Основные сведения о текстильных волокнах и тканях

Текстильные волокна относятся к классу высокомолекуляр­ных соединений. Они обладают прочностью, гибкостью, упру­гостью и используются для изготовления тканей и других тек­стильных изделий.

По происхождению и химическому составу различают глав­ным образом следующие волокна:

натуральные — растительного (хлопок, лен, пенька, джут) и животного (натуральный шелк, шерсть) происхож­дения;

химические — искусственные, получаемые главным об­разом из целлюлозы (вискозные, медно-аммиачные и ацетат­ные), и синтетические, получаемые из хлорвиниловой, поливи­ниловой, полиамидной, полиакриловой, полиэфирной смол (кап­рон, анид, нитрон, хлорин, лавсан и др.).

Текстильные волокна состоят из гибких вытянутых больших молекул, называемых макромолекулами. Для этих соеди­нений характерен весьма значительный молекулярный вес (на­пример, для хлопка 1 620 000—2 430 000, для льна 5 832 000, для вискозного волокна 50000—100000 и т. д.). Макромолекулы по­строены из многократно повторяющихся элементарных звеньев, связанных между собою силами главных валентностей; отсюда и название высокомолекулярных соединений — высокополимер­ные, или просто полимеры.

Количество элементарных звеньев, которые составляют мак­ромолекулу, называется коэффициентом полимеризации. Так, у целлюлозы хлопка (C₆H₁₀O₅)n коэффициент полимеризации п равен 10000—15000, у капрона [—HN(CH₂)₅CO]n он составляет 100—200. От величины п зависит длина макромо­лекул. Естественно, чем больше коэффициент полимеризации, тем длиннее молекула волокна и, что очень важно, тем оно прочнее, поскольку увеличиваются силы межмолекулярного взаимодействия.

Волокнистые материалы отличаются не только величине своих макромолекул, но и структурой, формой и степенью ориентации.

Структура может быть линейной, сетчатой и разветвленной Макромолекулы линейной структуры состоят из элементарных звеньев, каждое из которых связано с двумя сосед ними, образуя силы главных валентностей:

(здесь А — элементарное звено; например, у целлюлозы это С₆Н₁₀О₅). Из линейных макромолекул построены некоторые натуральные волокна ( хлопок, лен, джут, пенька), искусственные (вискозные, медно-аммиачные, синтетические (капрон, найлон, лавсан и др.). Сетчачая структура характеризуется тем, что линейные цепи связаны поперечными химическими связями:

Представителем сетчатой макромолекулы является волокно шерсти — кератин разветвленную структуру имеют соединения соединения, часть звеньев которых связан более чем с двумя соединениями соединениями:

Форма макромолекул оказывае влияние на физико-механические свойства волокон. Различают несколько форм волокон: вытянутую,изогнутую, извитую и разветвленную (рис. 1). В частности, вытянутая форма характерна для целлюлозы хлопка и других волокон растительного происхождения. В этом случае волокно приобретает большую механическую прочность, так как четче проявляются межмолекулярные связи. Извитую форму имеют макромолекулы кератина шерсти.

Степень ориентации макромолекулы в волокне, т.е. расположение их относительно продольной оси волокна, влияет на прочность последнего. Различают ориентированную, неориентированную и высокоориентированную структуры (рис. 2).

Рис. 1. Схематическое форм макромолекул: а - вытянутая; б – изогнутая; в - извитая, г – разветвленная.

Рис. 2. Схема волокон с макро­молекулами изображение возможных разной степени ориентации: а -неори­ентированными; б - ориентирован­ными, в – высокоориентированными.

Неориентированная структура макромолекул характеризуются чается тем, что они в волокне расположены хаотично. Волокна с такой структурой обладают малой прочностью. Ориентированное расположение отличается тем, что большая их часть ориентирована относительно продольной оси волокна, а меньшая расположена беспорядочно. В этом случае волокна обладают большей прочностью. Наконец, высокоориентированная структура характери­зуется высокой степенью ориентации макромолекул, что обес­печивает наибольшую прочность волокна.

Р ис. 3. Расположение молекулярных цепей целлю­лозы в волокне хлопка

На основании ряда исследований, в том числе посредством рентгеноскопического метода, установлено,что в структуре цел­люлозных волокон можно отметить кристаллические и аморф­ные области (рис. 3). В кристаллической области макромоле­кулы имеют относительно высокую степень ориентации, чего, нельзя сказать о макромолекулах аморфной области.