Лекція №3 Будова та властивості луб’яних волокон

Елементарними називаються одиничні волокна, що входять до складу луб’яних пучків або розміщені поодинці в коровій частині рослин.

Елементарні волокна являють собою окрему витягнуту, закриту з обох кінців клітину з потовщеними стінками, що мають всередині порожнину. Кінці цих клітин і поперечний переріз їх у різних лубоволокнистих рослин можуть бути різними (рис. 1,2).

Льон Коноплі Джут Рамі

Рис. 3.1. Поперечні зрізи елементарних волокон:

а – середня частина волокна;

б – кінець волокна.

Рис. 3.2. Елементарне волокно льону

Довжина і розміри поперечного перерізу елементарних волокон сильно коливаються не тільки у луб’яних рослин різних видів, але і в межах одного виду і навіть однієї стеблини. Середні значення цих розмірів наведені в табл. 3.1.

Волокно	Середня довжина, мм	Найбільша довжина, мм	Середня товщина, мкм
Льон	17-20	130	12-17
Коноплі	10-14	65	14-17
Кенаф	3	6	20

Луб’яні волокна складаються з різних речовин, основною з яких є целюлоза. Крім целюлози, до складу волокон входять геміцеллюлоза, пектинові речовини та лігнін. Целюлоза надає волокну таких цінних властивостей, як міцність на розрив, гнучкість і еластичність, тоді як нецелюлозні речовини надають волокну жорсткості, а іноді й призводять до зниження міцності. Зразковий хімічний склад деяких луб’яних текстильних волокон наведено у табл. 3.2.

Волокно	Целюлоза, %	Лігнін і пектинові речовини, %	Вода та інші речовини, %
Льон	80	3	17
Коноплі	77	9,5	13,5
Кенаф	65	23	12

Елементарні волокна утворюють пучки, в яких вони з’єднані (склеєні) серединними пластинками, що складаються, головним чином, з пектинових речовин. Іноді серединна пластинка просочена лігніном, тобто одеревіла.

Лігнін — це речовина, що надає крихкості та жорсткості елементарним волокнам і пучкам. Лігнін може просочувати і стінку волокна або розташовуватися в кутках — у місцях з'єднання декількох клітин, утворюючи вузли або пояски одеревіння.

Волокно рамі не містить лігніну, а у кенафу та джуту одеревінню піддаються не тільки серединні пластинки, але й волокна. У цих рослин лігнін утворюється спочатку в серединних пластинках, а в процесі подальшого росту— у стінках елементарних волокон. Волокно у невчасно зібраних (перестиглих) стебел завжди більш одеревіле, ніж у стебел, зібраних в строк. У прикореневих частинах стебла одеревіння завжди сильніше, ніж у верхівкових.

Структура елементарних волокон усіх луб’яних рослин має багато спільного. Стінка елементарного волокна (рис. 3.3) складається з трьох шарів або оболонок, які відрізняються в основному хімічним складом:

- первинної оболонки, що складається з целюлози, геміцелюлози, пектинових речовин та іноді лігніну;

- вторинної оболонки, що також складається з целюлози, але з меншим вмістом інкрустуючих речовин; при великому збільшенні можна побачити, що вторинна оболонка неоднорідна і має декілька більш тонких шарів;

- третинної оболонки — тонкої плівки, що є залишком протоплазми.

Рис. 3.3. Структура клітинної стінки елементарного волокна льону:

1 — первинна стінка; 2 —первинний шар вторинної стінки;

3 — вторинний шар вторинної стінки; 4 — третинна стінка.

Крім шаруватості, структуру елементарного волокна характеризують смугастість і зсуви (рис. 4). При розгляді волокна під мікроскопом після обробки певним реактивом (наприклад, мідно аміачним) на ньому знаходять смуги або штрихи. Вони розташовані уздовж волокна під невеликим кутом до його осі. Напрям штрихів відповідає орієнтації молекулярних скупчень — фібрил, з яких складається стінка волокна.

Зсуви, що спостерігаються під мікроскопом у вигляді здуття і місцевих потемнінь, з'являються у волокні в процесі росту, а також під час механічної обробки стебел.

Для переробки в пряжу луб’яні волокна надходять у вигляді технічного волокна. На рис. 3.5,а зображена його будова.

Рис. 3.5. Будова технічного волокна

а — пучок; б— комплекс пучків

Сполучені серединними пластинками елементарні волокна в пучку взаємно зсунуті за довжиною. Пучок виявляється як би неперервним за всією довжиною стебла. Бічними відгалуженнями (анастомозами) ці неперервні пучки з'єднуються один з одним на всьому протязі стебла (рис. 3.5,б). Таким чином, утворюється пружна сітка — сітчастий каркас, що забезпечує гнучкість усієї конструкції стебла, і запобігає його зламу та захищає шари анатомічних тканин, які знаходяться всередині. Сітки, що мають таку саму будову, утворюють шари пучків вторинних волокон. Відгалуження пучків у радіальному напрямі з’єднують ці концентричні шари один з одним (якщо цих шарів декілька, як у кенафу). Таким чином, сітка вторинних волокон є багатошаровою. Між сіткою первинних і сіткою вторинних волокон зв'язку у вигляді відгалужень пучків немає, і вони легко можуть бути розділені. Міцність технічного волокна залежить від міцності, довжини, товщини, кількості елементарних волокон, а також міцності з’єднань їх в жмути. Остання залежить від хімічного складу клеючих речовин, основними з яких є пектини, геміцелюлози та лігнін. Наявність лігніну підвищує міцність з’єднань, але при цьому й підвищує жорсткість та хрупкість технічного волокна.

Властивості технічного волокна залежать від природних чинників, а також чинників, обумовлених умовами та технологією виділення його із стебел. Головною, практично дуже важливою властивістю технічного волокна є міцність.

Міцність технічного волокна залежить від міцності елементарних волокон, а також від їх довжини та тонини. Більш довгі й тонкі елементарні волокна забезпечують велику поверхню взаємного стикання — велику поверхню спайок, за рахунок чого міцність технічного волокна підвищується. Міцність спайок, у свою чергу, залежить від хімічного складу клеючих речовин (пектину та лігніну у волокон деяких видів). Лігнін збільшує міцність спайок, а отже, технічного волокна.

У кенафу, джуту та інших луб’яних рослин з короткими елементарними волокнами і високим ступенем одеревіння міцність технічного волокна значною мірою обумовлена цементуючим впливом лігніну, а у льону з відносно довгими елементарними волокнами — величиною поверхні взаємного стикання волокон, тобто їх довжиною та тониною.

Міцність лубового технічного волокна знаходиться в межах (30. . .60) 107 Па. За міцністю волокна розташовуються в такому порядку (по низхідній): льон, коноплі, кенаф, джут.

Усі луб’яні_волокна характеризуються малим відносним подовженням при розриві.

Іншою важливою властивістю технічного волокна є гнучкість, на яку впливають ті самі чинники, що й на міцність: волокно, яке складається з більш коротких елементарних волокон і є більш одеревілим, звичайно менш гнучке. З луб’яних волокон найбільшу гнучкість мають льон і рамі. Чим вище гнучкість технічного волокна, тим більше його цінність.

Прядильні властивості та гнучкість луб’яних волокон значною мірою обумовлюються їх поперечними розмірами. З більш тонких волокон можна виготовити більш тонкі й міцні тканини. Лінійна щільність льону знаходиться в межах 5-7, конопель— 8-65, кенафу — 4-6,5, джуту — 2,5-5,5 текс.

Відмітною особливістю технічного волокна конопель є його стрічкуватість, яка пояснюється тим, що в стеблі конопель волокнисті пучки щільно прилягають один до одного, а не ізольовані прошарками паренхіми. Зчепленість пучків можна зменшити більш тривалою біологічною обробкою стебел (мочінням). Цим користуються при отриманні ниткового прядива, що використовується для виробництва пряжі та тканин. Воно помітно тонше за канатне прядиво, в якому зв'язки між волокнистими пучками під час біологічної та подальшої механічної обробки порушуються незначною мірою. Зчепленістю пучків пояснюється і порівняно висока лінійна щільність прядива.

Специфічною особливістю технічного волокна всіх луб’яних культур є здатність його до дроблення та розщеплювання в поздовжньому напрямі в процесах чесання, прядіння й обробки. Дана властивість пояснюється будовою волокнистої тканини. У результаті розщеплювання тонина волокна помітно підвищується, а довжина волокнистих комплексів знижується. Наприклад, у лляній пряжі мокрого прядіння довжина комплексів дорівнює 60-70 мм, а лінійна щільність — 2,5-3,5 текс.

Важливою властивістю_лубяних волокон є їх висока гігроскопічність. Гігроскопічність волокна підвищується зі збільшенням вмісту в ньому геміцелюлози, пектину та лігніну. Прикладом може бути волокно джуту або кенафу, що містить великий відсоток цих речовин: воно може вбирати до 27% вологи, залишаючись на дотик сухим. При збільшенні вологості до певного значення у луб’яних волокон підвищується їх міцність і подовження при розтягуванні. Підвищення міцності лляного волокна можливе до 40 % порівняно з міцністю волокна в сухому вигляді, волокна кенафу— до 10 %. Збільшення ж подовження відбувається в менших розмірах (наприклад, для льону до 25 %).