Химические свойства волокна

Популярные темы сообщений

• Ленинград О городе-герое Город Ленинград, ныне Санкт – Петербург, по праву обладает особой степенью отличия СССР званием Города – Героя. Город на Неве пережил ужасные события Великой Отечественной войны. В 1941г. на город напали фашистские захватчики. Силы были не
• Мимоза Одним из самых нежных цветов, которые появляются с наступлением тепла, является мимоза. Большинство считают ее цветком, а в сущности это кустарник. Зовут ее — акация серебристая, а еще по-другому – акация австралийская,
• Орхидеи Орхидеи – это удивительные растения, которые можно выращивать в любом уголку Земли. Сложности могут возникнуть только в северных странах. На данный момент растения широко распространены в тропиках. Орхидеи легко приспосабливаются к новым

Искусственные ткани

Искусственные ткани — гладкие, с резким или матовым блеском, скользкие, на срезах осыпаются, стойки к истиранию, сильно мнутся. У них неплохие гигиенические свойства и очень невысокие теплозащитные.

Эти ткани легко стираются в мыльных растворах, быстро сохнут, хорошо разглаживаются утюгом, но на поверхности, при несоблюдении параметров влажно-тепловой обработки, могут образовываться заломы, ласы.

Ткани из вискозного волокна значительно теряют прочность в мокром состоянии, но при высыхании ее полностью восстанавливают. Эти ткани воздухопроницаемы (способны пропускать воздух и обеспечивать вентилируемость).

Основные отличия искусственных и синтетических волокон

Несмотря на то, что обе разновидности волокон имеют ненатуральное происхождение, они различны между собой:

1. Если искусственное волокно производится на основе высокомолекулярных органических веществ (белок, кератин, целлюлоза), то синтетическое – на основе низкомолекулярных (не встречающихся в природе).
2. Следует заметить, что как синтетические, так и искусственные при классификации текстильных и других товаров следует отделять от натуральных. В готовом виде ни первые, ни вторые не имеют органического аналога.

Но, в целом искусственные ткани более близки к природе, нежели синтетические, поскольку, как было отмечено выше, в их основе лежат органические вещества. Так, исходным сырьем для вискозы является целлюлоза, подвергнутая воздействию гидроксида натрия и полимеризованная.

Химический состав синтетических волокон бывает чрезвычайно сложным, в нем зачастую трудно выделить один основной компонент. В этом и состоит основное различие между двумя большими группами химических волокон.

Синтетические ткани

Синтетические ткани по сравнению с искусственными обладают худшими гигиеническими свойствами. Лавсан и нитрон по внешнему виду напоминают шерсть, имеют хорошие теплозащитные свойства, увеличивают водопроницаемость (способность материала пропускать влагу при определенном давлении).

При производстве тканей химические волокна в различных пропорциях и соотношениях часто дабавляют к натуральным. Это дает возможность вырабатывать ткани с определенными свойствами.

Так, шерсть с добавлением вискозного волокна приобретает большую мягкость, лучше драпируется. Шерсть с добавлением капрона становится в два раза прочнее, менее сминаемой. Добавление лавсана или нитрона к натуральным волокнам увеличивает пористость, уменьшает усадку тканей, но затрудняет их сутюживание.

Добавление лавсана, капрона к хлопку, льну придает тканям несминаемость, увеличивает их износостойкость, но снижает гигиенические свойства.

Характеристика свойств тканей из химических волокон

Свойства тканей	Показатели свойств тканей
вискозных	ацетатных	капрона	лавсана	нитрона
Физико-механические:
прочность	Высокая	Меньше, чем у вискозной	Очень высокая	Высокая	Высокая
сминаемость	Сильная	Небольшая	Небольшая	Малая	Средняя
драпируемость	Средняя	Средняя	Малая	Малая	Малая
Гигиенические:
гигроскопичность	Хорошая	Средняя	Низкая	Низкая	Низкая
воздухопроницаемость	Хорошая	Хорошая	Незначительная	Малая	Малая
водопроницаемость	Хорошая	Средняя	Малая	Малая	Малая
Теплозащитные	Невысокие	Меньше, чем у вискозной	Слабые	Высокие	Очень высокие
Технологические:
усадка	Большая	Небольшая	Слабая	Слабая	Слабая
раздвижка нитей	Большая	Большая	Значительная	Малая	Малая
осыпаемость	Большая	Большая	Значительная	Большая	Незначительная
Износостойкость	Средняя	Высокая	Высокая	Большая	Высока

Лабораторно-практическая работа Определение свойств искусственных и синтетических тканей

Оборудование: образцы тканей, препаровальная игла, рабочая коробка, (смотрите таблицы).

Смотрите таблицу – Свойства искусственных волокон

Смотрите таблицу – Свойства синтетических волокон

Смотрите таблицу – Характеристика свойств тканей из химических волокон

Ход работы

При определении свойств волокон и тканей сравнивайте полученные данные с данными таблиц.

Смотрите таблицу – Свойства искусственных волокон

Смотрите таблицу – Свойства синтетических волокон

Смотрите таблицу – Характеристика свойств тканей из химических волокон

1. Рассмотреть образцы тканей. Определить искусственные и синтетические ткани по характеру горения. Заполнить таблицу.
2. Сжать образцы несколько раз в руке в течение 30 с, определить их сминаемость.
3. Намочить образцы, сравнить их прочность с прочностью сухих.
4. Отрезать от образца полоску ткани шириной 0,2 см, длиной 2 см. Держа ее пинцетом, поджечь, по характеру горения определить вид волокна.
5. Препаровальной иглой отделить от образцов по нескольку нитей, определить, какая ткань обладает большей осыпаемостью.
6. Ответить на вопросы: 1. Какие физикомеханические, гигиенические свойства ткани вы определяли? 2. Какие ткани обладают лучшими физикомеханическими свойствами? 3. Какая ткань самая прочная?

Разновидности

Существует два основным вида синтетики: карбоцепная, которая в свою очередь делится на полиакрилонитрильную, поливинилхлоридную, поливинилспиртовую, полиэтиленовую и полипропиленовую, и гетероцепная (бывает полиэфирной, полиамидной и полиуретановой).

Самые распространенные синтетические волокна

Акрилан, ровиль, куралон, текмилон, геркулон, лавсан, капрон, лайкра, микрофибра, акрил, флис, полиэстер, полиамид, полисатин, оксфорд, нитрон, хлорин, винол, спектра, геркулон и др.

АкрилАловаАрамидАризонаАрселонБиберБифлексБлэкаутБолоньяБондингВелсофтВиндблокВинилДакронДерматинДралонДюспоКапронКашибоКевларКермельКримпленЛавсанЛайкра (Эластан)ЛакеМедеяМембранаМикрофибраМокрый шелкНейлонНеопренНитронНомексОксфордПАНПикачуПоларфлисПолиакрилПолиамидПолиэстерПолиэфирПолиэфирный шелкСофтСпандексТасланТюльФатинФлисФукра

Формование волокон

Процесс формования волокон состоит из следующих этапов:

• продавливание прядильного раствора через отверстия фильер,
• затвердевание вытекающих струек,
• наматывание полученных нитей на приемные устройства.

Прядильный раствор подаётся на прядильную машину для формования волокон. Рабочими органами, непосредственно осуществляющими процесс формования химических волокон на прядильных машинах, являются фильеры. Изготавливаются фильеры из тугоплавких металлов – платины, нержавеющей стали и др. – в форме цилиндрического колпачка или диска с отверстиями.

В зависимости от назначения и свойств формуемого волокна количество отверстий в фильере, их диаметр и форма могут быть различными (круглые, квадратные, в виде звездочек, треугольников и т.п.). При использовании фильер с отверстиями фигурного сечения получают профилированные нити с различной конфигурацией поперечного сечения или же с внутренними каналами. Для формирования бикомпонентных (из двух и более полимеров) нитей отверстия фильер разделены перегородкой на несколько (две или более) частей, к каждой из которых подаётся свой прядильный раствор.

При формировании комплексных нитей используют фильеры с небольшим числом отверстий: от 12 до 100. Сформованные из одной фильеры элементарные нити соединяются в одну комплексную (филаментную) нить и наматываются на бобину. При получении штапельных волокон применяют фильеры с количеством отверстий в несколько десятков тысяч. Собранные вместе с нескольких фильер нити образуют жгут, который затем разрезается на штапельные волокна определенной длины.

Прядильный раствор дозировано продавливается через отверстия фильер. Вытекающие струйки попадают в среду, вызывающую затвердевание полимера в виде тонких волокон. В зависимости от среды, в которой происходит затвердевание полимера, различают мокрый и сухой способы формования.

При формовании волокон из раствора полимера в нелетучем растворителе (например, вискозных, медно-аммиачных, поливинилспиртовых волокон) нити затвердевают, попадая в осадительную ванну, где происходит их химическое или физико-химическое взаимодействие со специальным раствором, содержащим различные реагенты. Это «мокрый» способ формования (Рис 2а).

Если формование проводят из раствора полимера в летучем растворителе (например, для ацетатных и триацетатных волокон), средой затвердевания является горячий воздух, в котором растворитель испаряется. Это «сухой» способ формования (Рис 2б).

При формовании из расплава полимера (например, полиамидных, полиэфирных, полиолефиновых волокон) средой, вызывающей затвердевание полимера, служит холодный воздух или инертный газ (Рис 2в).

Скорость формования зависит от толщины и назначения волокон, а также от метода формования.

Прядильный раствор в процессе превращения струек вязкой жидкости в тонкие волокна одновременно вытягивается, этот процесс называется фильерная вытяжка.

Химические волокна и нити непосредственно после формования не могут быть использованы для производства текстильных материалов. Они требуют дополнительной обработки.

В процессе формования образуется первичная структура нити. В растворе или расплаве макромолекулы имеют сильно изогнутую форму. Так как при формовании степень вытягивания нити невелика, то макромолекулы в нити расположены с малой долью распрямленности и ориентации вдоль оси нити. Для распрямления и переориентации макромолекул в осевом направлении нити выполняется пластификационная вытяжка, в результате которой ослабляются межмолекулярные связи, и образуется более упорядоченная структура нити. Вытягивание приводит к увеличению прочности и улучшению текстильных свойств нити.

Но в результате большой распрямленности макромолекул нити становятся менее растяжимыми. Такие волокна и изделия из них подвержены последующей усадке во время сухих и мокрых обработок при повышенных температурах. Поэтому возникает необходимость подвергнуть нити термофиксации тепловой обработке в натянутом состоянии. В результате термофиксации происходит частичная усадка нитей из-за приобретения макромолекулами изогнутой формы при сохранении их ориентации. Форма пряжи стабилизируется, последующая усадка, как самих волокон, так и изделий из них во время ВТО снижается.

Основные физико-химические свойства

Различные полиамиды имеют схожие основные свойства. Все они представляют жёсткие материалы, имеющие высокую прочность при разрыве. ПА отличаются высокими показателями стойкости к износу. Высокая температура размягчения позволяет материалу выдерживать процесс стерилизации паром при 140 °С. Они не теряют эластичность в условиях низких температур.

Все эти свойства делают температурный диапазон применения ПА очень широким.

Ещё одним свойством полиамидов является высокая водопоглотительная способность, которая при высушивании легко возвращает материал на исходный уровень. Для всех видов ПА характерны высокая прочность при продавливании и в месте удара. Их легко удаётся сварить при помощи высокочастотного метода. Высокая степень паропроницаемости и низкий уровень газопроницаемости делают полиамиды незаменимым материалом для вакуумных упаковок.

Весь комплекс основных свойств ПА базируется на концентрации водородных связей, которые приходятся на одну длину макромолекулы. Чем больше эта концентрация, тем выше температурный режим при плавлении и стекловании материала. Наряду с этим вырастают показатели прочностных характеристик, а также теплостойкость, водопоглощение и данные растворимости при участии полярных растворителей. При этом наблюдается уменьшение диэлектрических характеристик, стабильности свойств и размеров.

ПА зарекомендовали себя, как прекрасные антифрикционные материалы. Антифрикционные свойства легко повышаются методом введения специальных добавок.

К недостаткам ПА можно отнести сравнительно высокое водопоглощение, низкие диэлектрические показатели, неустойчивость к ультрафиолетовому излучению и горючесть.

Карбоцепные

Выделяются высокой стойкостью к кислотам и щелочам. Часто применяются как электрические изоляторы.

Полиакрилонитрильные волокна

Торговые наименования: нитрон, акрилан. Обладают свойствами, сходными с шерстью. Прочные, со средней износостойкостью.

Нитрон

Достоинства:

• не теряют качеств под воздействием воды;

• эластичны;

• не разрушаются от радиации и света;

• ценны, как теплоизолятор;

• не боятся насекомых и бактерий.

Недостатки: высокая электризуемость.

Полиолефиновые волокна

Включают полиэтиленовые (спектра, текмилнон) и полипропиленовые (геркулон, мераклон). Последние имеют плотность меньше воды (до 920 кг/м3), поэтому используются для плетения нетонущих веревок.

Достоинства:

• легкость;

• высокие прочность и эластичность;

• стойкие химически, не боятся микроорганизмов;

• диэлектрик.

Недостатки: низкая термостойкость (до 110°C).

Поливинилхлоридные волокна

К списку торговых марок относятся хлорин, виньон, тевирон. Синтезируются и сухим, и мокрым способами. 

Обладают средними прочностью, износостойкостью, эластичностью.

Достоинства:

• термостойки, пожаробезопасны;

• хороший тепло- и электроизолятор;

• химически устойчивы;

• не боятся микроорганизмов и грибков.

Недостатки:

• гигроскопичны;

• под воздействием влаги дают значительную усадку.

Поливинилспиртовые волокна

Марки: винол, мтилан, виналон. В зависимости от компонентов могут обладать бактерицидными качествами и повышенной гигроскопичностью.

Достоинства:

• высокая прочность, стойкость к износу;

• мало реагируют на химически активные вещества, растворители, яркий свет.

Недостатки: опаливаются под воздействием огня.

Производство синтетических тканей

Первые патенты на изобретение синтетических волокон относятся к периоду 30-х годов прошлого столетия. В 1932 году в Германии освоили выпуск поливинилхлоридного волокна. В 1935 году в лаборатории американской компании DuPont синтезировали полиамид. Материал получил название «нейлон». Промышленное производство его начали в 1938 году, а год спустя он получил широкое применение в текстильной промышленности.

В СССР курс на широкое внедрение достижений химической науки был взят в 60-х годах. Первоначально синтетику воспринимали как дешевый заменитель натуральных тканей, затем ее стали использовать для изготовления спецодежды и защитных костюмов. По мере развития научной базы стали создавать ткани с различными свойствами. Новые полимеры обладают неоспоримыми преимуществами по сравнению с натуральными тканями: они легче, прочнее и более устойчивы к воздействиям агрессивных сред.

Ткани искусственные и синтетические различаются по методу изготовления и показателям экономики производства. Сырье для производства синтетики намного дешевле и доступнее, поэтому именно эта отрасль промышленности получила приоритет в развитии. Макромолекулы волокна синтезируют из низкомолекулярных соединений. Современные технологии обеспечивают получение материала с заранее заданными характеристиками.

Нити формируют из расплавов или растворов. Они могут быть одиночными, комплексными или в виде жгутов для получения волокон определенной длины (затем из них производят пряжу). Кроме нитей, из исходной синтетической массы формируют пленочные материалы и штампованные изделия (детали обуви и одежды).

Гетероцепные

В промышленных объемах изготавливаются описанные ниже полиамидные и полиэфирные волокна.

Полиуретановые волокна

Изготавливаются из диизоцианата и диамина. Торговые названия: спандекс, лайкра, неолан.

По механическим свойствам напоминают резину. Держат нагрузки до 120°C.

Спандекс

Применяются для изготовления эластичных тканей с возможным добавлением иных искусственных нитей.

Достоинства:

• эластичны, с высокой растяжимостью;
• быстро восстанавливаются до первоначальных размеров;
• высокая химическая стойкость.

Недостатки:

• низкая термостойкость;
• при интенсивном освещении желтеют.

Полиэфирные волокна

Готовятся из расплава полиэтилентерефталата. Марки: лавсан (терилен), тесил, дакрон.

Сохраняют ½ прочности при 180°C.

Лавсан

Растворяются в сильных кислотах и феноле. Не переносят нагрева в щелочах.

Достоинства:

• механическая прочность;
• устойчивы к растворителям;
• не разрушаются бактериями, насекомыми, грибками.

Недостатки:

• плохо поддаются окраске;
• легко электризуются;
• склонны к образованию катышков;
• высокая жесткость.

Полиамидные волокна

Торговые марки: капрон (перлон), найлоны (аниды), этант.

Работоспособны при температурах до 90…160°C. С начала 70-х годов прошлого века производятся термостойкие (до 400…600°C) алифатические составы.

Капрон

Не стойки к минеральным кислотам, трихлорэтану, фенолу и подобным соединениям. Слабо гигроскопичны.

Достоинства:

• высокая механическая прочность;
• стойкость к циклическому изгибу, истиранию и низким температурам;
• хорошо переносят большинство химикатов и микрофлору.

Недостатки:

• плохо переносят солнечный свет (кроме специальных модификаций);
• склонны к термоокислению;
• легко электризуются.

Что за материал

Синтетическую ткань получают из химических волокон. Для их производства используют природный газ, нефть, азот.

Выпуск «химических» материалов начался в середине XX века. Именно на 50 – 60 годы пришелся пик их популярности. Сейчас производители не стоят на месте совершенствуя технологии и выпуская все новые и новые разновидности.

Изначально, материал неопрен выпускали на заводе по производству каучука

По прочности и эластичности синтетические ткани превосходят и натуральные, и искусственные. Но по гигиеническим показателям существенно проигрывают им.

Отличие синтетики от искусственных материалов – исходное сырье. Для искусственных полотен используют природные волокна (целлюлоза сосны, бамбук).

История

Из чего делают ткани, известно всем — из разных видов волокон.  До середины прошлого столетия мы использовали исключительно натуральные ткани: хлопок, лен, шелк и т. д. В 1940—1950-х годах научились производить искусственные волокна (вискозу, ацетат).

Первым таким волокном был нейлон. Его изобрел сотрудник компании Дюпон Уоллес Карозерс в 1935 году. Новый материал отличался особой прочностью и малыми затратами на производство, быстро приобрел популярность.

С 70-х годов прошлого столетия производство синтетики сильно возросло, и холст из синтетических волокон стал широко применяться в качестве самостоятельного материала.

Разновидности синтетики

В настоящее время изобрели несколько тысяч химических волокон, и каждый год появляются новые материалы. По химической структуре все виды синтетических тканей делятся на две группы: карбоцепная и гетероцепная. Каждая группа подразделяется на подгруппы, обладающие сходными физическими и эксплуатационными свойствами.

Карбоцепная синтетика

Химическая цепочка макромолекулы карбоцепных синтетических тканей состоит в основном из атомов углерода (углеводородов). В группе выделяют следующие подгруппы:

• полиакрилонитрильную;
• поливинилхлоридную;
• поливинилспиртовую;
• полиэтиленовую;
• полипропиленовую.

Гетероцепная синтетика

Это ткани из синтетических волокон, в молекулярный состав которых, кроме углерода, включены атомы других элементов: кислорода, азота, фтора, хлора, серы. Такие включения придают исходному материалу дополнительные свойства.

Виды синтетических тканей гетероцепной группы:

• полиэфирные;
• полиамидные;
• полиуретановые.

Синтетический – не значит плохой

При всей своей «ненатуральности» синтетические ткани обладают рядом существенных плюсов:

1. Долговечность. В отличие от «натуралов», синтетика абсолютно не подвержена гниению, воздействию плесени, грибков или различных вредителей.
2. Стойкость цвета. Благодаря особой технологии, при которой ткань вначале отбеливается, а затем окрашивается, синтетика сохраняет устойчивость красок на долгие годы.
3. Легкость и воздушность. Синтетические ткани весят в несколько раз меньше, чем их натуральные собратья.
4. Несминаемость. Изделия из химических волокон не мнутся при носке и превосходно сохраняют форму. Синтетическую одежду можно развешивать на плечиках, не опасаясь вытягивания.
5. Низкая себестоимость. Поскольку в основе производства данных тканей лежит недорогое сырье, то изделия из них доступны любым категориям покупателей.

К тому же большое многообразие синтетических тканей позволяет каждому выбрать материал исходя из своих требований и вкуса.

Основные физико-химические свойства

Различные полиамиды имеют схожие основные свойства. Все они представляют жёсткие материалы, имеющие высокую прочность при разрыве. ПА отличаются высокими показателями стойкости к износу. Высокая температура размягчения позволяет материалу выдерживать процесс стерилизации паром при 140 °С. Они не теряют эластичность в условиях низких температур.

Все эти свойства делают температурный диапазон применения ПА очень широким.

Ещё одним свойством полиамидов является высокая водопоглотительная способность, которая при высушивании легко возвращает материал

на исходный уровень. Для всех видов ПА характерны высокая прочность при продавливании и в месте удара. Их легко удаётся сварить при помощи высокочастотного метода. Высокая степень паропроницаемости и низкий уровень газопроницаемости делают полиамиды незаменимым материалом для вакуумных упаковок.

Весь комплекс основных свойств ПА базируется на концентрации водородных связей, которые приходятся на одну длину макромолекулы. Чем больше эта концентрация, тем выше температурный режим при плавлении и стекловании материала. Наряду с этим вырастают показатели прочностных характеристик, а также теплостойкость, водопоглощение и данные растворимости при участии полярных растворителей. При этом наблюдается уменьшение диэлектрических характеристик, стабильности свойств и размеров.

ПА зарекомендовали себя, как прекрасные антифрикционные материалы. Антифрикционные свойства легко повышаются методом введения специальных добавок.

К недостаткам ПА можно отнести сравнительно высокое водопоглощение, низкие диэлектрические показатели, неустойчивость к ультрафиолетовому излучению и горючесть.

Итог

Каждый год производство изделий из синтетических тканей растет вследствие того, что исходное сырье стоит дешево. Также улучшаются функциональные характеристики изделий и их внешний вид.

Синтетические вещи обладают высокими теплозащитными свойствами. Они имеют низкую гигроскопичность, высокую гидрофобность и довольно прочны. Возможно, они не настолько комфортны, как натуральные волокна. Немало споров ведется и по поводу их безопасности для здоровья. Но вышеуказанные свойства позволяют им оставаться в числе перспективных вариантов для применения в текстильной промышленности.

Итог

Каждый год производство изделий из синтетических тканей растет вследствие того, что исходное сырье стоит дешево. Также улучшаются функциональные характеристики изделий и их внешний вид.

Синтетические вещи обладают высокими теплозащитными свойствами. Они имеют низкую гигроскопичность, высокую гидрофобность и довольно прочны. Возможно, они не настолько комфортны, как натуральные волокна. Немало споров ведется и по поводу их безопасности для здоровья. Но вышеуказанные свойства позволяют им оставаться в числе перспективных вариантов для применения в текстильной промышленности.