Текстильные ткани химического происхождения

Классификация искусственных и синтетических волокон, их преимущества и недостатки

На протяжении столетий человек использовал для создания одежды и других предметов обихода натуральные ткани из шерсти, хлопка, льна, шелка, но со временем возникла необходимость в искусственных материалах, более прочных и надежных. Так появились искусственные волокна, обладающие качественно иными характеристиками по сравнению с органикой.

Под волокном понимается гибкая нить из натуральных или искусственных полимеров, используемая для изготовления текстильной продукции или пряжи.

Виды волокон

Если говорить о натуральных волокнах, то они могут быть минерального, животного или растительного происхождения.

Неорганические волокна создаются с использованием различных химических процессов.

Классификация на группы:

Искусственные волокна (добытые путем химической переработки из различного сырья). Для их производства чаще всего используются целлюлоза и пух.
Синтетические волокна. Эта разновидность добывается из синтезированных полимеров, а сырьем выступают циклогексан, фенол, этилен, бензол.

В современной промышленности для создания текстильной продукции широко производятся обе группы. Рассмотрим особенности каждой из них подробнее.

Искусственные волокна

Для получения искусственных волокон используются далеко не все полимеры, а только обладающие линейным строением. Их расплавляют или делают жидкими с помощью специальных растворителей. Получившуюся жидкость пропускают тонкой струей через сито с очень мелким плетением, в результате образуются длинные нити. Также можно добывать полимеры синтетическим способом, а потом укладывать в определенном порядке молекулы.

Самыми популярными искусственными волокнами являются ацетатное и вискозное. В роли исходного полимера выступает вискоза, полученная из древесины или же хлопчатобумажный пух, получаемый из семян хлопка. Для разжижения целлюлозы используют различные виды химических растворов, в зависимости от которых получаются разные волокна (ацетатные, казеиновые, медно-ацетатные, штапельные, вискозные). Искусственные волокна характеризуются сравнительно небольшой гигроскопичностью, но тем не менее они достаточно прочные.

Ацетатное волокно

Как получают ацетатное волокно:

Целлюлоза взаимодействует с уксусной кислотой под влиянием серной кислоты, в результате производят триацетат целлюлозу, растворяемую в смеси этанола и дихлорэтана.
Образуется вязкий густой раствор, который пропускают через металлические колпаки с большим количеством мелких отверстий (фильеры). Струи раствора через фильеры попадают в шахту, через которую проходит нагреваемый воздух.
В итоге растворитель постепенно выдыхается и появляются невесомые нити, из которых с помощью прядения и создается ацетатный шелк.

Впервые ацетатную ткань добыл в 1889 году француз Шардоне.

Ацетатное волокно широко используется в текстильной промышленности благодаря отличной износостойкости. Ткани из него практически не мнутся, не деформируются после стирки, хорошо сохраняют тепло, тактильно приятны.

К недостаткам можно отнести невысокую гигроскопичность и склонность к накоплению статических электрических зарядов. Из ацетатного волокна производят ткань для детской одежды, белья, платьев и блузок, мужских рубашек. Также применяют его и для изготовления изоляционного материала.

Вискозное волокно

Для получения вискозного полотна целлюлозу обрабатывают раствором сероуглерода и щелочи. Вискоза — тип ткани, мягкий на ощупь, гигроскопичный, воздухопроницаемый. Она равномерно и насыщенно окрашивается и долго сохраняет свои потребительские характеристики.

Наряду с достоинствами вискозное волокно имеет и ряд недостатков: ткани из него сильно мнутся и быстро истираются, что приводит изделия в негодность. Основное применение вискозы – пошив женской одежды, ведь из нее получаются воздушные юбки и невесомые топы.

Полиамидные – стойки к истиранию и устойчивы к растяжению, однако они сильно электризуются и практически не сохраняют тепло. Данный вид используется для изготовления тончайшего кружева, эластичных ниток, белья, канатов.

Интересен тот факт, что полиамидное волокно крайне неустойчиво к термическому воздействию. Так, при нагреве до 160 градусов, оно теряет прочность в два раза.

Полиэфирные волокна

К полиэфирным относятся лавсан, терилен, дакрон. Их общим недостатком является повышенная жесткость и электризуемость. Лавсан применяют для производства бытовых материалов.

Синтетические волокна

С развитием промышленности возникла потребность в новых, более прочных и практичных, тканях, которые будут выдерживать агрессивные среды. Во второй половине 30-х годов прошлого века были созданы методы синтеза волокнообразующих полимеров, а спустя несколько лет появились первые волокна синтетического происхождения.

Виды синтетических волокон:

полиэстерные (лавсан);
полиамидные (нейлон, капрон, энант);
полиолефиновые;
полиакрилонитрильные (нитрон).

Самым распространенным синтетическим волокном, используемым для создания тканей, является капрон, добываемый из капролактама. Смолу сперва расплавляют, а потом пропускают через фильеры, после чего стволы смолы охлаждают и добывают из них волокно.

Капрон. Капрон известен своей износостойкостью (по прочности его можно сравнить со сталью), химической устойчивостью, эластичностью. Капрон не подвержен гниению из-за того, что практически не впитывает влагу. Однако капрон не устойчив к термическому воздействию (плавится уже при 250 градусах по Цельсию), а также к влиянию концентрированной кислоты.

Из капрона шьют колготки, шарфы, носки, блузки, изготавливают искусственный мех и ковровые изделия, прочные рыболовные сети, производят специальный материал – каркас для авиа- и автопокрышек, фильтры.

Капроновая смола служит основой для деталей техники, подверженной повышенному износу. Капроновые нити используются в хирургии. Такая нить невероятно легкая, так, всего 1 грамм весят 9 километров волокна.

Нитрон. Не менее прочным и эластичным является нитрон. К его преимуществам относятся низкая теплопроводность и великолепная светостойкость. Нитрон не чувствителен к кислотам, но легко разлагается под влиянием концентрированного щелочного раствора. Из волокна изготавливают искусственный мех с ворсом и ковровое покрытие.

Лавсан, напоминающий шерсть, отличается от нее высокой прочностью. Пошитые из него изделия не нуждаются в глажке. Лавсан устойчив к органическим растворителям, но подвержен действию щелочи и кислоты. Часто лавсановые нити смешивают с другими волокнами, например, хлопком, льном, шерстью, для повышения их потребительских качеств. В промышленности его используют для изготовления декоративной ткани, искусственного меха, трикотажа, электроизоляционных материалов, шин, нефте- и бензиностойких шлангов.

Читайте также: Какие ткани образуют покровы ткани

Помимо вышеперечисленных волокон существуют и другие, не так широко применяемые виды узкого назначения (жаростойкие, биологически активные, полупроводниковые, сверхпрочные и т.д.). Так, перлон прочнее проволоки, хлорин не горит и не подвержен воздействию кислот и щелочей. Такие качества незаменимы при создании спецодежды из синтетических и искусственных волокон, прокладок в химических аппаратах, лечебного белья.

Широко известный эластан очень прочный, но подвержен выцветанию и деформации, поэтому его используют не в чистом виде, а в сочетании с другими материалами для повышения их качества.

Синтетическое волокно «Лола» уникально тем, что не горит, а лишь накаляется при температуре 1200 градусов Цельсия, поэтому его используют для пошива огнезащитной одежды.

Основные отличия искусственных и синтетических волокон

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

Если искусственное волокно производится на основе высокомолекулярных органических веществ (белок, кератин, целлюлоза), то синтетическое – на основе низкомолекулярных (не встречающихся в природе).
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.

Химические ткани

Трикотаж академик был создан, как дорогой премиальный материал. Таким он и остается на сегодняшний день .

Акрил используется для пошива и изготовления: верхней одежды; спортивной одежды; гипоаллергенных вещей; домашнего текстиля; пледов; .

Этот вид текстиля обладает уникальными эксплуатационными характеристиками, благодаря чему изделия, созданные из этой инновационной ткани, .

Этот вид текстиля является обивочным материалом и применяется в основном при производстве дорогих автомобилей, а .

Основной сферой применения этой прочной искусственной материи остается выпуск спецодежды, а также применение ткани в .

Эффектный материал часто используется для пошива весенних или летних изделий женского гардероба. Наиболее красиво смотрятся .

Материя используется в основном в качестве мебельной обивки. Причем отсутствие в составе вредных или опасных .

Основная сфера применения этого материала — пошив разнообразных элементов домашнего текстиля, включая постельное белье, шторы .

Ткань из ацетатных волокон в чистом виде и с различными примесями применяют для пошива одежды .

Основное назначение бифлекса — изготовление специализированной одежды для людей, выступающих на сцене. Однако нередко встречаются .

Каталог по алфавиту

Костюмная ткань — хит продаж весенне-осеннего сезона. Большой выбор расцветок позволяет подбирать ткань для разных моделей.

Ткани на все случаи жизни

Чтобы такое же мягкое, как в отелях. Подберем самое лучшее из сотен вариантов

Разберемся во всем многообразии тканей для штор

Выбираем самую стойкую и практичную

Лучшие материалы для тряпок и уборки

Выбираем стильную, практичную ткань для костюма

Какие ткани будут в тренде и самыми модными для платьев в 2020 году

Нашли ошибку, неточность или опечатку в тексте? Выделите её и нажмите Ctrl + Enter

Присоединяйтесь к нашим сообществам
в социальных сетях

Научная электронная библиотека

Никулин С. С., Пугачева И. Н., Черных О. Н.,

2.2. Химические волокна

Химическими волокнами называются волокна, получаемые путем химической переработки природных или синтетических высокомолекулярных соединений (рис. 3).

В зависимости от природы исходного полимера химические волокна подразделяются на искусственные и синтетические.

К искусственным относятся волокна, полученные химической переработкой природных высокомолекулярных соединений. К этому классу принадлежат волокна, вырабатываемые из целлюлозы (вискозное, медноаммиачное, ацетатное) и белков (казеиновое) (рис. 4).

К синтетическим относятся волокна, полученные из синтетических полимеров. В зависимости от строения макромолекул эти волокна в свою очередь подразделяются на гетероцепные и карбоцепные (рис. 5).

К гетероцепным относятся волокна, полученные из полимеров, макромолекулы которых, кроме атомов углерода, содержат в основной цепи другие элементы (кислород, азот, серу и др.).

К карбоцепным относятся волокна, полученные из полимеров, у которых основные цепи макромолекул построены только из атомов углерода.

Из гетероцепных синтетических волокон наибольшее значение приобрели полиамидные и полиэфирные, а из карбоцепных — полиакрилонитрильные, поливинилхлоридные, поливинилспиртовые и полиолефиновые.

Химическое волокно представляет собой одиночное волокно, которое образуется из струйки растворенного или расплавленного полимера, вытекающей из отверстия фильеры.

На предприятиях химических волокон вырабатываются:

— филаментные нити, состоящие из большого числа одиночных тонких волокон большой длины;

— штапельное волокно, представляющее собой короткие отрезки одиночных тонких волокон;

— моноволокно — одиночное волокно большой длины.

Филаментные нити могут быть подразделены на две большие группы:

— текстильные — тонкие крученые нити, используемые преимущественно для изготовления изделий народного потребления;

— кордные — более толстые нити повышенной прочности и повышенной крутки, применяемые в основном при изготовлении пневматических шин и резиновых технических изделий [7].

На практике применяют полимеры оптимальной степени полимеризации, обеспечивающие получение прочных и эластичных волокон, при сохранении достаточно высокой концентрации полимера в растворе и сравнительно невысокой вязкости раствора (табл. 6).

Читайте также: Как в китае называют ткань

Свойства химических волокон

Прочность при разрыве, ркм

Полностью обратимые удлинения %

Вискозное

Полиэфир-ное (лавсан, тирлен)

Увеличение молекулярной массы полимера выше определенного оптимума не только не улучшает, но в ряде случаев ухудшает свойства получаемых волокон. Этот и на первый взгляд неожиданный факт объясняется тем, что при увеличении молекулярной массы полимера и соответственно снижении его концентрации в прядильном растворе образуются более рыхлые агрегаты молекул. Наличие таких агрегатов приводит к получению волокон с менее плотной и упорядоченной структурой, обладающих худшим комплексом эксплуатационных свойств.

Эластичность волокна характеризуется отношением обратимого удлинения к общему. Важной характеристикой эксплуатационной ценности волокна являются величина и характер удлинения при приложении различных нагрузок. Чем больше нагрузка, при которой имеют место только обратимые удлинения, тем выше, как правило, эксплуатационная ценность волокна и получаемых из него изделий.

Соотношение обратимых и необратимых деформаций в значительной степени зависит от скорости деформации.

Чем больше скорость деформации, тем больше величина обратимых удлинений. Поэтому в зависимости от условий эксплуатации величина обратимых удлинений волокна может быть различной.

Начальный модуль (модуль эластичности) определяется нагрузкой (в кгс/мм 2 ), необходимой для вытягивания волокна на 1 % его первоначальной длины.

Чем больше величина начального модуля, тем труднее деформируется волокно при приложении к нему одной и той же нагрузки, и тем меньше изменяют форму изделия в процессе их эксплуатации. Величина начального модуля зависит от химической природы полимера и от интенсивности межмолекулярного взаимодействия. Чем больше гибкость макромолекул, тем легче деформируется волокно и тем меньше величина начального модуля.

Различные природные и химические волокна имеют разные значения начального модуля (табл. 7).

Свойства химических волокон

Гигроскопичность по относительной влажности воздуха, %

При повышении температуры величина начального модуля у всех волокон понижается. Высоким начальным модулем, не уступающим полиэфирному волокну, обладает и синтетическое волокно из поливинилового спирта. Полиамидные волокна и нити имеют сравнительно низкий начальный модуль, что является их существенным недостатком при переработке и эксплуатации. Более низкое значение начального модуля полиэфирного и полиакрилонитрильного штапельного волокна по сравнению с нитью объясняется тем, что в штапельном волокне ориентация макромолекул, как правило, ниже, чем в филаментных нитях.

Разница в величине начального модуля, определяемая различием химической природы полимера, может быть в известной степени уменьшена изменением степени ориентации в процессе формирования или последующей обработки волокна. Гигроскопичность волокна зависит в основном от характера функциональных групп в молекуле полимера. Известно, что чем больше взаимодействие между группами, т.е. чем полнее осуществлено их взаимное насыщение, тем труднее происходит их взаимодействие с молекулами воды. Этим обстоятельством объясняется более высокая гигроскопичность гидратцеллюлозных волокон, содержащих функциональные ОН-группы, но имеющих меньшее число водородных связей между макромолекулами по сравнению с природной целлюлозой.

К химическим волокнам также относят волокна, полученные из неорганических соединений (стеклянные, металлические, кварцевые, базальтовые и др.).

Достоинством всех органических волокон является их низкая плотность, что позволяет увеличить содержание волокнистого наполнителя для достижения большего армирующего действия [16].

К недостаткам химических волокон относится химическая инертность и наличие у них гладкой неразвитой поверхности. Эти свойства обуславливают недостаточную прочность связи между волокнами и эластомерной матрицей и, как следствие, снижение усиливающей способности. Когда поверхность волокон не обработана специальными составами, наблюдаются трудности и при распределении волокон в смеси [17].

Наибольшее распространение в резиновой промышленности находят вискозные, полиамидные и полиэфирные волокна. Из искусственных волокон в качестве наполнителей резин используют вискозные волокна. Вискозные волокна, полученные из природной целлюлозы, характеризуются весьма высоким начальным модулем, хорошими прочностными и усталостными свойствами, но вследствие значительного влагопоглощения они теряют прочность во влажном состоянии [9].

Благодаря особенностям своего строения, на поверхности промышленных вискозных волокон имеются тонкие продольные складки и поперечные продольные бороздки, волокна обладают наиболее высокой из всех органических волокон прочностью связи с резиной [18]. В последнее время разработан волокнистый наполнитель с обработанной поверхностью из вискозы. Он представляет собой коротко нарезанные вискозные комплексные технические нити длиной 4+2 мм, обработанные специальным аппретирующим составом, представляющим собой смесь латекса Л-4, Л-7 или ДМВП-10Х с резорцинформальдегидной смолой СФ-280 или СФ-282. Пропитка призвана обеспечить повышенную адгезию с эластомерной матрицей, исключить слипание отрезков и обеспечить диспергирование их в резиновой смеси [19].

В связи с развитием промышленности широкое распространение получили полиамидные волокна. Они вырабатываются на основе поликапроамида в виде непрерывных нитей. Полиамидные волокна характеризуются высокой прочностью, термостойкостью и усталостной выносливостью. К недостаткам этих волокон относят низкий модуль упругости, недостаточную устойчивость к фотоокислительным воздействиям, гладкую поверхность, что ухудшает их сцепление с полимерами.

К недостаткам полиамидных волокон, как и всех химических, следует отнести и трудность достижения требуемого фактора формы (отношение длины волокна к диаметру, L/D) [10]. Тем не менее, короткие полиамидные волокна нашли широкое применение в резинах, позволяя повысить модули материала. В [20] указывается на предпочтительность использования в литых шинах полиамидных волокон как обеспечивающих наиболее высокий уровень прочности в динамических и статических условиях при относительно высоком модуле.

Широкое распространение, особенно за рубежом, находят полиэфирные волокна. Преимущества их перед полиамидными волокнами заключаются в наличии высокого начального модуля, термостойкости, эластичности [5, 19]. Свойства эти обусловлены особенностью строения полиэтилентерефталата, являющегося основой для получения полиэфирных волокон, высокой жесткостью цепи и способностью к кристаллизации.

Читайте также: Сатин ткань какая ширина

Полиэфирные волокна характеризуются химической инертностью, имеют гладкую неразвитую поверхность. По этой причине они проявляют низкие адгезионные свойства, что в значительной мере осложняет возможность эффективного использования этих волокон для армирования различных резиновых изделий.

В последнее время широкое распространение получает волокно из ароматических полиамидов (кевлар), отличающееся от полиамида наличием 85 % амидных связей, присоединенных к ароматическим кольцам. По прочности это волокно значительно превосходит другие химические волокна [21], что обусловлено чрезвычайно вытянутой конформацией полимерной цепи. Полиарамидное волокно обладает химической стойкостью, сохраняет свои высокие механические свойства при повышенных температурах и присутствии влаги.

Менее известны пока в резиновой промышленности и, в частности, как волокнистые наполнители, полиакрилонитрильные и поливинилспиртовые волокна. Полиакрилонитрильные волокна обладают достаточно высокой прочностью, термостойкостью, стойкостью к световым и атмосферным воздействиям [22]. К недостаткам их относят невысокую стойкость к истиранию, к действию щелочей и кислот. Есть данные [23] об использовании полиакрилонитрильных волокон в качестве наполнителя резин для клиновых ремней.

Поливинилспиртовое волокно, несмотря на высокую прочность, высокомодульность, стойкость к действию кислот, щелочей, нефтепродуктов, а также довольно хорошие адгезионные свойства по отношению к полимерам, имеет существенные недостатки, ограничивающие возможность его использования в качестве армирующего материала. Эти недостатки связаны как с особенностями его производства, узкой сырьевой базой (т.к. поливинилспиртовое волокно получают омылением поливинилацетата, что и сужает сырьевую базу), необходимостью обработки сшивающим агентом, сравнительно высокой стоимостью производства, так и с высокой гигроскопичностью [5, 7].

Отмечают [24], что использование коротких термостойких волокон, таких как арамид, терлон, фенилон, оксалон, увеличивает сопротивление тепловому старению и морозостойкость вулканизатов на основе фторкаучуков.

В [25] показана возможность применения смеси органических волокон различных типов в качестве наполнителей. Предлагается использовать органические волокна в протекторах шин, в первом слое каркаса и в брекерном поясе радиальных шин для повышения жесткости.

Органические волокна применяют в качестве наполнителей резин, слоев сжатия — растяжения клиновых ремней. Резины, наполненные органическими волокнами, предлагают применять в качестве сердечника, заменяющего каркас некоторых видов лент.

Углеродные волокна применяют, главным образом, в составе таких материалов, к которым предъявляются требования высокой механической прочности, жесткости и химической стойкости наряду с небольшой массой.

Углеродные волокна — продукты пиролиза органических (целлюлоза, полиакрилонитрил) волокон. С увеличением содержания углерода прочность и эластичность углеродных волокон повышается. Для углеродных волокон характерны высокие удельные механические свойства (благодаря невысокой плотности), стойкость к действию высоких температур, тепловому старению, электропроводностью. Недостатками являются низкие износостойкость и стойкость к окислителям, а также хрупкость [26].

Известны случаи армирования углеродным волокном термопластов. В ряде исследований изучалась возможность использования углеродного волокна для армирования резин. По поведению в резиновых смесях и резинах углеродные волокна близки к стеклянным. Введение углеродных волокон в смеси на основе фторкаучуков приводит к получению резин с малой величиной остаточной деформации сжатия. Прочностные свойства резин, наполненных углеродными волокнами, являются самыми низкими по сравнению с остальными типами волокон, хотя отмечают [7] повышение прочностных показателей при их испытании в области температур свыше 200 0 С. Природа поверхности углеродного волокна оказывает большое влияние на его взаимодействие с полимерной матрицей. Указывается, что применение в композитах оксидированного углеродного волокна повышает их устойчивость к действию агрессивных сред.

В качестве наполнителей широко применяются стеклянные волокна. Свойства стеклянных волокон определяются составом стекла и условиями формирования волокон из расплавленной стекломассы. Поверхность стеклянных волокон в процессе вытяжки покрывают замасливателями для защиты волокон от разрушения при трении друг о друга и о детали перерабатывающего оборудования. Такие замасливатели ухудшают адгезионное взаимодействие между волокном и связующим, в результате чего ухудшаются свойства композиционного материала. По сравнению с другими волокнами, применяемыми для усиления эластомеров, стеклянные волокна характеризуются более высокой прочностью, модулем упругости, отсутствием текучести при длительной нагрузке [27], устойчивостью к термической деструкции в пределах возможных для резины температур, а также гидролитическому влиянию, и невысокой стоимостью. Стеклянные волокна равномерно и быстро распределяются в матрице эластомера при введении [19, 28].

Существует много областей применения стеклянных волокон в качестве наполнителя эластомеров. Показана эффективность применения коротких отрезков стекловолокна в деталях шин различного назначения и конструкции [15, 25].

Однако исследователи [29] отмечают, что достоинства стеклянных волокон проявляются не в полной мере в связи с инертностью их поверхности. К недостаткам стеклянных волокон относятся незначительная стойкость к утомлению при динамической нагрузке, а также хрупкость, вследствие которой короткие стеклянные волокна, обладающие оптимальным фактором формы, сильно измельчаются при переработке композитов на резиноперерабатывающем оборудовании и уменьшают свое усиливающее действие. Недостатками являются и высокая плотность волокна, приводящая к повышенной массе изделий, и значительный абразивный износ оборудования в процессе переработки стеклонаполненных композитов [19, 28]. Внимание исследователей было обращено и на использование в качестве наполнителей резин отрезков латунированной стальной проволоки. Введение их в резиновые смеси повышает сопротивление порезам и придает композитам повышенную жесткость, сопротивление раздиру, способствует снижению теплообразования. Ограниченность применения отрезков стальной проволоки для армирования резин обусловлена ее высокой плотностью, а также низкой изгибоустойчивостью и склонностью к разрушению в процессе переработки [30, 31].

Геометрические характеристики химических волокон представлены в табл. 8.

Геометрические характеристики химических волокнистых наполнителей

Диаметр или размер поперечного сечения, мкм

Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом