Tekstilnoe_materialovedenie_2011

Прочность характеризует способность материала противостоять нагрузкам и деформациям. Для текстильных волокон определяют прочность при растяжении и в качестве основных характеристик используют абсолютную и относительную разрывную нагрузку и разрывное удлинение.

Абсолютная разрывная нагрузка волокон Рр измеряется в сантиньютонах (сН) и соответствует минимальной нагрузке, разрушающей волокно в ограниченное время.

Относительная разрывная нагрузка подсчитывается как Р0 = Рр/Т, сН/текс.

Абсолютное разрывное удлинение /р — приращение длины волокна к моменту его разрыва, измеряемое в миллиметрах.

Относительное разрывное удлинение Ер, %, определяют как

£р = (/р//о)ЮО,

где 10 — начальная длина образца.

Каждое натуральное волокно имеет свои, только ему присущие особенности строения и свойства.

Л у б я н ы е в о л о к н а бывают элементарными и комплексными (техническими). Последние представляют собой комплексы склеенных пектиновыми веществами элементарных волокон. Отдельные элементарные волокна — растительные клетки трубчатого строения, имеющие веретенообразную форму, утолщенные стенки и полость внутри. Поперечное сечение — неправильный пятиугольник с узким каналом у волокон льна (см. рис. 2.2) или (у более грубых волокон) почти овальной формы с более широким и слегка сплюснутым каналом. Стенки лубяных волокон имеют слоистое строение и состоят из фибрилл целлюлозы, ориентированных под различными направлениями и углами. По химическому составу слои стенок волокон различны: первичный (наружный) состоит из целлюлозы, гемицеллюлозы и пектиновых веществ, вторичный — из целлюлозы. Третий слой (ближний к каналу) представляет собой тонкую стенку, являющуюся остатком протоплазмы.

Особенность морфологии льняных волокон заключается в наличии сдвигов продольных штрихов поперек волокна, представляющих собой следы изломов или изгибов волокон в период роста и при механической обработке стеблей. Канал имеет постоянную ширину. Первичная стенка льняных волокон состоит из фибрилл, расположенных по винтовой линии направления S с наклоном под углом 8... 12° к продольной оси. Фибриллы во вторичной стенке расположены по винтовой линии направления Z Угол их подъема в наружных слоях такой же, как и в первичной стенке, но

постепенно уменьшается, достигая иногда 0°. При этом направление спиралей меняется на противоположное. Пектиновые вещества между фибриллами располагаются неравномерно, их содержание увеличивается в направлении к каналу.

Элементарное волокно конопли имеет тупые и раздвоенные концы, канал волокон сплюснут и значительно шире, чем у льна. Сдвиги на волокнах пеньки выражены более резко, чем на льняном волокне, и волокна в этих местах имеют изгиб. Пучки фибрилл в первичной и вторичной стенках располагаются по винтовой линии направления Z, но угол наклона фибрилл уменьшается с 20...35° в наружном слое до 2...30 во внутреннем. Наибольшее количество пектиновых веществ содержится в первичной стенке и

наружных слоях вторичной.

Лубяные волокна обладают самой высокой степенью полимеризации целлюлозы (для льна она достигает 3 • 104 и более). Благодаря этому, а также хорошей ориентации фибрилл лубяные волокна прочны и малодеформируемы.

Свойства элементарных лубяных волокон могут изменяться в зависимости от вида растения, области его произрастания, места расположения волокна в стебле и других факторов. В табл. 2.2 приведены ориентировочные толщина, длина и прочность некоторых элементарных лубяных волокон.

Т а б л и ц а 2.2

Свойства комплексных лубяных волокон определяются свойствами элементарных волокон и прочностью их скрепления между собой. В табл. 2.3 приведены ориентировочные характеристики свойств лубяных комплексных волокон.

Наряду с прочностью важным технологическим показателем качества комплексных волокон является их гибкость. Техническое волокно с сильно одревесневшими элементарными волокнами менее гибко, чем волокно с не одревесневшими элементарными волокнами. С увеличением гибкости волокна повышаются его качество и прядильная способность.

Лубяные волокна имеют высокую гигроскопичность — способность поглощать влагу из окружающей среды. С ростом влажности до определенного предела повышаются разрывная нагрузка и удлинение лубяных волокон.

Х л о п к о в о е в о л о к н о представляет собой одиночную растительную клетку в виде скрученной и сплющенной полой ленточки со стенкой определенной толщины и открытым каналом в месте отрыва волокна от семени. Заостренный конец волокна открытого канала не имеет. Толщина стенки и ширина канала зависят от степени зрелости волокна. На рис. 2.5 показан продольный вид волокон хлопка различной степени зрелости, а на рис. 2.6 — поперечное сечение волокна и линейные размеры видимой ширины канала е и двойной толщины стенок 5, по соотношению которых оценивают степень зрелости. Морфология различных волокон существенно отличается. Например, канал зрелых и перезрелых волокон узкий, а форма поперечного среза изменяется от бобовидной у зрелых волокон до эллипсовидной и почти круглой у перезрелых волокон и сплющенной лентовидной у незрелых.

Волокно скручено вокруг продольной оси. Число извитков на 1 мм длины средневолокнистого хлопка составляет 8...9, а тонковолокнистого — 10...12. Наиболее извиты зрелые волокна; у не-

Рис. 2.5. Продольный вид волокон хлопка различной степени зрелости

52

Рис. 2.6. Поперечный срез волокна хлопка в сильно увеличенном виде

зрелых и перезрелых волокон извитость небольшая, мало заметная. Это связано с формой и взаимным расположением элементов надмолекулярной структуры волокна. Стенка волокна имеет слоистое строение. Наружный слой толщиной менее 1 мкм называется первичной стенкой. Она образуется из редко расположенных и перекрещивающихся под большим углом целлюлозных фибрилл, пространство между которыми заполнено спутниками целлюлозы. Масса целлюлозы в первичной стенке несколько больше половины ее массы в волокне. Наружная поверхность первичной стенки состоит из воскопектинового слоя.

В первичной стенке волокон различают два слоя, в которых фибриллы располагаются под разными углами. Вторичная стен-

ка зрелого волокна имеет толщину 6...8 мкм. Она состоит из пучков фибрилл, расположенных по винтовым линиям, поднимающимся под углом 20...45° к оси волокна. Направление винтовой линии меняется от Zro S.

Фибриллы различных волокон имеют разные углы наклона. Углы наклона фибрилл тонких волокон малы. Наполнителем между пучками фибрилл являются спутники целлюлозы.

Пучки фибрилл располагаются концентрическими слоями, которые хорошо видны в поперечном срезе волокна. Их число достигает 40, что соответствует числу дней отложения целлюлозы. Отмечается также наличие третичной стенки, соприкасающейся с каналом части вторичной. Эта часть отличается большой уплотненностью. Кроме того, в этом слое промежутки между целлюлозными фибриллами заполнены белковыми веществами и протоплазмой, состоящей из белковых веществ, а также из простых углеводов, из которых синтезируется целлюлоза, и др. ,

Целлюлоза хлопковых волокон имеет аморфно-кристалличес- кое строение. Степень ее кристалличности составляет 0,6...0,8, а плотность кристаллов достигает 1,56...1,64 г /см3.

Основные свойства хлопкового волокна, как и других натуральных волокон, могут изменяться в широких пределах в зависимости от большого числа различных факторов, включая даже климатические условия года их получения. В табл. 2.4 приведены тре-

бования к хлопковому волокну, полученному в Средней Азии и перерабатываемому текстильной промышленностью России в середине — конце XX в.

Диапазон показателей в табл. 2.4 дан для хлопковых волокон различных сортов. Качество хлопкового волокна, как и других текстильных волокон, считается тем выше, чем меньше его линейная плотность и чем больше штапельная длина и прочность.

Ш е р с т я н ы е в о л о к н а различных животных могут существенно различаться по строению и свойствам. Основным волокном (более 95 %) в текстильной промышленности является овечья шерсть.

Шерстяные волокна овечьей шерсти могут быть четырех типов: пух, переходный волос, ость и мертвый волос (рис. 2.7).

Пух — наиболее тонкое (10...30 мкм) извитое волокно, форма поперечного сечения которого близка к правильному кругу. Снаружи волокно покрыто кольцеобразными чешуйками, а внутри заполнено корковым слоем.

Переходный волос по строению близок к пуху, но имеет диаметр 25...40 мкм и сердцевинный прерывающийся по длине волокна слой.

Ость значительно толще и грубее пуха (поперечник равен

Рис. 2.7. Волокна шерсти:

а — пух; б — переходный волос; в — ость; г — мертвый волос

100

40...60 мкм), почти не имеет извитости. Сердцевинный слой располагается по всей длине волокна и занимает значительную часть поперечного сечения.

Мертвый волос — наиболее грубое практически неизвитое волокно с поперечником 80 мкм и более сплющенной овальной формы, имеет узкое кольцо коркового слоя и очень большую сердцевину.

Особенностями внешнего строения шерстяных волокон являются извитость и наличие на поверхности чешуйчатого слоя.

Шерстяные волокна имеют волнообразную извитость, характеризуемую числом извитков на единицу длины (1 см) и формой извитости. Тонкая шерсть имеет 4... 12 и более извитков на 1 см длины, грубая шерсть извита мало. По форме и характеру извитости различают шерсть слабой, нормальной извитости и сильно извитую. При слабой извитости волокна имеют гладкую растянутую и плоскую форму извитков, при нормальной — извитки имеют форму полуокружности. Волокна сильно извитой шерсти имеют извитки петлистой формы.

Чешуйки пуха и переходного волоса имеют конусообразную форму и как бы вставлены одна в другую. Чешуйки ости и мертвого волоса напоминают черепицу. Толщина чешуек около 1 мкм, длина различна — 4...25 мкм в зависимости от вида шерсти (на 1 мм длины волокон 40...250 чешуек). Установлено, что чешуйки имеют три слоя — эпикутикулу, экзокутикулу и эндокутикулу. Эпикутикула тонка, устойчива к хлору, концентрированным кислотам и другим реактивам. В нее входят хитин, воски и др. Экзокутикула состоит из белковых соединений, а эндокутикула, основной слой чешуйки, — из модифицированных белковых веществ. Эндокутикула обладает высокой хемостойкостью.

Корковый слой (кортекс) волокон шерсти состоит из веретенообразных клеток — надмолекулярных образований из фибрилл белка кератина, промежутки между которыми заполнены нуклепротеином и пигментом. Веретенообразные клетки — крупные надмолекулярные образования с заостренными концами, их длина до 90 мкм, размер поперечного сечения 4...6 мкм. В кератине коркового слоя могут встречаться паракортекс и ортокортекс. Паракортекс по сравнению с ортокортексом содержит больше цистина, он тверже, более стоек к воздействию щелочи. В тонком пуховом волокне паракортекс располагается с наружной стороны, а ортокортекс — с внутренней.

Сердцевинный слой (медулла) занимает большую часть площади поперечного сечения в мертвом волосе и грубой ости. Рыхлый сердцевинный слой заполнен пластинчатыми клетками, расположенными перпендикулярно веретенообразным клеткам коркового слоя. Между клетками имеются промежутки (вакуоли), заполненные воздухом, жировыми веществами, пигментом.

Длина шерстяных волокон может существенно изменяться (в несколько десятков раз) даже в волосяном покрове одного животного. Стриженая мытая овечья шерсть, используемая в шерстяной промышленности как прядильное сырье, имеет различные градации длины, по которым определяется ее качество. Однородная тонкая шерсть может иметь среднюю длину 45...70 мм, полутонкая —60... 100, полугрубая —90... 120 и грубая— 150...190мм. Полугрубая и грубая неоднородная шерсть характеризуется различными диапазонами длин (50...180 мм). Наиболее длинное шерстяное волокно имеют английские овцы мясных длинношерстных пород — линкольн, лестерской и др. Средняя длина волокон шерсти овец этих пород 150...200 мм, а иногда достигает 450 мм.

Длина шерстяных волокон во многом определяет систему их переработки (табл. 2.5).

Разрывная нагрузка и удлинение при разрыве шерстяных волокон зависят от их вида и толщины. Наибольшую относительную прочность и удлинение имеют тонкие пуховые волокна. По мере увеличения сердцевинного слоя у более грубых и толстых волокон относительная разрывная нагрузка и удлинение при разрыве снижаются.

Типичные характеристики прочности волокон овечьей шерсти даны в табл. 2.6.

Прочность волокон шерсти зависит от питания животного. Она невелика, если овцы были недокормлены и болели. На волокне от этого появляется утонение — дефект, называемый «голодной то-

ниной». В мокром виде прочность волокон шерсти снижается примерно на 30 %.

Особенностью механических свойств шерстяных волокон является их эластичность. Разрывное удлинение может достигать 60 %, и большая его часть является упругой и высокоэластической. Благодаря этому изделия из шерсти не сминаются и при эксплуатации долго сохраняют хороший внешний вид. Во влажном состоянии удлинение шерсти резко возрастает, упругость и эластичность снижаются.

Особенности строения и свойств волокон шерсти обеспечивают ее способность в процессе валки перемещаться, сцепляться и переплетаться под действием механических усилий во влажной среде при определенной температуре (30...45 °С). В итоге на поверхности изделий из шерсти образуется плотный войлокообразный застил. Валкоспособностью обладают только натуральные волокна шерсти.

Ш е л к может иметь вид волокна, элементарной нити, коконной нити и шелка-сырца. Первичной является коконная нить, выделяемая гусеницей бабочки-шелкопряда при завивке кокона.

Коконная нить состоит из двух элементарных нитей — шелковин, расположенных параллельно друг другу. Шелковины состоят из фиброина и окружены снаружи слоем склеивающего их серицина. Поперечное сечение шелковины имеет ширину 20...30 мкм, неравномерно по размерам и напоминает треугольник с закругленными вершинами или овал. В начале завивки кокона площадь поперечного сечения наибольшая, к концу — наименьшая. Длина шелковины 700... 1200 м в зависимости от породы шелкопряда, условий выкормки гусениц и других факторов. Поверхность шелковины имеет очень мелкие складки. Пучки фибрилл, составляющие стволик шелковины, располагаются вдоль ее оси. Микрофибриллы состоят из 20...30 макромолекул фиброина. Между пучками фибрилл имеются неплотности — продольные поры, занимающие 10...15% объема шелковины. После химического воздействия (например, длительного отваривания в щелочной среде) фибриллярность шелковины легко увидеть под оптическим микроскопом. Окрашивающие коконную нить пигменты сосредоточены в основном в середине и в наружных слоях шелковины, за исключением зеленого пигмента, который проникает довольно глубоко в ее толщину. Одиночная коконная нить тонка (0,22...0,33 мтекс), неравномерна, имеет низкую прочность (6...9 сН) и поэтому ее используют для получения шелка-сырца.

Шелк-сырец получают при разматывании и соединении в одну нить 4...9 коконных нитей. Линейная плотность шелка-сырца 1,1...4,7 мтекс, разрывная нагрузка 440...1424 сН, разрывное удлинение 16...17 % и более.

Волокно шелка получают в основном из отходов кокономотания и шелкокручения, его свойства близки к свойствам элементарной шелковой нити.

Шелк отличается высокой гигроскопичностью, упругостью, приятным ощущением на ощупь (туше), хорошей окрашиваемостью, обладает хорошими механическими свойствами, красивым внешним видом. Однако затраты на его получение достаточно велики, поэтому по сравнению с другими натуральными волокнами шелк производится в относительно небольших количествах.

Лен, хлопок, овечья шерсть и шелк тутового шелкопряда являются наиболее распространенными натуральными волокнами, перерабатываемыми отечественной текстильной промышленностью. Сравнительная характеристика некоторых свойств этих волокон дана в табл. 2.7.

Ассортимент натуральных текстильных волокон формировался в течение многих столетий. В ближайшие годы трудно ожидать его существенного обновления. Также невозможно и значительное увеличение производства этих волокон, потому что существуют естественные ограничения площадей посева волокносодержащих растений и кормовой базы и условий содержания животных и насекомых, производящих натуральные волокна.

Т а б л и ц а 2.7

П р и м е ч а н и е . Данные таблицы приведены как ориентировочные и могут отличаться от норм действующих стандартов и технических условий.

100

2.4. ПРОИЗВОДСТВО, ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ И СВОЙСТВА ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКОН И НИТЕЙ

Производство химических волокон и нитей осуществляется на специальных заводах химической промышленности и включает в себя следующие основные технологические процессы: получение исходного сырья, подготовку прядильной массы, формование (прядение), вытягивание и термофиксацию, отделку, подготовку к текстильной переработке.

Исходное сырье для искусственных волокон и нитей получают с заводов разных отраслей промышленности. Например, целлюлозу получают с хлопкоочистительных или целлюлозных заводов. Предварительная обработка заключается в очистке хлопковой целлюлозы, а также в ее химической обработке для превращения в новые полимерные вещества (ксантогенат целлюлозы, ацетилцеллюлозу), растворимые в широко применяемых растворителях.

Синтетические полимеры получают синтезом из простых веществ как на химических заводах, так и на заводах, вырабатывающих волокна и нити. Предварительной обработке синтетическое сырье, как правило, не подвергают.

Подготовка прядильной массы полимера необходима для перевода его в жидкое или размягченное состояние, при котором отдельные макромолекулы могут перемещаться и располагаться в требуемом порядке. Это достигается растворением, плавлением или размягчением исходного полимера. Первый способ применяют при производстве вискозных, ацетатных, медно-амми- ачных, нитроновых и хлориновых волокон и нитей, второй — при получении капроновых, анидных и лавсановых волокон и нитей, а третий — при выработке полипропиленовых волокон и нитей.

Прядильным раствором называют концентрированный вязкий и очищенный от мелких примесей и пузырьков воздуха раствор полимера. Для различных исходных полимеров используют разные растворители, но все они должны удовлетворять следующим требованиям: иметь низкую стоимость, быть широко распространенными, малотоксичными, легко регенерирующимися, огнебезопасными. Предпочтительнее растворители с пониженной горючестью и воспламеняемостью. Обычно растворитель регенерируют и используют в производстве повторно, поэтому при регенерации не должно происходить химическое изменение или разложение растворителя.

Для формования нитей или волокон прядильный раствор продавливают через фильеры с отверстиями малого диаметра (0,05...0,1 мм). При засорении отверстий фильеры или прохождении через них пузырьков воздуха непрерывное истечение струйки

раствора прерывается и происходит обрыв нити. Во избежание этого раствор фильтруют 3...4 раза под давлением (4...25)10 Па. Чем больше вязкость раствора, тем под большим давлением его фильтруют. В качестве фильтрующих материалов чаще всего используют ткань и слои ваты. Пузырьки воздуха удаляются из раствора при его длительном выдерживании в аппарате для обезвоздушивания под вакуумом или без него. При этом пузырьки воздуха постепенно всплывают на поверхность раствора и, лопаясь, удаляются из него.

Прядильные растворы характеризуются двумя основными по- казателями—вязкостью и концентрацией полимера в растворе. Существуют оптимальные концентрации и вязкость прядильного раствора для волокон и нитей различных видов.

При синтезе полиамидов и полиэфиров на заводах химических волокон получают готовые расплавы полимеров, из которых формуют нити. В этом случае синтез полимера и формование составляют единый непрерывный процесс. Если полимер поступает на завод в виде отдельных партий гранул, то их смешивают для получения равномерного расплава полимера и загружают в плавильную головку. Ее продувают инертным газом для удаления кислорода воздуха, который может вызвать деструкцию нагретого полимера. При соприкосновении с трубчатой решеткой, нагретой теплоносителем, полимер плавится и стекает вниз, образуя расплав. Так как расплав имеет высокую температуру (260...320 °С), его фильтруют через несколько слоев кварцевого песка и металлические сетки непосредственно перед поступлением на фильеру. Примерно по такой же схеме происходит и размягчение полимера при формовании из него волокон и нитей.

Формование нитей, жгута и волокон заключается в равномерной дозированной подаче, фильтрации и продавливании прядильного раствора или расплава через отверстия фильеры, затвердевании вытекающих струек, вытягивании и наматывании получающихся нитей на приемные приспособления или соединении их в жгут, иногда разрезаемый на волокна.

Общая схема формования химических волокон приведена ниже.

Существует несколько способов формования химических волокон и нитей, из которых «классическими» считаются три: 1) из раствора мокрым способом; 2) из раствора сухим способом; 3) из расплава или размягченного полимера.

При формовании нитей мокрым способом (вискозных, медно-ам- миачных, нитроновых, поливинилспиртовых, хлориновых и др.) вытекающие из фильеры струйки поступают в раствор осадительной ванны, где происходит физико-химический процесс высаживания полимера (затвердевание струек и превращение их в нити), а иногда и химическая реакция его с компонентами ванны, приво-

дящая к изменению состава полимера. При однованном формовании высаживание полимера и химическая реакция происходят одновременно в одной осадительной ванне, при двухванном осаживание происходит в первой ванне, а изменение химического состава полимера — во второй.

Элементарные нити, выходящие из одной фильеры осадительной ванны, соединяются, вытягиваются и поступают в приемное устройство, имеющее вид бобины, или на центрифугу. В первом случае комплексная нить только наматывается, а во втором — скручивается и наматывается.

Сухим способом формуют ацетатные, а иногда нитроновые нити и волокна. При повышенной температуре воздуха у струек, вытекающих из отверстий фильеры, испаряется растворитель. При этом образуются нити, которые замасливают для уменьшения электризуемости и наматывают на бобину. Химический состав полимера при этом не изменяется. Для полного улавливания и регенерации испаряющегося растворителя нити формуют в специальной шахте.

Формовать нити из расплава можно только для полимеров, плавящихся без разложения. Этот способ применяют при производстве полиамидных, полиэфирных, полиолефиновых и других нитей. Формование из расплава имеет преимущества перед формованием из растворов: во-первых, из технологического процесса

исключаются растворение и обезвоздушивание прядильного раствора, а также регенерация раствора осадительной ванны или растворителя; во-вторых, обеспечивается высокая скорость формования (500...1200 м/мин), в 5... 10 раз превышающая скорость при мокром формовании и в 1,5.„2 — при сухом формовании. В 1995— 2000 гг. доля химических волокон, полученных формованием из расплава и размягченного полимера, составляла около 80 %. При формовании волокон и нитей из размягченного полимера или из очень вязкого расплава используют прядильные головки экструдерного типа.

Сформованные элементарные химические нити могут соединяться в общий жгут и использоваться для получения штапельных волокон или выпускаться в виде комплексной нити.

При выработке комплексных нитей увеличение числа отверстий

вфильере ограниченно, так как оно увеличивает толщину нитей. При формовании жгута такого ограничения нет, число отверстий

вкаждой фильере может достигать 12 000...15 000 вместо 10...100 при формовании комплексных нитей. Производительность оборудования, вырабатывающего жгут, во много раз выше производительности машин, вырабатывающих комплексные нити, а себестоимость жгута или волокна ниже, чем нитей.

Вытяжка и термофиксация применяются после формования для упорядочения и ориентации структурных элементов элементарных нитей за то время, пока полимер находится в пластическом состоянии. Необходимое для этого ослабление межмолекулярных связей достигается повышением температуры, приводящим к пластификации полимерного вещества нитей. Вследствие вытяжки структурные элементы волокнообразующего полимера распрямляются, ориентируются в осевом направлении, а вытянутая нить из-за усиления межмолекулярных связей сблизившихся макромолекул становится более прочной.

Устойчивое упрочнение нитей не может быть достигнуто при сравнительно небольшой фильерной вытяжке. Необходимого упрочнения нити при минимальном снижении ее растяжимости достигают при значительной вытяжке нити на прядильной машине при формовании мокрым способом или на крутильно-вытяжной машине после формования сухим способом из раствора или расплава. Машины для вытягивания жгута часто входят в состав агрегата для получения волокон. Нити из термопластических полимеров (полиамидные, полиэфирные, полиолефиновые) вытягивают при нормальной или повышенной температуре, а нити из жестких полимеров (вискозные, полиакрилонитрильные и др.) — при повышенной температуре и пластификации.

Для снятия (релаксации) возникших при вытягивании и скручивании напряжений и уменьшения последующей усадки нити

подвергают термофиксации при температуре, которая должна быть выше температуры эксплуатации изготовленных из них изделий. Для этого нити на перфорированных бобинах обрабатывают паром в автоклавах. Термофиксацию жгута осуществляют, пропуская его между нагретыми поверхностями, а резаного волокна — обработкой горячей водой. При термофиксации нитей без натяжения значительно повышается их удлинение и несколько снижается прочность. Если вытянутую нить термофиксируют в напряженном состоянии, то ее удлинение возрастает в меньшей степени и прочность не уменьшается, а у нитей из кристаллизирующихся полимеров даже несколько увеличивается, что объясняется дополнительной ориентацией макромолекул в аморфных участках полимера.

В большинстве случаев химические нити и волокна не могут быть использованы непосредственно после формования для изготовления тканей и трикотажных полотен и подвергаются дополнительной обработке — отделке. Ее целью являются удаление примесей, оставшихся после формования, и придание нитям и волокнам некоторых свойств: белизны, мягкости, меньшей электризуемое™ и др. Отделка положительно влияет на последующие процессы переработки нитей и волокон.

Примеси и загрязнения, имеющиеся на элементарных нитях при мокром формовании, удаляются промывкой в воде и различных растворах. Как правило, нити, формуемые сухим способом, не имеют примесей, поэтому такие нити не промывают.

Отбеливание нитей применяют перед их окрашиванием в светлые и яркие цвета. При окрашивании прядильного раствора или расплава необходимость в отбеливании отпадает.

Поверхностная обработка заключается в нанесении на нити веществ в виде замасливателей, авиважных средств (эмульсий), шлихты (клея), антистатических и других препаратов для улучшения условий текстильной переработки и придания специфических свойств (мягкости, гидрофобности, электропроводности и т. д.).

Сушка нитей необходима после обработки водой и разными растворами. При непрерывном процессе нить сушится на роликах или цилиндрами, обогреваемыми изнутри паром или водой. Нити в паковках, резаное волокно или жгуты сушат в сушильных машинах. Предварительно из волокна и жгута отжимают избыточную влагу.

Подготовка к текстильной переработке, последний этап производства, может состоять из следующих процессов: скручивания, вытягивания, фиксации крутки, усаживания и перематывания. Для некоторых нитей отдельные процессы могут быть исключены. Например, вискозные нити не вытягивают — вытягивание осуществляется при формовании. Иногда нити из термопластичных полимеров (полиамидные, полиэфирные, полипропиленовые и др.) дополнительно подвергают текстурированию для придания им из-

S?2 я о о чз Н О о

яhs

4 Г- s оо

•а •

ёя

я1

§s I5

В

•е-

о

в1 1I К3

c aP 5.

534 sSap Э£л S *

E xt л

i 3

s

X

1 g «оо 3"

О

9 X

' "v 3

ft 2

О)

л

Таблица 2.8

сусной)

кость, несминаемость, усадку и т. п.). Микродобавки (до 5 %) РЕ волокон к натуральным снижает обрывность при прядении, способствует получению пряжи и текстильных изделий более высокого качества. Микродобавки должны быть равномерно распределены по всей длине и толщине пряжи.

РЕ волокна имеют плотность около 1,38 г/см3. Элементы структуры волокна хорошо ориентированы и имеют высокую степень упорядоченности, благодаря чему волокна обладают достаточно высокими показателями механических свойств: прочности, растяжимости, упругости, стойкости к многократным деформациям растяжения и изгиба, износостойкости и т. п. Волокна устойчивы к действию влаги, температуры, света, концентрированных растворов органических кислот, щелочей и минеральных кислот умеренной концентрации при комнатной температуре, однако полностью разрушаются при воздействии серной и азотной кислот высокой концентрации, а также при кипячении в концентрированных растворах щелочей.

Основными недостатками полиэфирных волокон являются низкая гигроскопичность (из-за которой они плохо окрашиваются) и повышенная электризуемость, что создает некоторые проблемы при переработке и эксплуатации изготовленных из этих волокон изделий (например, высокий электрический заряд, приводящий к «налипанию» волокон на рабочие органы технологического оборудования). Для снижения влияния этих недостатков используют специальную обработку, повышающую гигроскопичность волокон, применяют антистатические препараты и модифицируют полиэфирные волокна (известно около 70 модификаций полиэфирных волокон), в том числе выпускают так называемые профилированные волокна, для чего изменяют форму фильер и получают волокна с поперечным сечением различных конфигураций.

Этот прием используют и при производстве других химических волокон.

Полипропиленовые волокна (РР) по объему производства и использования в текстильной промышленности к концу XX в. вышли на второе место после полиэфирных. Получают РР волокна из расплава в виде элементарных нитей или штапельного волокна. Широкое распространение получило изготовление так называемых фибриллирующих (расщепляющихся) РР волокон и нитей из полипропиленовой пленки, используемых преимущественно для технических целей при изготовлении паковочных тканей и шпагата.

Полипропиленовые волокна имеют гладкую поверхность и форму поперечного сечения, близкую к кругу. Они могут также производиться матированными и полуматированными с поперечным сечением различной конфигурации.

Особенностью РР волокон являются их легкость (плотность 0,91 г/см3), обеспечивающая их плавучесть. Благодаря этому РР волокна используют для изготовления нетонущих рыболовных снастей. Еще одна особенность РР волокон заключается в их высокой хемостойкости. Они устойчивы к действию разбавленных и концентрированных кислот и щелочей и широко используются в химической промышленности для изготовления различных фильтровальных и других материалов. Вода даже при высокой температуре не оказывает существенного влияния на свойства РР волокон.

Хорошая ориентация структуры РР волокон (степень кристалличности до 75 %) обеспечивает достаточно высокие показатели их механических свойств, что и позволяет перерабатывать их в смеси с другими волокнами (натуральными и химическими) для производства текстильных изделий бытового назначения (ковров, одеял, пледов, тканей, трикотажных изделий и т. п.).

Основными недостатками РР волокон являются «нулевая» гигроскопичность и низкая устойчивость к фотоокислительной деструкции (действию светопогоды). Для повышения термо- и светостойкости полипропилена в его состав входят антиоксиданты, замедляющие термо- и фотоокислительную деструкцию.

Область применения полипропиленовых волокон постоянно расширяется. Появляются принципиально новые текстильные изделия из этих волокон и нитей.

К полиамидным волокнам (РА) относятся; капрон (Россия), нейлон (США, Великобритания), перлон (Германия), рилсан (Франция) и др. Они представляют большую группу волокон, основой которых являются полимеры, содержащие многократно повторяющиеся амидные группы —СО—NH—.

Для производства РА волокон используют более 10 видов синтетических полиамидов, исходным сырьем для получения которых являются продукты перегонки угля и нефти (фенол, бензол, этилен и др.). Волокна и нити формуют из расплава сухим способом и выпускают в виде штапельных волокон, а также комплексных и элементарных нитей. В процессе формования и далее полиамидные волокна подвергаются сильному вытягиванию. При этом макромолекулы полимера распрямляются и ориентируются в продольном направлении. Поэтому РА волокна имеют высокие показатели механических свойств. Внешний вид и строение полиамидных волокон аналогичны внешнему виду и строению полиэфирных. РА волокна могут также выпускаться профилированными и матированными для улучшения некоторых показателей качества изготовленных из них текстильных изделий.

Полиамидные волокна устойчивы к действию микроорганизмов, воды и щелочей при комнатной температуре, но неустойчи-