено на разрушение образца. Она может быть определена как площадь, ограниченная кривой деформации на диаграмме растяжения в осях нагрузки Р и удлинения /, т. е.

Практические расчеты производят по формуле

ЯР = Рр1рЦ,

где Рр— разрывная нагрузка; /р— абсолютное разрывное удлинение; я — коэффициент полноты диаграммы (колеблется примерно от 0,35 до 0,65).

100

Желательно, чтобы работа разрыва была как можно большей, т. е. чтобы для разрушения волокна требовалось затратить как можно большую энергию. При этом следует помнить, что одно и то же значение Rp может быть получено при различных сочетаниях Рр , /р и Ti и в зависимости от назначения волокон желательно иметь или более высокую прочность Рр, или более высокое удлинение /р.

В исследовательских работах используют полуцикловые характеристики, получаемые при однократном растяжении текстильных волокон без доведения их до разрушения, т. е. выполняют растяжение до заданного удлинения, фиксируют нагрузку Р и рассчитывают возникающее при этом в материале напряжение

где S — площадь поперечного сечения волокна, мм2;

S= 0,001 Т/у,

где Г—линейная плотность волокна, текс; у — плотность вещества волокна, мг/мм3.

Полуцикловой неразрывной характеристикой волокон является податливость волокон

Модуль относительной жесткости волокон при растяжении подсчитывают по формуле

ЕИ = P/(eS).

При этом нагрузку Р фиксируют при относительной деформации е = 1 %, так как для текстильных волокон только в этом случае имеет место линейная зависимость между напряжением о и деформацией е. Такой модуль относительной жесткости называют начальным, потому что он справедлив только для начальных условий растяжения.

Полуцикловые неразрывные характеристики целесообразно использовать для оценки нагрузок или деформации, которым подвергаются волокна в процессе их переработки и эксплуатации изготовленных из них изделий, так как в этих условиях волокна испытывают нагрузки и деформации значительно меньшие, чем критические разрывные.

115

Одноцикловые и многоцикловые характеристики механических свойств текстильных волокон используются чаще всего в исследовательских работах. Волокна подвергают деформациям растяжения, изгиба, кручения и сжатия, т. е. тем, которые они испытывают при переработке и эксплуатации изготовленных из них изделий.

Для исследования одноцикловых характеристик растяжения применяют два основных способа.

Первый основан на поддержании постоянной заданной деформации в течение продолжительного времени и определении изменений усилия в материале. Для этого применяют специальные приборы — экстензометры, имеющие приспособления для установления заданной деформации и позволяющие с помощью различных датчиков измерять усилия в образце.

Второй способ заключается в продолжительном растяжении волокна с постоянной нагрузкой и последующей разгрузкой и измерением изменений деформации. Испытания производят на специальных приборах — релаксометрах.

Определение одноцикловых показателей механических свойств волокон вторым способом получило большее распространение, так как он проще и нагляднее.

Одноцикловые характеристики деформаций изгиба, кручения и сжатия волокон применяют достаточно редко. Исключение составляет сжатие волокон в массе, при котором изучают изменение объема и остаточной деформации (после отдыха). Установлено, что волокна, имеющие большую оста-

для деформаций растяжения и изгиба. Испытание на многократное растя-

жение выполняют на приборах, получивших название пульсаторов.

Стойкость волокон к многократному изгибу определяют на приборах, работающих по принципу качающейся головки (рис. 2.12). Это определение называют еще методом двойных изгибов.

Рис. 2.12. Схема прибора для определения стойкости волокон к многократному изгибу

100

Волокно или прядь волокон 1 зажимают в губках 2, имеющих в нижней части заданный профиль радиуса г = 0,2 мм. К волокну подвешивают груз 3, обеспечивающий статическую нагрузку. При пуске прибора губки начинают поворачиваться поочередно в обе стороны на заданный угол ср (10...90°) с частотой 1...2 Гц. Испытания проводят до разрушения образца или оценивают изменение прочности волокон после заданного числа циклов двойных изгибов.

Основное влияние на стойкость к многократным деформациям растяжения и изгиба оказывает упругость волокон. Как правило, с ростом упругости растет устойчивость волокон к многократным растяжению и изгибу. Наибольшую устойчивость к этим деформациям имеют полиамидные и полиэфирные синтетические волокна, а также натуральная овечья шерсть.

Одноцикловые и многоцикловые показатели механических свойств текстильных волокон исследуют при сравнительной оценке их качества, а также при прогнозировании поведения волокон во время переработки и эксплуатации изготовленных из них текстильных изделий.

Трение, цепкость и стойкость к истиранию волокон также можно отнести к показателям их механических свойств. Значение этих свойств очень велико. Благодаря трению и цепкости отдельные волокна удерживаются друг около друга в пряже и различных текстильных изделиях. Стойкость к истиранию волокон обеспечивает износостойкость большинства текстильных изделий и определяет их поведение при эксплуатации.

Трением называют сопротивление, возникающее при относительном перемещении в плоскости касания двух соприкасающихся тел, находящихся под действием нормального давления (нагрузки).

Цепкость — это сопротивление, возникающее при относительном перемещении двух соприкасающихся тел при нулевом нормальном давлении.

Для текстильных материалов необходимо учитывать совместное проявление трения и цепкости. В силу специфики определения этих показателей сопротивление, появляющееся при трении и цепкости, называют тангенциальным.

Сила тангенциального сопротивления

где 5ф — площадь фактического контакта; N— общая сила нормального давления; а и р — коэффициенты, зависящие от природы текстильного материала.

117