Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Ивановская государственная текстильная академия"

Кафедра химии

Химическое Строение и свойства текстильных волокон

Методические указания

для студентов технологических специальностей

Иваново 2003

Методические указания разработаны для изучения дисциплины «Химическая технология текстильных материалов» студентами технологических специальностей. В них рассмотрены химическое строение и свойства текстильных волокон.

Составители: канд. техн. наук, доц. Никольская С.А.,

канд. техн. наук, доц. Циркина О.Г.

Научный редактор канд. хим. наук, проф. Л.А. Гарцева

Текстильные волокна

1. Классификация

По происхождению все текстильные волокна делятся на природные и химические. Химические производятся на химических предприятиях из натурального (искусственные) и синтетического (синтетические) сырья. По строению главных цепей макромолекул синтетические волокна делятся на карбоцепные (построенные только из атомов углерода) и гетероцепные (содержащие кроме углерода другие атомы – О, N). Схема классификации представлена на рис. 1.

Рис. 1. Классификация текстильных волокон

На текстильном рынке в настоящее время доминируют целлюлозные (хлопок, лен, вискоза) волокна. Однако постоянно растет выпуск химических и в первую очередь синтетических волокон, которые по объему производства приблизились к хлопку. Из синтетических самыми динамично развивающимися являются полиэфирные волокна. Они занимают второе после хлопка место, затем идут полиамидные и полиакрилонитрильные. Динамика мирового производства волокон дана на рис. 2.

Рис. 2. Динамика мирового производства

текстильных волокон

Важной тенденцией в ассортименте текстильных материалов является увеличение выпуска смешанных тканей и, прежде всего, смесей из природных (хлопок, шерсть) и синтетических полиэфирных волокон.

2. Структура волокон

Независимо от своего происхождения все текстильные волокна являются высокомолекулярными соединениями (имеющими большую молекулярную массу), полимерами (состоящими из многократно повторяющихся звеньев). Свойства текстильных волокон зависят от их структуры. Структура волокна имеет три уровня.

Первый уровень – молекулярная структура, которая включает химическое строение и геометрию отдельных макромолекул и их звеньев.

Второй уровень – надмолекулярная структура, которая характеризует взаимодействие между макромолекулами, различные виды структурных образований макромолекул.

Третий уровень – микроструктура, которая показывает характер внешней и внутренней поверхности волокон.

2.1. Молекулярная структура

Молекулярная структура волокна (первичная структура) оказывает первостепенное влияние на формирование надмолекулярной и микроструктуры волокна.

Молекула полимера построена из многократно повторяющихся звеньев (остатков мономеров), соединенных ковалентными связями. Рассмотрим, например, образование полимера полипропилена из мономера пропена.

Молекулярная масса полимера равна произведению массы элементарного звена (остатка мономера) и степени полимеризации (n). Природные полимеры (кроме фиброина шелка) отличаются от химических высокой степенью полимеризации. Это обусловлено ограниченной возможностью приготовления прядильных растворов и расплавов определенной вязкости, позволяющих продавливать их через фильеры.

От величины молекулярной массы зависят прочностные характеристики волокна, поскольку, во-первых, они зависят от суммарного межмолекулярного взаимодействия а во вторых, прочность волокна является функцией микродефектов в волокне, а каждый конец молекулы является дефектом структуры.

Общим для всех полимеров является цепное строение макромолекул. Цепь может состоять из одинаковых звеньев (–А–А–А–А–) – гомополимеры и разных – сополимеры с регулярным (–А–Б–В–А–Б–В–) и случайным (–А–А–Б–А–В–В–) чередованием различных звеньев.

Приведенные схемы соответствуют линейным полимерам ( ), кроме них существуют разветвленные ( ) и редкосшитые, сетчатые полимеры – шерсть, ПВС ( ). Из трех видов полимеров наибольшей гибкостью обладают, конечно, линейные.

Макромолекулы линейных, разветвленных и редкосшитых полимеров могут иметь различные формы конформаций (рис. 3).

Рис. 3. Различные формы конформаций макромолекул

полимера:

1- вытянутая; 2- складчатая; 3- статический клубок; 4- глобула;

5- α-спираль

В различных надмолекулярных структурных зонах одного и того же полимера макромолекулы могут иметь различную конформацию. Так в кристаллических областях они чаще всего имеют вытянутую, а в аморфных – изогнутую и складчатую формы. При изменении внешних условий возможны конформационные переходы.