Шерсть — волокно из снятого волосяного покрова овец, коз, верблюдов, кроликов и других животных. Шерсть, снятую стрижкой в виде цельного волосяного покрова, называют руном. Шерстяные волокна состоят из белка кератина, содержащего, как и другие белки, аминокислоты.
Шерстяные волокна под микроскопом можно легко отличить от других волокон — их наружная поверхность покрыта чешуйками. Чешуйчатый слой состоит из мелких пластинок в форме конусообразных колец, нанизанных друг на друга, и представляет собой ороговевшие клетки. За чешуйчатым слоем следует корковый — основной, от которого зависят свойства волокна и изделий из них. В волокне может быть и третий — сердцевинный слой, состоящий из рыхлых, заполненных воздухом клеток. Под микроскопом видна и своеобразная извитость шерстяных волокон. В зависимости от того, какие слои в шерсти присутствуют, она может быть следующих видов: пух, переходный волос, ость, мертвый волос (рис. 4).
Рис. 4. Волокна шерсти под микроскопом:
1— продольный вид; 2— форма поперечного среза волокон; а — тонкая
шерсть, б— полутонкая и полугрубая шерсть, в— ость, г— мертвый волос
Пух — тонкое, сильно извитое, шелковистое волокно без сердцевинного слоя. Переходный волос имеет прерывистый рыхлый сердцевинный слой, благодаря чему он неравномерен по толщине, прочности, имеет меньшую извитость.
Ость и мертвый волос имеют большой сердцевинный слой, характеризуются большой толщиной, отсутствием извитости, повышенной жесткостью и хрупкостью, малой прочностью.
В зависимости от толщины волокон и однородности состава шерсть подразделяют на тонкую, полутонкую, полугрубую и грубую. Важными показателями качества шерстяного волокна являются его длина и толщина. Длина шерсти влияет на технологию получения пряжи, ее качество и качество готовых изделий. Из длинных волокон (55—120 мм) получают гребенную (камвольную) пряжу — тонкую, ровную по толщине, плотную, гладкую.
Из коротких волокон (до 55 мм) получают аппаратную (суконную) пряжу, которая, в отличие от камвольной, более толстая, рыхлая, пушистая, с неровностями по толщине.
Свойства шерсти по-своему уникальны — ей присуща высокая свойлачиваемость, что объясняется наличием на поверхности волокна чешуйчатого слоя. Благодаря этому свойству из шерсти производятся фетр, суконные ткани, войлок, одеяла, валяная обувь.
Шерсть обладает высокими теплозащитными свойствами, имеет высокую упругость. Щелочи на шерсть действуют разрушающе, к кислотам она устойчива. Поэтому если шерстяные волокна, содержащие растительные примеси, обработать раствором кислоты, то эти примеси растворяются, а шерстяные волокна остаются в чистом виде. Такой процесс очистки шерсти называют карбонизацией.
Гигроскопичность шерсти высокая (15—17 %), превосходит все волокна, но в отличие от других волокон она медленно поглощает и отдает влагу, оставаясь на ощупь сухой. В воде она сильно набухает, площадь поперечного сечения при этом увеличивается на 30—35 %. В мокром состоянии удлинение волокон достигает 60 %. Увлажненное волокно в растянутом состоянии можно зафиксировать сушкой, при повторном увлажнении длина волокна снова восстанавливается. Это свойство шерсти учитывается при влажно-тепловой обработке швейных изделий из шерстяных тканей для сутюжки и оттяжки их отдельных деталей. При высыхании шерсть даёт максимальную усадку, поэтому изделия из неё рекомендуется подвергать химчистке.
Шерсть — достаточно прочное волокно, удлинение при разрыве высокое. Недостатком шерсти является малая термостойкость — при температуре 110—130°С волокна становятся ломкими, жесткими, снижается их прочность.
Из тонкой и полутонкой шерсти, как в чистом виде, так и в смеси с другими волокнами (хлопковыми, вискозными, капроновыми, лавсановыми, нитроновыми), вырабатывают камвольные и тонкосуконные платьевые, костюмные, пальтовые ткани, нетканые полотна, трикотажные изделия, платки, одеяла; из полугрубой и грубой — грубосуконные пальтовые ткани, валяную обувь, войлок.
Козий пух применяют в основном для выработки платков, трикотажных изделий и некоторых платьево-костюмных, пальтовых тканей; верблюжью шерсть — для производства одеял и национальных изделий. Из восстановленной шерсти получают менее качественные ткани, валяную обувь, нетканые материалы, строительный войлок.
Натуральный шелк по своим свойствам и себестоимости — ценнейшее текстильное сырье. Получают его разматыванием коконов, образуемых гусеницами шелкопрядов. Наибольшее распространение и ценность имеет шелк тутового шелкопряда, на долю которого приходится 90% мирового производства шелка (рис. 5).
Рис. 5. Натуральный шелк под микроскопом: 1 — продольный вид; 2 — форма поперечного среза
Родина шелка — Китай, где тутовый шелкопряд культивировался за 3000 лет до н. э. Получение шелка проходит следующие стадии: бабочка тутового шелкопряда откладывает яички (грену), из которых выводятся гусеницы длиной около 3 мм. Питаются они листьями тутового дерева, отсюда и название шелкопряда. Через месяц гусеница, накопив в себе натуральный шелк, через шелкоотделительные железы, расположенные по обе стороны тела, окутывает себя непрерывной нитью в 40—45 слоев и образует кокон. Намотка кокона длится 3—4 дня. Внутри кокона гусеница превращается в бабочку, которая, проделав отверстие в коконе щелочной жидкостью, выходит из него. Такой кокон для дальнейшей размотки непригоден. Коконные нити очень тонкие, поэтому разматывают их одновременно с нескольких коконов (6—8), соединяя в одну комплексную нить. Такая нить называется шелком-сырцом. Общая длина разматываемой нити составляет в среднем 600—1300 м. Линейная плотность коконной нити колеблется от 0,3 до 0,4 текс. Поперечник одной шелковой нити – 32мкм. Шелк-сырец выпускается линейной плотностью 1,0 и 3,2 текс.
Оставшийся после размотки кокона сдир (тонкая, не поддающаяся размотке оболочка, содержащая около 20 % длины нити), бракованные коконы перерабатывают в короткие волокна, из которых получают шелковую пряжу.
Из всех природных волокон натуральный шелк — самое легкое волокно и наряду с красивым внешним видом обладает высокой гигроскопичностью (11 %), мягкостью, шелковистостью. Цвет натурального шелка всегда имеет кремовый оттенок.
Натуральный шелк обладает высокой прочностью. Разрывная нагрузка шелка в мокром состоянии снижается на 5-15 %. Относительное разрывное удлинение в 2-2,5 раза больше, чем у хлопка. Доля упругой деформации достигает до 60 %, поэтому ткани из натурального шелка малосминаемы. Натуральный шелк устойчив к кислотам, к щелочам — нет, имеет низкую светостойкость, относительно низкую термостойкость (100—110°С) и высокую усадку. Из шелка вырабатывают платьевые, блузочные ткани, также швейные нитки, ленты, шнурки.
Химические волокна
Химические волокна появились в 19 веке. Производство включает в себя 5 этапов:
получение и предварительная обработка сырья;
приготовление прядильного раствора или расплава;
формование нитей;
отделка;
текстильная обработка.
Основным сырьём для получения химических волокон служат древесина, отходы хлопка, стекло, металлы, нефть, газ и каменный уголь. Из исходных продуктов получают полимер волокна, переводят его в состояние раствора или расплава и продавливают через отверстия в фильерах – устройствах со множеством отверстий различной формы. Струйки раствора или расплава затвердевают, образуя элементарные нити. Можно получать профилированные или полые волокна. Элементарные нити далее соединяют, вытягивают и скручивают.
Отделка нитей включает в себя промывку, сушку, крутку и термическую обработку для фиксации крутки, беление, крашение.
К операциям текстильной обработки относятся скручивание, фиксация крутки, перемотка и сортировка.
Жгут из элементарных волокон может разрезаться на пучки заданной длины от 40 до 350 мм, Отрезки нитей называют штапельными волокнами. Их перерабатывают в пряжу или изготавливают из них нетканые материалы. Название штапельных волокон включает в себя наименование волокна. Например, штапельные капроновые волокна. Если указано только слово «штапельное», то подразумеваются вискозные волокна.
Искусственные волокна
Вискозное волокно вырабатывается из целлюлозы, полученной из древесины хвойных пород.
Обычное вискозное волокно обладает мягкостью, растяжимостью, устойчивостью к истиранию, высокой гигроскопичностью (12%), светостойкостью. Однако при увлажнении эти волокна сильно набухают, что приводит к высокой усадке (до 16%) и в мокром состоянии теряют прочность до 60%, при высыхании прочность восстанавливается..
Высокопрочное вискозное волокно обладает более равномерной молекулярной структурой, что обеспечивает его прочность, устойчивость к истиранию и многократным изгибам.
Вискозное высокомолекулярное волокно является заменителем средневолокнистого хлопка. Оно более прочное, чем хлопок. Используется в смеси с хлопком и химическими волокнами и придаёт тканям шелковистость, формоустойчивость, уменьшает их усадку и сминаемость.
Полинозное волокно – модифицированная вискоза, является заменителем тонковолокнистого хлопка. Превосходит обычное вискозное волокно по прочности, упругости, износостойкости, но имеет более низкую гигроскопичность.
Линейная плотность волокон 0,2-0,7 текс. Длина волокна 14-120 мм. Пластическая деформация достигает 70%, поэтому вискозные материалы обладают сминаемостью. Волокно не термопластично и выдерживает обработку при 100-120°С.
Медно-аммиачное волокно. Сырьём является хлопковый пух, а растворителем – медно-аммиачный комплекс. Свойства волокна близки к свойствам вискозы, но вырабатывают его в небольшом объёме, так как для производства необходимо более дефицитное сырьё – медный купорос.
Ацетатное волокно вырабатывают путём ацетилирования целлюлозы хлопкового пуха. Первичный ацетат подвергается омылению и растворяется в смеси ацетона и этилового спирта, после чего из раствора формируют волокно.
Ацетат имеет меньшую прочность, воздухопроницаемость и гигроскопичность (6%), чем вискозное. В мокром состоянии теряет прочность до 30%. Упругость волокна значительно больше, чем вискозного, поэтому ацетатные ткани меньше сминаются. Волокно обладает меньшей усадкой, хорошими теплоизоляционными свойствами, высокой светостойкостью, равномерно окрашиваются и пропускают ультрафиолетовые лучи.
Температура плавления 250-260°С. Однако при температуре выше 140°С на изделиях появляются дефекты из-за низкой теплостойкости. Ацетат имеет малую стойкость к истиранию, повышенную электризуемость, сминаемость при стирке (возникают неустранимые заломы) и низкую химическую стойкость. Изделия нельзя кипятить и выкручивать.
Триацетатное волокно получается из первичного ацетата, растворённого в смеси метиленхлорида и этилового спирта. Превосходит по всем показателям свойств (кроме гигроскопичности) ацетат. Теплостойкость 150-160°С, термостойкость 300°С. В мокром состоянии меньше теряет прочность, обладает более высокой хемостойкостью. Недостатками волокна являются повышенная электризуемость, малая стойкость к истиранию, значительная жёсткость.
Белковые волокна. Исходными полимерами служат казеин (белок молока) и зеин (растительный белок). По гигроскопичности и растяжимости казеиновые и зеиновые волокна близки к шерсти. Они мягкие на ощупь, хорошие теплоизоляторы. Но их прочность невилина и снижается в мокром состоянии. Термостойкость волокон небольшая, они боятся горячей воды и растворов щелочей.
На основе крахмала получают волокно лактрон. Оно отличается лёгкостью, прочностью, растяжимостью до 45% и интенсивностью окраски. Лактрон относится к биологически разлагающимся волокнам. По показателям физико-механических свойств лактрон близок к полиэфирным волокнам и спользуется в смеси с шерстью, хлопком и полиэфирными волокнами для производства сорочечных и костюмных тканей.
Синтетические волокна.
Полиамидные волокна. Капрон, нейлон, анид, рильсан, энант, лилион, перлон, силон, стилон. Мономер капролактам получают из продуктов переработки каменного угля и нефти: бензола и фенола. Капрон обладает лёгкостью, упругостью, износостойкостью, не разрушается микроорганизмами и плесенью. Устойчив к действию щелочей любой концентрации и органических растворителей. Имеет самую высокую стойкость к истиранию, превосходящую в 10 раз хлопок, в 20 раз шерсть и в 50 раз вискозу. В мокром состоянии теряет прочность на 10%. Недостатки капрона – легкоплавкость (теплостойкость 65°С и термостойкость 160°С), низкие гигроскопичность (4%) и светостойкость, быстрое старение. Из-за гладкой поверхности волокна полхо сцепляются в смеси с другими волокнами, вылезают на поверхность изделия и образуют пилли, плохо окрашиваются, происходит спуск петель в трикотаже.
Шелон – модифицированное волокно, используют для лёгких блузочных и платьевых тканей.
Мегалон – модифицированное волокно, близкое по гигроскопичности (5-7%) к хлопку, но превосходящее его по прочности и износостойкости в три раза.
Трилобал – профилированное волокно, имитирующее натуральный шёлк. Профилирование придаёт волокну мягкость, пористость, глянцевость, что обеспечивает воздухопроницаемость и влагопроводность материалов.
Полиэфирные волокна. Сырьём для производства лавсана служат толуол и ксилол. Характерными свойствами являются лёгкость, упругость, морозостойкость, светостойкостью (уступает только ПАН), стойкость к плесени и гниению. По прочности и хемостойкости уступает капрону. Устойчив к действию кислот и нестоек к щелочам По теплостойкости превосходит все волокна (160-170°С). Лавсан хорошо сохраняет форму и пригоден для изготовления плиссированных и гофрированных тканей.
Основным недостатком является низкая гигроскопичность (0,5%), высокая электризуемость и плохая окрашиваемость.
Полиакрилонитрильные волокна (ПАН). Нитрон, панакрил, акрилан, орлон, пан, дралон, куртель, крилон и др. Получают синтезом из пропилена и аммиака. По упругим свойствам волокно находится между капроном и лавсаном, уступает им по прочности (капрону в 2 раза). Имеет самую высокую стойкость к светопогоде (кроме фторлона). По теплостойкости приближается к лавсану и выдерживает обработку при 180-200°С. Волокно шерстоподобно, по величине малой теплопроводности приближается к шерсти, легко чистится и не изменяет свои свойства в мокром состоянии, является биологически устойчивым (плесень, моль, микроорганизмы).
К недосоаткам относятся низкая гигроскопичность (1%), электризуемость, трудность окрашивания, по стойкости истирания уступает хлопку.
ПАН волокно устойчиво к действию кислот и органических растворителей, но разрушается щелочами. Волрокна легко поддаются модификации, что позволяет устранять их отрицательные свойства.
Полиуретановые волокна. Спандекс, лайкра, вирен. Волокна спандекс относятся к эластомерам, т.к. обладают высокой эластичностью Разрывное удлинение достигает 600-800%, восстановление размеров на 90% происходит сразу после снятия нагрузки. По устойчивости к истиранию в 20 раз превосходят каучуковую резину. Спандекс обладает лёгкостью, мягкостью, хемостойкостью, устойчивостью к действию пота и плесени, хорошо окрашиваются, придают изделиям упругость, формоустойчивость, эластичность и несминаемость. Спандекс не изменяет своих свойств в мокром состоянии.
К недостаткам относятся низкие гигроскопичность и термостойкость (150°С), невысокая прочность и светостойкость.
Применяют нити спандекс для изготовления эластичных лент, тканей и трикотажа, корсетных и медицинских изделий.
Поливинилхлоридные волокна (ПВХ). Равиль, термовиль, ПЦ, толон и др. Исходным сырьём для получения служат соляная кислота, этилен и ацетилен. Различают высокоусадочные волокна шерстяного и хлопкового типа и малоусадочные. Высокоусадочные волокна в два раза прочнее усадочных.
Прочность волокон в мокром состоянии не изменяется, но удлинение сильно увеличивается и составляет для высокоусадочных 35-50%, для малоусадочных 100-120%. Волокна не гигроскопичны (0,15%), не набухают в воде но имеют высокую паропроницаемость. Теплопроводность волокна в 1,3 раза ниже, чем у шерсти. ПВХ волокна морозостойки, стойки к действию микроорганизмов, плесени, щелочей, спирта и бензина. Волокна сильно электризуются, накапливая на поверхности отрицательные заряды, поэтому их применяют для изготовления лечебного белья. Такое белье рекомендуется для носки людям, страдающим радикулитом и ревматизмом. Лечебные свойства белья из хлоринового волокна заключаются в так называемом трибоэлектрическом эффекте. При трении волокон между собой и о кожу человека на поверхности белья накапливаются электростатические заряды, которые благоприятно воздействуют на организм. Однако указанное белье не вылечивает от болезни, а лишь снижает болевые ощущения.
При сушке в потоке горячего воздуха (свыше 70°С) волокна дают необратимую термоусадку, поэтому рекомендуется стирка изделий в тёплых моющих растворах без кипячения. Обработка на паровоздушном манекене, прессе и утюгом не допускается.
Модифицированное ПВХ волокно называется хлорин. Это матовое и малоупругое волокно.Его термостойкость ниже, чем других ПВХ волокон, но он обладает негорючестью. Гигроскопичность хлорина очень низкая. Однако хлорин не растворяется даже в царской водке, стойко к действию щелочей и окислителей.
Используют ПВХ волокна для ворса искусственного меха и ковров, трикотажа рельефных шелковых тканей, нетканых утеплителей, негорючих обивочных, портьерных и драпировочных тканей.
Поливинилспиртовые волокна. Винол, винал, винилон, винилан, мевлон и др. Поливиниловый спирт получают из поливинилового спирта, являющегося продуктом переработки ацетилена и уксусной кислоты путём омыления поливинилацетата. Единственное гидрофильное синтетическое волокно. По гигроскопичности и прочности винол приближается к хлопку, а по стойкости к истиранию в два раза его превосходит, уступая капрону. Винол стоек к действию мыльно-содовых растворов, в мокром состоянии теряет прочность на 15-25%. Светостойкость выше, чем у целлюлозных волокон. Винол водонерастворим и не дает усадки в горячей воде. Винол, содержащий большое количество гидроксильных групп, также легко поддается модификации с получением ионообменных, бактерицидных и волокон других видов. Винол—почти единственное волокно, которому может быть придано свойство водорастворимости.
Применяется винол в смеси с вискозными и натуральными волокнами для изготовления тканей бытового назначения, например для обработки брезентов, канатов, рыболовных сетей, транспортных лент и других технических изделий. Изделия из винола отличаются высокой износоустойчивостью, способны подвергаться горячей утюжке, сохранять форму и размеры при горячих влажных обработках, быстро высыхают.
Таким образом, химическая природа волокна обусловливает стойкость к действию кислот, щелочей, к органическим растворителям, микроорганизмам, светопогоде и другим воздействиям
Полиолефиновые волокна. Полиэтилен и полипропилен. Это самые лёгкие синтетические волокна, их плотность ниже, чем у воды. Они негигроскопичны и легкоплавки. Полиэтиленовые волокна теряют прочность при 100°С, полипропиленовые – при 80°С. Обладают высокой прочностью и устойчивостью к действию плесени, моли, микроорганизмов и моющих средств. Полиэтиленовые волокна прочнее полипропиленовых и меньше растягиваются. Полиолефиновые волокна обладают стойкостью к действию кислот, щелочей, окислителей, восстановителей. Из них вырабатывают прочные, нетонущие и негниющие канаты и материалы технического назначения. Используются они также для плащевых и декоративных тканей, основы и ворса ковров.
Стеклянные волокна обладают негорючестью, стойкостью к коррозии и биологическим воздействиям, хемостойкостью, высокой прочностью, хорошими электро-, тепло- и звукоизоляционными свойствами.
Из комплексных нитей получают ленты, ткани, сетки и нетканые материалы, а из волокон – холсты, вату и маты. Из нитей изготавливают огнестойкие декоративные ткани, театральные занавесы, абажуры, ковры и др.
Металлические нити получают путём многократного последовательного протягивания (волочения) проволоки из латуни, меди, никеля через волочильные доски с калиброванными отверстиями. Латунные и медные нити покрывают золотом и серебром с помощью гальваники. Нити бывают круглые, плоские, рисунчатые, блестящие и матовые. Нить, свитая в спираль, носит название канитель.
Разрезные нити получают путём разрезания плёночного материала на узкие ленты. В дальнейшем такие плоские ленты могут обвиваться вокруг сердечника из нитей вискозы, шёлка, синтетики. Алюнит – нить из алюминиевой фольги, дублированная с двух сторон полиэтилентерефталатовой плёнкой. Эта плёнка тонирована под золото, серебро или другой оттенок. К недостаткам алюнита относится его малая прочность. Кроме алюминия могут использоваться сплавы из меди, латуни, никеля. Таким способом получают нити л юрекс, ламе, метлон
Пластилекс – ленточки из полиэтеленовой плёнки, на которые в вакууме нанесён распылённый металл. Пластилекс прочнее алюнита и обладает некоторой эластичностью. При производстве люрекса из ниток на основе химической пленки, можно достигать не только прочности, но и разнообразия оттенков и цветов. Такая нить может проходить обработку в прядильных и ткацких машинах.
Метанит – металлизированные нити прямоугольного сечения. Из них вырабатывают платьевые и декоративные ткани с мерцающим блеском. Аналог метанита – «бить», плоская металлическая ленточка.
Металлизированную нить, полученную в процессе прядения, называют металликом. Она являет собой нить, состоящую из так называемого металлизированного волокна и основы (сердечника) из акрила, нейлона или хлопка. За счет металлизированной составляющей нить приобретает блеск, а благодаря акриловой основе становится более крепкой и эластичной. Такие нити используют для вышивального оборудования и производства тканей типа «парча».
Металлические нити применяют для изготовления погон, орденской ленты, изделий золотного шитья, декоративной ткани парчи и отделки нарядных тканей.