8.Характеристики структуры нитей
Строение (структура) нитей в значительной мере определяет их свойства и возможности использования. Обычно структура определяется размерами, формой элементов, из которых состоят текстильные нити, взаимным расположением элементов и их свойствами. Необходимо иметь в виду, что элементы в структуре нитей имеют много уровней (от мельчайших элементарных частиц до волокон и нитей). Однако при анализе структуры нитей, ее проектировании учитывается лишь первый уровень — волокна для пряжи, элементарные нити для комплексных нитей, пряжа или комплексная нить для крученых нитей и т. д. Моле¬кулярный уровень учитывается косвенно через свойства волокон, элементарных нитей и т. д.
Характеристики структуры включают характеристики элементов, их взаимного расположения и связей. Из характеристик элемента наиболее важными являются показатели размеров, формы, его состояния и свойств.
Применительно к пряже такими показателями являются длина и толщина волокон, неравномерность по этим показателям, их извитость, прочность, деформируемость и другие свойства, для комплексных нитей — толщина (тонина) элементарных нитей, неравномерность по этим показателям, показатели механических и других свойств.
Характеристики взаимного расположения элементов в нити весьма разнообразны, полной систематизации их еще нет. Отметим характеристики, получившие широкое распространение,— направление крутки, число волокон (нитей), распределение волокон в отдельных сечениях, полнота сечения, наполненность сечения, ворсистость.
Полнота сечения как числовая характеристика формы поперечного сечения нити может определяться несколькими методами. По Герцогу, полнота сечения Ко вычисляется по отношению площади фактического сечения нити Sф к площади круга S0, образованного описанной вокруг этого сечения окружностью. Для нитей, сечение которых существенно отклоняется от круга, Г. Н. Кукипым предложена иная характеристика — наполненность сечения Кэ, %, определяемая методом минимального эллипса,
На зарисованном контуре поперечного сечения нити прово¬дится максимальная хорда, принимаемая за большую ось эллипса (рис. 1.26). Посередине ее восстанавливается перпендикуляр, па котором откладывается малая ось Ь, размер которой выбирается таким, чтобы весь контур был описан эллипсом.
Тогда фактическая площадь сечения S4> может быть определена расчетным путем, если волокна в.нити одинакового сечения, или измерением и суммированием площади всех отдельных волокон в сечении. Расчетная площадь сечения нити по контуру
В качестве характеристик применяется также коэффициент сплющенности, который определяется отношением
Характеристики связи элементов структуры еще не разработаны. В настоящее время определяется лишь косвенный показатель связи элементов друг с другом — показатель интенсивности скрученности.
Пряжа состоит из волокон, распределенных более или менее равномерно по ее длине. Число волокон, хотя и колеблется по сечению, но вокруг среднего числа, которое зависит от толщины пряжи и волокон, ее составляющих. В результате скручивания волокна обвивают друг друга. Поперечное сечение пряжи неправильной овальной формы, приближающейся к кругу. Характерной особенностью пряжи является наличие кончиков волокон на ее поверхности (пушистость).
Большую роль играет расположение волокон в пряже. Так, в гребенной пряже волокна распрямлены, что обеспечивает ей при небольшой толщине прочность и гладкость. Наоборот, в аппаратной пряже волокна перепутаны и слабо распрямлены, что является причиной ее неравномерности, большой толщины, пушистости и пониженной прочности.
В работах показаны методы определения действительного расположения волокон в пряже путем введения в хлопчатобумажную кардную пряжу небольшого числа (3—7%) волокон, окрашенных в три цвета.
На ручном микротоме через 0,2 мм делали поперечные срезы пряжи, позволившие определить изменение положения отдельных волокон относительно контуров и оси пряжи. На рис. 1.27 показаны схемы положения волокна в 32 последовательных срезах пряжи 18,5 текс.
На рис. 1.28 показаны схемы расположения волокон в продольном направлении. Волокна в пряже располагаются, в основном, по винтовым линиям переменного шага и радиуса.
Широкое распространение получил метод изучения структуры пряжи (метод В. Мортона), при котором фиксируется положение волокон в пряже по ее длине . Согласно этому методу в пряжу зарабатываются предварительно окрашенные волокна. Препарат пряжи погружается в ванночку с жидкостью, имеющей коэффициент преломления, близкий к коэффициенту преломления неокрашенных волокон (раствор метилсалицилата). Положение в пряже окрашенных контрастных волокон фотографируется или зарисовывается под микроскопом.
В качестве характеристики расположения отдельных волокон по радиусу пряжи и по ее длине В. Мортоном предложен коэффициент миграции. Схема расположения волокон относительно геометрической оси пряжи показана на рис. I. 29, а, где S1, S2, ... — проекции соответствующих участков волокна (АВ, ВС, ...) на ось пряжи, a i1, i2 ... — разности между расстояниями от точек А, В, ... до оси пряжи.
Коэффициент миграции
Схема расположения волокон хлопчатобумажной пряжи при разной крутке показана на рис. I. 29, б.
Необходимо также изучать взаимное расположение волокон в пряже по поперечным сечениям, распределение разнородных волокон и волокон разной толщины, заполнение пряжи, формы ее сечения. Для этой цели используют автоматизированные оптические анализаторы, которые существенно сокращают время для определения характеристик структуры пряжи. Блок-схема установки с оптическим анализатором МОР-ЛМ/03 фирмы «Рейхарт» (Австрия) приведена на рис. 1.30.
Проекционный микроскоп Визопан1 позволяет проецировать с большим увеличением поперечный срез нити на магнитный экран 2. С помощью оптоэлектронного датчика 3 обводится контур сечения пряжи, волокон на экран 2. Возникающие при этом импульсы направляются через каналы измерения в запоминающее устройство вычислительного блока 4. Накопленные статистические данные измерения могут быть считаны с электронного табло 5 или же выданы на лепте печатающим устройством 6. На рис. 1.31 показано возможное взаимное расположение нитей (структура) для крученых нитей. Такую же структуру имеют комплексные крученые нити.
При трубчатой структуре нити располагаются как витки многоходового винта. Для стержневой структуры характерно наличие осевых одной или нескольких нитей, располагающихся в распрямленном виде вдоль оси, тогда как другие нити обвивают их. При штопорной структуре одна или несколько нитей па всей длине или очень длинных участках являются осевыми, а остальные их обвивают.
Г. Н. Кукиным были установлены условия, при которых возможно получение нитей перечисленных структур. Для трубчатой структуры — это малое число элементов (до 5), а площадь поперечных сечений и натяжение каждой нити одинаковы.
При большем числе элементарных нитей, их неравномерном натяжении и неодинаковых сечениях появляется стержневая структура. Штопорную структуру имеют нити, при кручении которых отдельные составляющие более натянуты. Аналогичный эффект может иметь место, если скручиваются сильно утоненные нити. При этом получаются нити с дефектами.
Отметим, что крученая нить при большом числе элементарных нитей имеет форму, близкую к цилиндрической, а составляющие ее нити располагаются кольцевыми слоями. Число нитей в слое
При одинаковом диаметре скручиваемых элементарных нитей коэффициент К = 6, тогда
Число элементарных нитей в комплексных нитях приведено в табл. 1.3
Особое место по строению занимают крученые армированные нити, в которых каркасные сердцевинные нити обвиваются текстильными или металлическими нитями. В качестве каркасных используют достаточно прочные нити из натуральных волокон, химические нити. В качестве обвивочных нитей применяют тонкую проволоку, в том числе из цветных металлов, узкие полоски фольги и др. Кроме того, в качестве обвивочных нитей могут использоваться отходы текстильного производства. Из армированных нитей изготовляют самые разные изделия (например, технического назначения, декоративные и др.).
Разнообразна структура текстурированных и фасонных нитей. К текстурировапиым нитям относят чаще всего синтетические нити, подвергавшиеся специальным воздействиям (кручению, прессованию, гофрированию, раздуванию и др.), в результате которых их структура, как и свойства, приобретает существенные изменения (рис. 1.32).
Нить эластик имеет высокие показатели объемности, спиральной извитости элементарных нитей и растяжимости. Нити мэрон, мэлан также высокообъемные, со спиральной извитостью элементарных нитей, но значительно большей их ориентацией. Эти нити имеют меньшую растяжимость, чем эластик. Нити гофрон, банлон и другие с повышенной объемностью плоскоизвиты, обладают малой растяжимостью, высокой пористостью и пониженной теплопроводностью. Эффект извитости текстурированпых нитей, полученных путем предварительной протяжки гладких синтетических нитей по острой кромке горячего ножа, меньше, чем у текстурированпых нитей, полученных другими способами, но элементарные нити сильно перепутаны. Текстурированные нити, получаемые при воздействии турбулентного воздушного потока, отличаются перепутанностью петлистых элементарных нитей. Такие нити могут быть изготовлены из любых нитей, в том числе и нетермопластичных..
К текстурированпым относят также нити, получаемые путем применения фильер с отверстиями не круглого, а фигурного сечения (см. рис. I. 13), бикомпонентные нити из полимеров, обладающих различной усадкой, и комбинированные из соединенных и скрученных текстурированых нитей с объемными нитями или с мычкой из разных штапельных волокон.
Особую группу по структуре представляют фасонные нити , которые в зависимости от способа получения разделяют На фасонную пряжу с заработанными в нее комочками волокон, в том числе другого вида и цвета, а также с периодически повторяющимися заметными утонениями и утолщениями.
Фасонные нити различной структуры показаны на рис. 1.33. Фасонные нити имеют основную нить (см. рис. 1.33, о), называемую стержневой или сердцевинной, нагонную (эффектную) нить 2, которая обвивается вокруг основной нити, закрепляющую нить 3, закручиваемую вокруг основной, но в обратном направлении для закрепления эффектов, полученных при первом кручении. В фасонной узелковой нити нагонная нить, навиваемая на стержневую нить при переменном натяжении, образует узелки. В зависимости от величины натяжения нагонной нити узелки могут быть плотными и относительно рыхлыми. Периодическое ослабление натяжения нагонной нити приводит к образованию петель и сукрутин. У застилистой переслежнстой нити составляющие компоненты имеют разные цвета или толщину. Нить с чередованием спирален н рыхлых петель известна под названием эпонж. Фасонная нить с ровничным эффектом включает плотную или рыхлую ровницу, часть ее может быть цветной. Нить с внешней обмоткой состоит из толстой стержневой нити, плотно обвиваемой другой питью. В качестве стержневой может быть использована резиновая нить. Синель состоит из двух скрученных нитей с ворсом.