Композиционные материалы специального и технического назначения. Учебное пособие

К гигиеническим свойствам волокон относятся: сорбционная способность волокон поглощать пары и газы; гигроскопичность– способность поглощать влагу из воздуха; паро- и воздухопроницаемость, намокаемость, водонепроницаемость (для плащевых и курточных материалов); теплозащитные свойства и др. Гигиенические свойства изделий бельевого и летнего ассортимента в наибольшей степени определяются показателями гигроскопичности, воздухо- и паропроницаемости волокон. Натуральные волокна имеют более высокие показатели гигиенических свойств, чем химические [11].

Сопротивляемость волокон воздействиям внешней среды (света, влаги, пота, трения, стирки, химической чистки и влажно-тепловой обработки) определяет износостойкость текстильных изделий.

Физическими называются такие свойства текстильных материалов, которые определяют их способность поглощать в себя– различные жидкости, твердые частицы, звук; пропускать через себя – воздух, пары воды, воду, твердые частицы, тепло и др., и отражать от своей поверхности свет.

Гигроскопические свойства текстильных материалов, характеризуют их способность поглощать водяные пары и воду и отдавать их в окружающую среду. В зависимости от окружающих условий материалы могут удерживать поглощенные вещества или отдавать их. Поглощение часто сопровождается изменением массы, размеров, механических и физических свойств текстильных материалов. Поглощение паров осуществляется путем адсорбции, абсорбции и капиллярной конденсации, зависящих, главным образом, от волокнистого состава изделий.

Сорбция – сложный физико – химический процесс поглощения волокнами паров влаги. Сорбция включает в себя адсорбцию, притягивание поверхностью волокон паров воды, которые образуют на ней плотную полимолекулярную пленку. Это происходит в очень короткий промежуток времени (несколько секунд) при попадании материала в среду с большей относительной влажностью воздуха. Притягивание молекул воды происходит за счет сил макромолекул расположенных на поверхности волокна, не полностью уравновешенных межмолекулярными связями с соседними макромолекулами. Чем больше поверхность сорбента, выше давление и относительная влажность среды и ниже температура, тем выше адсорбция влаги. Затем идет медленный процесс (несколько часов) проникания (диффузии) молекул вглубь волокон, называемый абсорбцией. В результате этого процессе

61

водяные пары поглощаются всем объемом волокон. Капиллярная конденсация заключается в сжижении паров воды в стенках капилляров волокон. Процесс сорбции водяных паров является обратимым, при изменении условий (уменьшение влажности и давления и увеличения температуры) внешней среды происходит отдача водяных паров, десорбция. При сорбции в первый период происходит интенсивное поглощение влаги, затем процесс замедляется и наступает сорбционное равновесие, при котором поглощение влаги прекращается. Влажность материала, соответствующая сорбционному равновесию, называется равновесной влажностью. При изменении температуры и влажности окружающей среды меняется и величина равновесной влажности.

Влажность показывает процентное содержание массы воды, содержащейся в материале, к массе абсолютно сухого материала. Гигроскопические свойства зависят в основном от природы волокнистого состава материала.

Капиллярность текстильных полотен и изделий характеризует поглощение влаги продольными капиллярами материала и оценивается высотой hподъема жидкости в пробе, погруженной одним концом в жидкость на один час. Капиллярность изделий зависит не только от способности волокон и нитей смачиваться, но и от направления капилляров. В тканях капиллярное поглощение значительно выше чем в трикотаже, за счет; ориентированного расположения нитей вдоль и поперек полотна. Капиллярность в значительной степени зависит так же от отделки изделий.

Проницаемость текстильных изделий характеризует их способность пропускать через себя воздух, пар, пыль, жидкость, тепло, радиоактивное излучение, звук и т.д. Характеристика обратная проницаемости, обусловленная способностью сопротивляться прохождению через текстильные материалы различных частиц, называется непроницаемостью или упорностью.

Воздухопроницаемость – это способность текстильных материалов пропускать через себя воздух.

Приборы для определения воздухопроницаемости основаны на принципе создания перепада давления с двух сторон образца и фиксирования количества воздуха прошедшего через пробу в единицу времени.

Воздухопроницаемость полотен зависит от их структуры и преждевсего от размера и формы пор между нитями, толщины и состо я- ния поверхности полотна, вида переплетения, крутки нитей и т.д. Чем

62

больше пористость тканей, тем больше их воздухопроницаемость. При одинаковой пористости большая воздухопроницаемость у толстых тканей с крупными порами, чем у тонких с мелкими порами. При одинаковой пористости большая воздухопроницаемость у тканей с более длинными перекрытиями. Наименьшая проницаемость у тканей с полотняными переплетением, большая при саржевом, еще большая– при атласном.

Ветропроницаемость характеризуется объемом свободно движущегося потока воздуха, который проникает через единицу площади изделия в единицу времени. Поток воздуха при испытаниях создают с помощью специальные вентиляторов, обеспечивающих его равномерность. Надо иметь ввиду, что часть воздуха проходит через образец, а часть его огибает. Ветропроницаемость сильно влияет на теплозащитные свойства, что хорошо известно из практики [11].

Водопроницаемость характеризует способность изделий пропускать через себя воду. Водопроницаемость чаще всего определяется на дождевальной установке. Образец смачивается водой, вытекающей из сосуда в виде дождя, под определенным постоянным давлением. Через определенное время измеряют объем воды прошедший через ткань и собравшейся в водосборнике и расчитывают коэффициенты водопроницаемости.

Для тканей, предназначенных для использования в качестве водоотталкивающих (плащи, брезенты, палаточные и т.д.) и имеющих специальные пропитки определяют водоупорность.

Водоупорность – это сопротивление текстильных изделий просачиванию через них воды. За показатели водоупорности принимают минимальное давление воды на испытуемый образец, вызывающее появление третьей капли жидкости на противоположной поверхности образца. Эту характеристику определяют на специальных прибора называемых пенетрометрами. Иногда применяют метод «Кошеля», при этом воду наливают в ткань, которая закреплена в виде мешочка, до высоты Н, а водоупорность характеризуют временем после которого просачивается третья капля воды или ее определенный объем. Для повышения водоупорности применяют различные пропитки и пленки.

Паропроницаемость характеризует способность изделий пропускать водяные пары из среды с повышенной влажностью воздуха в среду с меньшей влажностью. Это чрезвычайно важное свойство для многих текстильных материалов, которое обеспечивает удаление испарений через материал.

63

Проникновение паров воды через полотно может происходить двумя путями: поглощением водяных паров одной стороной материала и отдача их другой стороной; через поры между нитями. Таким образом, паропроницаемость полотен зависит от пористости полотна и от гигроскопичности составляющих его волокон и нитей [8].

Пылепроницаемость характеризуют способность текстильных изделий пропускать через себя в пододежный слой или удерживать частицы пыли. Частицы пыли проникают через материал через сквозные поры. Удерживаются частицы пыли в текстильных материалах за счет механического сцепления с поверхностью волокон, а притягиваются благодаря наличию на них слоя статического электричества. Материалы с рыхлой структурой и с большей толщиной захватывают большее количество ныли и удерживают ее более длительное время, а следовательно такиематериалы большезагрязняются.

Пылепроницаемость характеризуют коэффициентом пылепроницаемости, выражающийся массой пыли m, г, прошедший через пробу площадью S, м2 за время т, сек.

Способность текстильных изделий воспринимать и задерживать пыль называется пылеемкостью. Коэффициент пылеемкости, характеризует массу пыли m, г, задержанной образцом материала, площадью S, м2, за время испытанияТ, сек.

Вышеперечисленные показатели определяют либо путем засасывания пыли определенного состава и размеров через материал с помощью пылесоса, либо засыпанием муки в мешочки и воздействием на них механических ударов.

К тепловым или термическим свойствам относятся свойства, которые характеризуют отношение материала к действию на него тепловой энергии. Для текстильных материалов измеряют теплозащитные свойства, теплостойкость, огнестойкость, морозостойкость. Для одежных текстильных полотен, особенно тех, которые используются для предохранения человеческого организма от излишних тепловых потерь или перегрева, особенно важное значение имеют характеристики теплозащитных свойств.

О теплозащитных свойствах материалов судят по тепловому сопротивлению R и коэффициенту теплопередачи К. Коэффициент теплопередачи, а следовательно, и тепловое сопротивление зависят от видов передачи тепла: теплопроводности самого вещества, теплопроводности воздуха в порах, конвенкций (перемещения) воздуха и теплоизлучения с поверхности полотна.

64

Текстильные полотна имеют пористую структуру, поэтому их теплозащитные свойства в большой степени зависят от их структуры (пористости), чем от теплопроводности самого волокна, из которого состоит полотно. Теплопроводность спокойного воздуха меньше теплопроводности волокон, следовательно, теплоизоляционные свойства одежных материалов зависят от толщины слоя неподвижного воздуха, а следовательно, от наличия в них мелких пор. Сквозные поры не препятствуют перемещению воздуха и ухудшают теплоизолирующие свойства полотна.

Теплоизоляционные свойства текстильных полотен зависят от их гигроскопичности. Тепловое сопротивление воды достаточно низкое, поэтому с увеличением влажности текстильных полотен ухудшаются их теплоизоляционные свойства. Для оценки теплоизоляционных свойств различных текстильных полотен используют различные приборы и методы стационарного и регулярных режимов.

При стационарном тепловом режиме определяют количество тепла, необходимого для сохранения постоянной разности температур двух поверхностей изолированных друг от друга испытываемых материалов. Недостатком этого метода является длительность установления теплового процесса, что приводит к изменению влажности материала, а следовательно и значений характеристик тепловых свойств. Более простым и быстрым является метод регулярного режима, при котором определяется скорость охлаждения нагретого тела, изолированного от окружающей среды испытываемым материалом [8].

Термостойкость, характеризует верхний предел рабочих температур, выше которой наступает деструкция материалов.

Теплостойкость текстильных материалов определяется максимальной температурой, выше которой наступает ухудшение свойств, не позволяющих дальнейшее использование этих материалов. Термо- и теплостойкость зависят в основном от волокнистого состава и на них влияет толщина, пористость и другие характеристики.

Морозостойкость, определяется способностью изделий в увлажненном состоянии выдерживать многократное замораживание – оттаивание без видимых признаков разрушения и ухудшения прочности. Причиной разрушения, в этом случае, является расширение воды н порах материала. Морозостойкость зависит в основном от структурных характеристик изделий. Морозостойкость негигроскопичных материалов значительно выше.

65

Огнестойкость, определяется воздействием на текстильные изделия огня и их способностью сопротивляться возгораемости. По огнестойкости изделия делятся на негорючие (асбест и др.), воепламеняющиеся, но прекращающие гореть и тлеть вне пламени (шерсть, лавсан и др.) и горючие (хлопок, лен, вискоза и др.) В качестве показателей огнестойкости используют: воспламеняемость, горючесть, продолжительность остаточного тления и обугливаемость.

Оптические свойства – это свойства, воспринимаемые в зрительных ощущениях. Оптические свойства материала характеризуют их способность количественно и качественно изменять световой поток, определяющий их цвет, блеск, прозрачность и белизну. Световой поток представляет из себя видимую часть спектра электромагнитных излучений. При прохождении его через материал, часть его поглощается веществом волокон, часть отражается, часть пропускается.

Одно из важных световых явлений – цвет изделий. Цветовое ощущение зависят от воздействия на глаз потока электромагнитного излучения в диапазоне видимого спектра с длиной волн λ от 380 до 760 нм (1 нм = 10 – 9 м). Если материал равномерно поглощает световой поток, то возникает ощущение ахроматического цвета, при полном отражении – белого, при неполном поглощении – серого и при полном поглощении – черного. При избирательном поглощении воспринимаемый световой поток дает ощущение хроматического цвета, зависящего от длины волны излучения. Хроматические цвета делятся на теплые (красный, оранжевый, желтый) и холодные (фиолетовый, синий, голубой).

Характеристиками цвета являются:

- Цветовой тон, качественная характеристика устанавливающая общее между световыми ощущениями образца и цветом спектрального излучения, он определяется длиной отражаемой и поглощаемой световой волны. Имеется около 130 порогов цветового тона.

- Светлота, количественная характеристика ощущения света, показывающая степень общего между данным цветом и белым. Она х а- рактеризуется коэффициентом отражения.

- Насыщенность, качественная характеристика отражения цвета, позволяющая различать два ощущения цвета, имеющего один и тот же световой тон, но разную степень хроматичности.

Блеск – это специфическое восприятие человеком отраженного светового потока, состоящего из зеркально отраженного и диффузионно рассеянного излучений. Чем выше составляющая зеркального

66

отражения, тем сильнее блеск. Блеск текстильных материалов оценивается отражающей способностью их поверхности по сравнению с отражением от эталона при разных углах наклона.

Блеск зависит от состояния поверхности, переплетения и структуры изделий. В химических волокнах, для снижения блеска, используют матирование, добавления в раствор или расплав мельчайших частиц двуокиси титана.

Прозрачность – это ощущение проходящего через материал потока излучения, дающего представление о его глубине.

Устойчивость окраски определяется способностью сохранять ее при различных воздействиях: света, непогоды, стирки, глажения, пота, воды, трения и других. Под действием этих фак торов происходят физико – химические изменения в структуре красителей и нарушается прочность их связей с волокнами, что приводит к изменению цвета материала и закрашиванию соприкасающихся поверхностей. Прочность окраски к каждому воздействию определяется степенью просветления первоначальной окраски и степенью закрашивания белого материала в результате этого воздействия, которые определяются с помощью эталонов окрасок [8].

К электрическим свойствам относятся электростатические (электризуемость) и диэлектрические (диэлектрическая проницаемость, удельное сопротивление и другие)

Электризуемость – это способность материалов к генерации и накоплению в определенных условиях зарядов статического электричества. Электризация имеет поверхностный эффект и развивается при трении.

Поверхности, заряженные одноименным знаком, отталкиваются друг от друга. Разряды накопленного электричества могут привести к нежелательным последствиям. Уничтожение или уменьшение статического электричества достигается увлажнением воздуха, его ионизацией, покрытием изделий масленной пленкой или антистатиками и другими способами.

Диэлектрическая проницаемость – это способность текстильных полотен реагировать на внешнее электрическое поле, она показывает во сколько раз увеличивается емкость конденсатора при замещении воздуха между его пластинками испытываемым материалом.

Электрическая проводимость характеризует процесс перемещения электрических зарядов в результате действия внешнего электрического поля. Эта характеристика зависит от силы и плотности тока, на-

67

пряженности электрического поля, состава, строения, размеров и формы текстильных материалов.

Акустическими называют свойства характеризующие отношение текстильных материалов к звуку. Из них наиболее важными являются звукоизолирующие и звукопоглощающие. Частотный диапазон звуковых колебаний воспринимаемых человеком находится от 16 до 20000 Гц. Звуки с частотой ниже 16 Гц называют инфразвуковыми, а свыше 20 кГц – ультразвуковыми. При падении звуковой волны на текстильные изделия происходит отражение звука, поглощение его и прохождение звука через материал. Текстильные материалы специального назначения широко используются в качестве звукоизолирующих. Звукоизоляция обычно увеличивается с повышением поверхностной плотности изделий.

Физико-механические свойства текстильных материалов специального назначения (износостойкость, стойкость к истиранию, прочность на разрыв)

Причиной износа тканей является воздействие на них сложного комплекса различных факторов: механических, физико-химических и биологических. К механическим воздействиям относятся истирание, многократныерастяжения и изгибы, а также сжатиеи кручение; к ф и- зико-химическим – действие света, атмосферы, влаги, температуры, пота, моющих средств при стирке и химической чистке; к биологическим – процессы гниения, вызываемые различными микроорганизмами. Критериями износостойкости тканей являются: ухудшение механических свойств (прочность, упругость, жесткость и другие), увеличение воздухопроницаемости.

Это свойство ткани является одним из основных показателей, характеризующих ее прочность и зависящих от строения поверхности ткани, а также от сопротивления волокон или материала истиранию. При испытании тканей па истирание испытываемый образец на специальном приборе подвергается действию истирающей поверхности. Износ ткани при истирании характеризуется числом циклов до разрушения используемого образца. Стойкость ткани к истиранию на сгибах характеризуется измерением прочности при разрыве и определяется отношением разности показателей прочности до и после истирания к показанию прочности до истирания.

Прочность на разрыв является одним из основных механических свойств текстильного материала. Прочность ткани характеризуется величиной разрывной нагрузки в абсолютных единицах или в относи-

68

тельных величинах через разрывное напряжение или разрывную длину. Прочность материала сильно меняется в зависимости от массы с ы- рья. Относительная прочность, характеризуемая разрывной нагрузкой, приведенной к единице площади поперечного сечения материала (разрывное напряжение) или к единице массы (разрывная длина), является сопоставимой величиной. Сопротивление тканей разрывным усилиям определяется структурой материала: переплетением нитей, плотностью, видом отделки [11].

Контрольные вопросы

1. В каких пределах может колебаться попер ечный размер текстильного волокна? Что такое комплексная нить?

2.Дайте определение понятия «растяжимость текстильного волокна». На что влияет эта характеристика?

3.Какие свойства текстильных волокон относятся к основным?

4.Расскажите о тепловых свойствах текстильных материалов.

5.Охарактеризуйте оптические свойства текстильных материа-

лов?

Рекомендуемая литература

1. Бузов, Б.А. Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности (швейное производство) / Б.А. Бузов, Н.Д. Алыменкова // М.: Академия, 2004. – 448 с.

2. Жихарев, А.П. Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности: учебник для вузов / А.П. Жихарев, С.К. Кузин, Д.Г. Петропавловский // М.: Академия, 2004. – 448 с.

69

8 РАЗЛИЧНЫЕ СПОСОБЫ МОДИФИКАЦИИ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА МОДИФИКАЦИИ.

ТРАДИЦИОННЫЕ МЕТОДЫ МОДИФИКАЦИИ

Модификация – (позднелат. modificatio – установление меры, от лат. modus – мера, вид, образ, преходящее свойство и лат. facio – делать), преобразование, усовершенствование, видоизменение чего-либо с приобретением новых свойств. Модификации – качественно различные состояния или разновидности чего-либо.

Основным направлением расширения и улучшения ассортимента химических волокнистых материалов, используемых для производства текстиля специального назначения, является не столько разработка новых видов полимеров, сколько модификация уже существующих волокон с целью придания имновых свойств.

Модификация волокон – направленное изменение текстильных волокон и нитей с целью придания им новых заранее заданных свойств.

Благодаря техническому прогрессу в области производства химических волокон, наряду с «классическими» видами волокон, созданы их модифицированные виды с оптимизированными характеристиками. Появились высокотехнологичные химические волокна нового поколения со специальными функциями: пониженной горючести, антимикробные, антиаллергические, изменяющие цвет в зависимости от температуры и освещения, терморегулирующие, защищающие от статического электричества и ультрафиолетовых лучей, ит.д.

Выделяют физическую, химическую и композитную модификацию. Могут применяться комбинированные методы модификации. Часто используется сочетание физического с композитным или химическим модифицированием. Комбинация методов композитного и химического модифицирования применяется редко, потому что в обоих методах изменяется химический (или композитный) состав воло-

кон [54].

Физическая модификация заключается в направленном изменении надмолекулярного строения, формы и внешней поверхности нитей (без изменения химического состава). Физические методы используются на стадии формования и/или последующей обработки волокон.

Физическая модификация синтетических волокон и нитей заключается в направленном изменении надмолекулярного строения, формы и внешней поверхности нитей (без изменения химического со-

70