Основные сведения о ВМС

КЛАССИФИКАЦИЯ СИНТЕТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН

КЛАССИФИКАЦИЯ ИСКУССТВЕННЫХ ВОЛОКОН

КЛАССИФИКАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКОН

КЛАССИФИКАЦИЯ НАТУРАЛЬНЫХ ВОЛОКОН

КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ ВОЛОКОН

Для изготовления текстильных материалов и изделий используют раз­нообразные волокна. Поэтому их следует классифицировать с учётом про­исхождения, химического состава и других признаков. Знать волокнистый состав выбранных текстильных изделий (тканей, трикотажных, нетканых полотен и др.) необходимо, так как от него зависят их свойства, а также технология изготовления текстильных изделий, режимы влажно-тепловой обработки и правила ухода за ними. Существует большое число классификаций, в основу которых положен принцип либо происхождения (для натуральных волокон), либо состав основных слагающих веществ (для химических волокон). Волокна делятся на: натуральные и химические, последние делятся на искусственные и синтетические.

Натуральные волокна образуются в природе без непосредственного уча­стия человека. Натуральные волокна, состоящие из природных высокомолекуляр­ных соединений (ВМС) подразделяют на волокна растительного, живот­ного и минерального происхождения. К волокнам растительного происхождения относятся волокна, получаемые с поверхности семян (хлопок), из стеблей (лён, пенька, джут, рами, кенаф и др.), из листьев (манильская пенька – абака, сизаль и др.), из оболочек плодов (койр). К волокнам животного происхождения относятся: волокна, образуемые волосяной покров различных животных (шерсть) и волокна (нити), выделяемые шелкоотделительными железами гусениц тутового и дубового шелкопрядов (шёлк). Волокна растительного происхожде­ния состоят из целлюлозы, волокна животного происхождения – из белков. К волокнам минерального происхождения относится волокно асбест, залегающее в виде прожилок в горных породах.

Производство химических волокон с каждым годом увеличивается, так как сырье, используемое для производства химических волокон, более доступно и дешево по сравнению с натуральными волокнами. Этим сырьем являются продукты переработки нефти, каменного угля, природного газа и др., а также из отходов производства натуральных волокон, белков животного и растительного происхождения.

Химические волокна имеют ряд специфических свойств, превосходящих свойства натуральных волокон: высокую прочность, износостойкость, эластичность, упругость и другие. Они и были задуманы как заменители натуральных волокон. Химические волокна изготавливаются на химических заводах из природных и синтетических высокомолекуляр­ных соединений (полимеров). Химические волокна, получаемые из органических высокомоле­кулярных соединений (ВМС) и неорганических низкомолекулярных соедине­ний (НМС) делятся на: искусственные и синтетические.

Искусственные волокна получаются из природных органических ВМС, из отходов производства нату­ральных волокон (хлопкового пуха или дре­весной­ целлюлозы), а также из белков животного и расти­тельного происхожде­ния. К искусственным волокнам относятся вискозные, полинозные, медно­аммиачные, ацетатные и триацетатные волокна и другие (из высших углеродов), казеиновые, коллагеновые, зеиновые, соевые и дру­гие (из животных и растительных белков). К искусственным волокнам относятся также стеклянное, кварцевое (из соединений кремния), мед­ное, аллюминевое, серебряное (из металлов). Для производства стеклянного волокна используется бесщелочное или известково-натриевое стекло, а для кварцевого волокна используют чистый кремнезём (кварц). Для изготовления металлических нитей используют тонкие металлические нити, называемые волона, из меди, сплавов меди с никелем и другими металлами. К недостаткам вискозных, медноаммиачных и белковых воло­кон относятся значительная потеря прочности и износостойкости в мокром состоянии, повышенная сминаемость и усадка. Наибольшее применение из искусственных волокон получило вискозное волокно (и различные его модификации) благодаря хорошим гигиеническим свойствам, деше­визне и доступности исходного сырья.

Синтетические полимеры получаются в результате реакций по­лимери­зации или поликонденсации из высокомолекулярных соедине­ний путём синтеза из природных низко­молекулярных соединений. Сырьём для их производства являются продукты нефти и камен­но­угольной смолы. Синтетические волокна ха­рактеризуются высокой прочностью, водостойкостью, износостой­костью, эластичностью и устойчивостью к действию химических реа­гентов. В зависимости от химического строения синтетические полимеры де­лятся на карбоцепные и гетероцепные полимеры. Карбоцепные со­держат в ос­новной цепи только атомы углерода. Это волокна: полиакрилонитрильные – ПАН (нитроновые), поливинилспиртовые во­локна (винол), полиолефиновые (полипропиленовые, полиэтиленовые), поливинилхлоридные -ПВХ (хлорин), поливинилфторида - ПВФ (фторлон) и др. Гетероцепные соединения со­держат в основной цепи не только атомы углерода, но и другие элементы - кислород, азот и др. К таким волокнам относятся: полиамидные - ПА (ка­прон), полиэфирные – ПЭ (лавса­н), полиуретановые – ПУ (спандекс, лайкра и др.).

Каждое текстильное волокно состоит из нескольких веществ, но всегда в количественном составе преобладает одно, называемое основ­ным. Так, например, у всех натуральных волокон растительного проис­хождения и некоторых искусственных волокон (вискозного и др.) ос­новным веществом является целлюлоза.Химическая формула целлюлозы [– С₆Н₁₂О₅ –] _n. Сейчас применяется большое число различных видов текстильных волокон, вследствие этого число разнообразных по химическому со­ставу основных веществ, составляющих волокна, также велико. Это и является причиной, вызывающей различие свойств отдельных видов волокон. Однако у основных веществ, слагающих волокна, существует и много общего – все они относятся к высокомолекулярным соединениям (ВМС) называемыми полимерами.

Главные особенности высокомолекулярных соединений:

· молекулы ВМС состоят из большого числа (сотен и тысяч) атомов, кото­рые связаны между со­бой химической связью (обычно кова­лентной). Такие мо­лекулы назы­ваются макромолекулами;

· макромолекулы состоят из большого числа повторяющихся атомных групп, которые называются звеньями. Звенья соединяются между со­бой химической ковалентной связью, которая обеспечивает звеньям пространственность; число, которым выражают количе­ство по­вто­ряющихся звеньев, называют степенью полимеризации (СП). Степень полимеризации в среднем может иметь величину от не­скольких сотен до нескольких десятков тысяч;

· Число звеньев мо­жет существенно колебаться у отдельных макромо­лекул того же химического состава.

Следовательно, ВМС являются смесями молекул с различными коэффициентами полимеризации. Эта их особенность является полидисперсностью, что и объясняет особенности свойств ВМС.

Высокомолекулярные соединения, составляющие текстильные волокна и нити, не имеют четко вы­раженной температуры плавления. Они не переходят в газообразное состоя­ние, чаще всего размягчаются в процессе нагревания и плавятся, они труднораство­римы. Их растворы имеют высокую вязкость, что даёт возможность формовать из них химические волокна и нити.ВМС в зависимости от порядка расположения звеньев в макро­молеку­лах имеют разные структуры.

Различают три вида структур макромолекул ВМС:

· линейная (цепная) структура. В макромолекулах этой структуры ка­ждое звено связано только с соседними звеньями, поэтому макромоле­кулы пред­ставляют собой простую неразветвленную цепь главных ва­лентностей. Большинство текстильных волокон состоит из веществ, макромо­лекулы ко­торых имеют линейную структуру. Если ВМС состоит из одинаковых звеньев, то такое ВМС называ­ется простым полимером. Если чередуются звенья разного строения, то такое ВМС называ­ется сополимером. Если в ВМС чередуются группы звеньев, то тогда ВМС называ­ется блоксополимер;

· разветвленная структура. В макромолекулах этой структуры некото­рые звенья связаны более чем с двумя другими звеньями, образуя от­ветвления от главной цепи небольших боковых цепей;

· Сетчатая (пространственная) или трехмерная структура. В макро­молеку­лах этой структуры линейные цепи макромолекул связаны ме­жду собой по­пе­речными химическими свя­зями и образуют простран­ственные структуры. Макромолекулы линейной структуры обладают значительной гибко­стью, что даёт возможность поворота одних звеньев вокруг дру­гих, вследст­вие чего макромолекулы могут скручи­ваться, переходя из рас­прямлен­ного в изогнутое состояния.

ВМС имеют три вида строения:

· Кристаллическое, характеризующееся правильным расположе­нием моле­кул, образующих кристаллические решётки. Частицы тел подобного строения (кристаллы) имеют правильные многогранные формы;

· Аморфное, характеризующееся беспорядочным расположением молекул и имеющее три состояния: • стеклообразное; • высокоэластическое; • вязкоте­ку­чее;

· Смешанное, характеризующее совместное строение. Одни об­ласти вещества характеризуются высокой упорядоченностью строе­ния, т.е. являются кристаллическими, а связанные с ними области (соседние) могут быть малоупорядоченными – аморфными.

Волокнообразующие полимеры имеют сложную надмолекуляр­ную структуру, которая зависит от химической природы полимера и влияет на многие физико-химические свойства. Основной особенностью строения полимеров является наличие линейных (цепных) макромолекул с прочными внутримолекулярными химическими связями и относительно слабыми межмолекулярными взаимодействиями. Межмолекулярное взаимодействие тем больше, чем длиннее и распрямленнее макромолекулы. Волокнообразующие полимеры по своей надмолекулярной струк­туре относятся к фибриллярным соединениям. Пучки макромолекул соединяются за счет межмолекулярных сил и образуют более крупные формирования, называемые микрофибрил­лами. Микрофибриллы, в свою очередь, образуют крупные соединения - фибриллы. К волокнообразующим полимерам, которые используются для производства химических волокон и нитей, предъявляют следующие требования. Они должны иметь: сравнительно высокую степень полимеризации; вытянутую форму макромолекул, минимальное количество разветв­лений, отсутствие поперечных химических связей; способность растворяться и образовывать концентрированные рас­творы или плавиться и переходить в вязко-текучее состояние.

Фибриллы располагаются вдоль оси волокна или под сравни­тельно небольшими углами к ней. Лишь в некоторых случаях (у искус­ственных волокон) это расположение носит более случайный непра­вильный характер. При этом в структуре сохраняется общая тенденция молекул располагаться вдоль оси волокна. Фибриллярная структура волокон приводит к наличию в их теле большего числа продольных трещин, микропор и т.п., что оказывает влияние на многие физико-механические свойства (гигроскопические, тепловые, капиллярность и др.).

Дата добавления: 2014-01-05