Природные волокна примеры

ВОЛОКНА ПРИРОДНЫЕ (натуральные волокна), образующиеся в природных условиях протяжённые гибкие, прочные нити ограниченной длины и малых поперечных размеров, пригодные для изготовления пряжи и текстильных изделий. Различают волокна природные растительного, животного и минерального происхождения.

К волокнам растительного происхождения относят: семенные (хлопок и др.), стеблевые (тонкие — лён, рами и др., грубые — пенька, джут и др.), листовые (сизаль, абака и др.), плодовые (например, койр). Общее название стеблевых и листовых волокон природных — лубяные волокна. Растительные волокна состоят в основном из целлюлозы (в лубяных волокнах 3-10% лигнина); гигроскопичны, атмосферо- и износостойки, устойчивы к действию растворителей, растворов щелочей умеренной концентрации; плотность 1520-1550 кг/м3, прочность 30-50 сН/текс, длина хлопковых волокон 0,020-0,045 м, льняных 0,2-0,3 м, пеньковых до 0,6 м.

Волокна животного происхождения включают волокна из волосяного покрова животных — шерсть (используют в основном овечью), а также выделяемый железами гусениц шелкопряда натуральный шёлк, который получают при размотке коконов в виде длинных (до 1200 м) нитей. Волокна природные животного происхождения состоят в основном из фибриллярных белков — кератина (шерсть) и фиброина (шёлк); эластичны, гигроскопичны, устойчивы к действию органических растворителей и кислот умеренных концентраций, малоустойчивы в растворах щелочей, плотность 1320-1330 кг/м3. Шерсть имеет малую прочность (10-14 сН/текс), низкую теплопроводность; шёлк — умеренную прочность (25-35 сН/текс) и приятный матовый блеск.

Реклама

К волокнам природным минерального происхождения относится, например, волокно, которое получают из асбеста, способного при механическом воздействии расщепляться на гибкие тонкие (диаметр до 0,5·10-6 м) волокна длиной до 0,02 м. Асбестовое волокно состоит в основном из гидросиликата магния; обладает высокими прочностью, огнестойкостью, сорбционной способностью, низкими тепло-, звуко- и электропроводностью.

Волокна природные используют для изготовления изделий широкого потребления, а также технических изделий. Наиболее важное волокно природное — хлопковое — применяют в производстве различных тканей, трикотажа, швейных ниток, нетканых материалов и др.; лён — для изготовления тонких платьевых, бельевых, декоративных тканей; грубые лубяные волокна — в производстве мешочных и других тарных тканей, верёвок, канатов. Из шерсти вырабатывают ткани для верхней одежды, верхний трикотаж, валяльно-войлочные изделия; из шёлка — тонкие платьевые и рубашечные ткани. Из асбеста получают огнезащитные и химически стойкие технические ткани, фильтры и др., его используют также как армирующий материал при изготовлении асбопластиков. Часто применяют смеси разных волокон природных, а также смеси волокон природных с химическими волокнами.

Мировое производство волокон природных (млн. т/год) около 28, в том числе хлопка 21, лубяных волокон около 5, шерсти 1,3 (2003).

Лит.: Кукин Г. Н., Соловьев А. Н. Текстильное материаловедение: (Исходные текстильные материалы).

Текстильные волокна могут быть натуральными и химическими.

Натуральными называют такие волокна, которые встречаются в природе. Волокна состоят из веществ, относящихся к высокомолекулярным соединениям — полимерам. Из встречающихся в природе веществ к полимерам, например, относятся целлюлоза — основная часть растительных волокон, кератин и фиброин — основные белковые вещества, из которых состоят шерсть и шелк.

Важнейшее природное текстильное волокно — хлопок. На хлопкоочистительных заводах хлопок-сырец (семена хлопка, покрытые хлопковым волокном) очищают от попавших при сборе хлопка растительных примесей (частей коробочек, листьев и др.), а затем отделяют волокна от семян на специальных машинах-волокноотделителях. Потом волокно прессуют в кипы и отправляют на прядильную фабрику.

Длина волокон хлопка в основном чуть более 20 мм. Хлопковое волокно — тонкое, но прочное, хорошо красится. Из хлопка получают тонкую, равномерную и прочную пряжу и делают из нее самые разнообразные ткани — от тончайших батиста и маркизета до толстых обивочных тканей и корда для автомобильных шин.

Текстильные волокна получают также из стеблей и листьев растений. Такие волокна называют лубяными. Они бывают тонкие (лен, рами) и грубые (пенька, джут и др.). Из тонких волокон делают различные ткани, из грубых — мешковину, канаты и веревки.

Шерсть давно известна людям. Основную массу шерсти дают овцы. По своему значению для народного хозяйства шерсть занимает второе место после хлопка. У нее много очень ценных свойств: она легка, плохо проводит тепло и хорошо поглощает влагу. На фабриках первичной обработки шерсть освобождают от грязи и посторонних примесей. Волокна, одинаковые по своим свойствам, объединяют в общие партии. Из шерсти делают гладкую тонкую пряжу, а также пушистую, толстую. Ткани из гладкой пряжи прочны, легки, мало мнутся. Из них шьют различную одежду — платья, костюмы, пальто. Из пушистой и толстой пряжи вырабатывают тяжелые ткани (суконные), имеющие большую толщину и ворсистую поверхность. Шерсть является единственным натуральным волокном, из которого путем его свойлачивания (перепутывания волокон) можно получать различные войлоки и другие упругие и плотные материалы.

А натуральный шелк получают так. Когда гусенице тутового шелкопряда приходит время превращаться в куколку, чтобы затем стать бабочкой, она выпускает тонкую нить. С ее помощью гусеница прикрепляется к сухой ветке и сплетает из этой нити оболочку — кокон. Коконы собирают, прогревают паром и на специальных машинах разматывают. При разматывании соединяют нити нескольких коконов (от 3 до 30), которые прочно склеиваются между собой особым веществом — серицином, содержащимся в самих нитях. Такую нить называют шелком-сырцом. После скручивания шелка-сырца получают крученый шелк, из которого изготавливают красивый и прочный трикотаж.

Существует волокно минерального происхождения — асбест (горный лен), из которого изготавливают тепловую и электрическую изоляцию, пожарные костюмы и т. п.

Потребность в химических волокнах возникла уже в XIX в. Население планеты быстро росло, начинали развиваться новые отрасли техники, потребляющие в больших количествах волокно, и природного сырья — хлопка, шерсти, льна и шелка — не хватало.

Химическими называют 2 основных типа волокон — искусственные и синтетические. Наиболее простым для химической технологии конца XIX — начала XX в. оказалось создание искусственного волокна, получаемого химической переработкой природных высокомолекулярных соединений, например целлюлозы — главной составной части древесины. Большое значение созданию искусственного волокна из целлюлозы придавал великий русский химик Д. И. Менделеев. Он писал: «Пуд готовых волокон обойдется дешевле, чем пуд хлопка. В одном этом уже видна великая будущность…»

В настоящее время из целлюлозы получают вискозное медно-аммиачное, ацетатное и другие искусственные волокна. Они идут на изготовление штапельных и шелковых тканей, корда и многих других бытовых и промышленных изделий. Искусственные волокна дешевле натуральных и по ряду свойств превосходят их. Изменяя характер и режимы химической переработки целлюлозы в волокно, можно воздействовать на его прочность, химическую стойкость, эластичность, толщину. Однако возможности изменять свойства искусственных волокон все-таки ограниченны, так как в их основе лежит то же высокомолекулярное соединение, что и в основе натуральных.

Совсем другое дело — синтетические волокна, производство которых оказалось под силу только современной химии. Синтетические волокна производят полимеризацией относительно простых химических веществ-мономеров.

Используя различные по природе мономеры и направленно воздействуя на условия реакции полимеризации и процесс формования волокна из расплава или раствора полимера, можно синтезировать волокна со многими заранее заданными свойствами. Сырье для синтетических волокон практически неисчерпаемо — это нефть, природный газ, уголь и коксовый газ, отходы целлюлозно-бумажной, пищевой и других отраслей промышленности.

Стойкость к агрессивным средам, высокая механическая прочность, эластичность и другие ценные качества синтетических волокон сделали их незаменимыми для использования в современной технике.Особо прочный корд для покрышек колес современных автомашин, самолетов, канаты и тросы, превосходящие стальные, фильтровальные перегородки, полупроницаемые мембраны, многочисленные ткани — вот далеко не полный перечень применения только одного синтетического волокна — найлона. А ведь теперь промышленность выпускает десятки марок синтетических волокон — капрон, энант, лавсан, нитрон… И каждый новый вид волокна — это новые области его применения, иногда самые неожиданные.

Производство химических волокон можно условно разделить на 4 стадии.

Первая — получение исходного материала. Если сырьем для изготовления искусственных волокон служат природные высокомолекулярные соединения, то их предварительно очищают от примесей. Для синтетических волокон эта стадия заключается в синтезе полимеров. Затем приготовляют прядильную массу. На этой стадии полимеры растворяют или переводят в расплавленное состояние. Далее раствор или расплав тщательно очищают от нерастворившихся частиц и пузырьков воздуха и добавляют красители. Третья стадия — формование волокна. Это самая важная и ответственная операция. Прядильную массу продавливают через фильеру — диск с множеством мелких отверстий. Выходящие из отверстий тонкие струйки обдуваются воздухом, и волокно затвердевает благодаря испарению растворителя или охлаждению расплава. Последняя — отделка волокна. Волокна очищают от примесей, попавших на них в процессе формования. Нередко на этой стадии волокно также обрабатывают жиросодержащим раствором, чтобы придать ему большую скользкость. Это облегчает переработку волокна на текстильных предприятиях. Завершают производство химических волокон операции сушки и намотки волокна на шпули и катушки.

Волокно готово. Теперь его путь лежит на фабрики и заводы, где оно превратится в самые различные изделия.

Основу всех материалов и тканей составляю волокна. Друг от друга волокна отличаются по химическому составу, строению и свойствам. В основу существующей классификации текстильных волокон положено два основных признака – способ их получения (происхождение) и химический состав, так как именно они определяют основные физико-механические и химические свойства не только самих волокон, но и изделий, полученных из них.

Классификация волокон

С учетом классификационных признаков волокна делятся на:

— натуральные- химические.

К натуральным волокнамотносят волокна природного (растительного, животного, минерального) происхождения: хлопок, лен, шерсть и шелк К химическим волокнам – волокна,изготовленные в заводских условиях. При этом химические волокна подразделяются на искусственныеи >синтетические.

Искусственные волокна получают из природных высокомолекулярных соединений, которые образуются в процессе развития и роста волокон (целлюлоза, фиброин, кератин). К тканям из искусственных волокон относятся: ацетат, вискоза, штапель, модаль. Эти ткани прекрасно пропускают воздух, очень долго остаются сухими и приятны на ощупь. Сегодня все эти ткани активно используются производителями белья, а, благодаря новейшим технологиям, способны заменять натуральные.

Синтетические волокна получают путем синтеза из природных низкомолекулярных соединений (фенола, этилена, ацетилена, метана и др.) в результате реакции полимеризации или поликонденсации в основном из продуктов переработки нефти, каменного угля и природные газов.

Натуральные волокна растительного происхождения

Хлопок

Хлопком называют волокна, растущие на поверхности семян однолетних растений хлопчатника. Он является основным видом сырья текстильной промышленности. Собранный с полей хлопок-сырец (семена хлопчатника, покрытые волокнами) поступает на хлопкоочистительные заводы. Здесь происходит его первичная обработка, которая включает в себя следующие процессы: очистку хлопка-сырца от посторонних сорных примесей (от частиц стеблей, коробочек, камней и др.), а также отделение волокна от семян (джинирование), прессование волокон хлопка в кипы и их упаковку. В кипах хлопок поступает на дальнейшую переработку на хлопкопрядильные фабрики.

Хлопковое волокно представляет собой тонкостенную трубочку с каналом внутри. Волокно несколько скручено вокруг своей оси. Поперечный срез его имеет весьма разнообразную форму и зависит от зрелости волокна.

Для хлопка характерны относительно высокая прочность, теплостойкость (130—140 °С), средняя гигроскопичность (18-20%) и малая доля упругой деформации, вследствие чего изделия из хлопка сильно сминаются. Хлопок отличается высокой устойчивостью к действию щелочей. Стойкость хлопка к истиранию невелика.

Лняное волокно

Льняное волокно получают из стебля травянистого растения – льна. Для получения волокна стебли льна замачивают с целью разъединения лубяных пучков друг от друга и от соседних тканей стебля путем разрушения пектиновых (клеящих) веществ микроорганизмами, развивающимися при намокании стебля, а затем мнут для размягчения древесной части стебля. В результате такой обработки получают лен-сырец, или мятый лен, который подвергают трепанию и чесанию, после чего получают техническое льняное волокно (трепаный лен).

Элементарное волокно льна имеет слоистое строение, что является результатом постепенного отложения целлюлозы на стенках волокна, с узким каналом посередине и поперечными сдвигами по длине волокна, которые получаются в процессе образования и роста волокна, а также в процессе механических воздействий при первичной обработке льна. В поперечном сечении элементарное волокно льна имеет пяти- и шестиугольную форму с закругленными углами.

Натуральные волокна животного происхождения

Шерсть

Шерстью называют волосяной покров овец, коз, верблюдов и других животных. Основную массу шерсти (94-96%) для предприятий текстильной промышленности поставляет овцеводство.

Шерсть, снятая с овец, обычно очень сильно загрязнена и, кроме того, весьма неоднородна по качеству. Поэтому, прежде чем отправить шерсть на текстильное предприятие, ее подвергают первичной обработке. Первичная обработка шерсти включает следующие процессы: сортировку по качеству, разрыхление и трепание, мойку, сушку и упаковку в кипы. Овечья шерсть состоит из волокон четырех типов: пуха – очень тонкого, извитого, мягкого и прочного волокна, круглого в поперечном сечении переходного волоса – более толстого и грубого волокна, чем пух ости – волокна, более жесткого, чем переходный волос мертвого волоса – очень толстого в поперечнике и грубого неизвитого волокна, покрытого крупными пластинчатыми чешуйками.Шерсть, которая состоит преимущественно из волокон одного типа (пуха, переходного волоса), называют однородной. Шерсть, содержащая волокна всех указанных типов, называют неоднородной. Особенностью шерсти является ее способность к свойлачиванию, что объясняется наличием на ее поверхности чешуйчатого слоя, значительной извитостью и мягкостью волокон. Благодаря этому свойству из шерсти вырабатывают довольно плотные ткани, сукна, драпы, фетр, а также войлочные и валяные изделия. Шерсть обладает малой теплопроводностью, что делает ее незаменимой при выработке пальтовых, костюмно-плательных тканей и трикотажных изделий зимнего ассортимента.

Шелк

Шелком называют тонкие длинные нити, вырабатываемые шелкоотделительными железами шелковичного червя (шелкопряда) и наматываемые им на кокон. Коконная нить представляет собой две элементарные нити (шелковины), склеенные серицином – природным клеящим веществом, вырабатываемым шелкопрядом. Особенно чувствителен шелк к действию ультрафиолетовых лучей, поэтому срок службы изделий из натурального шелка при солнечном освещении резко уменьшается. Натуральный шелк широко используется при выработке плательных тканей и штучных изделий (головных платков, косынок и шарфов), швейных ниток.

Производство химических волокон и нитей включает в себя несколько основных этапов:

— получение сырья и его предварительную обработку — приготовление прядильного раствора и расплава — формование нитей и волокон- их отделку и текстильную переработку.

При производстве искусственных и некоторых видов синтетических волокон (полиакрилонитрильных, поливинилспиртовых и поливинилхлоридных) применяют прядильный раствор, при производстве полиамидных, полиэфирных, полиолефиновых и стеклянных волокон – прядильный расплав.

При формовании нитей прядильный раствор или расплав равномерно подается и продавливается через фильеры – мельчайшие отверстия в рабочих органах прядильных машин.

Струйки, вытекающие из фильер, затвердевают, образуя нити, которые затем наматываются на приемные устройства. При получении нити из расплава их затвердевание происходит в камерах, где они охлаждаются потоком инертного газа или воздуха. При получении нитей из растворов их затвердевание может происходить в сухой среде в потоке горячего воздуха (этот способ формования называется сухим), или в мокрой среде в осадительной ванне (такой способ называется мокрым). Фильеры могут быть различной формы (круглые, квадратные, в виде треугольников) и размеров. При производстве волокон в фильере может быть до 40 000 отверстий, а при получении комплексных нитей – от 12 до 50 отверстий.

Сформованные из одной фильеры нити соединяются в комплексные и подвергаются вытягиванию и термообработке. В результате этого нити становятся более прочными благодаря лучшей ориентации их макромолекул вдоль оси, но менее растяжимыми вследствие большей распрямленности их макромолекул. Поэтому после вытягивания нити подвергаются термофиксации, где молекулы приобретают более изогнутую форму при сохранении их ориентации.

Отделка нитей проводится с целью удаления с их поверхности посторонних примесей и загрязнений и придания им некоторых свойств (белизны, мягкости, шелковистости, снятия электризуемости).

После отделки нити перематываются в паковки и сортируются.

Искусственные волокна

Вискозные волокна – это волокна из щелочного раствора ксантогената. По своему строению вискозное волокно неравномерно: внешняя его оболочка имеет лучшую ориентацию макромолекул, чем внутренняя, где они располагаются хаотически.

Вискозное волокно представляет собой цилиндр с продольными штрихами, образующимися при неравномерном затвердевании прядильного раствора.

Вискозное волокно обладает хорошей гигроскопичностью (35-40%), светостойкостью и мягкостью. Вискозное волокно применяется при производстве тканей для одежды, бельевого и верхнего трикотажа, как в чистом виде, так и в смеси с другими волокнами и нитями.

Полинозное волокно – это модифицированное вискозное волокно. По свойствам оно приближается к хлопку. Полинозное волокно отличается однородной структурой поперечного сечения, имеет большую, чем вискозное волокно прочность. Волокно обладает повышенной упругостью. Область использования его аналогична вискозному.

Ацетатное и триацетатное волокна по своему строению аналогичны вискозному, но имеют более крупные бороздки вдоль волокна. Прочность ацетатного волокна ниже вискозного. Указанные волокна достаточно упругие, отличаются устойчивостью к действию микроорганизмов, светостойкие, обладают диэлектрическими свойствами. Область их использования аналогична области использования вискозного волокна.

Синтетические волокна

Полиамидные волокна – капрон, анид, энант – наиболее широко распространены. Исходным сырьем для него являются продукты переработки каменного yгля или нефти – бензол и фенол. Волокна имеют цилиндрическую форму, поперечное сечение их зависит от формы отверстия фильеры, через которое продавливаются полимеры. Полиамидные волокна отличаются высокой прочностью при растяжении, стойки к истиранию, многократному изгибу, обладают высокой химической стойкостью, морозоустойчивостью, устойчивостью к действию микроорганизмов. Основными их недостатками являются низкая гигроскопичность и светостойкость, высокая электризуемость и малая термостойкость. В результате быстрого “старения” они на свету желтеют, становятся ломкими и жесткими. Полиамидные волокна и нити широко используются при выработке чулочно-носочных и трикотажных изделий, швейных ниток, галантерейных изделий (тесьмы, ленты), кружев, канатов, рыболовных сетей, конвейерных лент, корда, тканей технического назначения, а также при выработке тканей бытового назначения в смеси с другими волокнами и нитями.

Полиэфирное волокно – лавсан, вырабатываются из продуктов переработки нефти. В поперечном сечении лавсан имеет форму круга. Одним из отличительных свойств лавсана является его высокая упругость, при удлинении до 8% деформации полностью обратимы. В отличие от капрона лавсан разрушается при действии на него кислот и щелочей, гигроскопичность его ниже, чем капрона (0,4 %), поэтому для выработки тканей бытового назначения лавсан в чистом виде не применяется. Волокно является термостойким, обладает низкой теплопроводностью и большой упругостью, что позволяет получать из него изделия, хорошо сохраняющие форму; имеют малую усадку. Недостатками волокна являются его повышенная жесткость, способность к образованию пиллинга на поверхности изделий и сильная электризуемость.

Лавсан широко применяется при выработке тканей бытового назначения в смеси с шерстью, хлопком, льном и вискозным волокном, что придает изделиям повышенную стойкость к истиранию и упругость. Он также с успехом применяется при производстве нетканых полотен, швейных ниток, гардинно-тюлевых изделий, технических тканей и корда. Кроме того, волокно используется в медицине для изготовления хирургических нитей и кровеносных сосудов.

Полиакрилонитрильное волокно– нитрон. Полиакрилонитрильные волокна вырабатываются из акрилонитрила – продукта переработки каменного угля, нефти или газа. Акрилонитрил полимеризацией превращается в полиакрилонитрил, из раствора которого формуется волокно. Затем волокна вытягивают, промывают, замасливают, гофрируют и сушат. Волокна вырабатываются в виде длинных нитей и штапеля. По внешнему виду и на ощупь длинные волокна похожи на натуральный шелк, а штапельные – на натуральную шерсть. Изделия из этого волокна после стирки полностью сохраняют форму, не требуют глажения. Волокно нитрон обладает рядом ценных свойств: по теплозащитным свойствам оно превосходит шерсть, имеет низкую гигроскопичность (1,5%), мягче и шелковистее капрона и лавсана, стойко к действию минеральных кислот, щелочей, органических растворителей, бактерий, плесени, моли, ядерным излучениям. По стойкости к истиранию нитрон уступает полиамидным и полиэфирным волокнам. Используется нитрон при производстве верхнего трикотажа, плательных тканей, а также меха на трикотажной и тканевой основе, ковровых изделий, одеял и тканей технического назначения.

Полиуретановое волокно – спандекс. Волокно, обладающее низкой гигроскопичностью. Особенностью всех полиуретановых волокон является их высокая эластичность – разрывное удлинение их достигает 800%, доля упругой и эластичной деформации – 92-98%. Именно эта особенность и определяет область их использования. Спандекс применяется в основном при изготовлении эластичных изделий. С использованием этого волокна вырабатывают ткани и трикотажные полотна для предметов женского туалета, спортивной одежды, а также чулочно-носочные изделия.

В разных странах синтетические волокна носят различные названия. В таблице приведено соответствие названий некоторых волокон для отдельных стран.

Добавить комментарий

Закрыть меню