Строение и свойства натуральных волокон

К натуральным волокнам растительного происхождения относятся хлопковые и лубяные. Основным веществом, составляющим все натураль­ные волокна растительного происхождения и наиболее распространенные химические волокна, получаемые на базе растительного сырья (вискозное, ацетатное, медно-аммиачное и др.), является природный полимер целлюлоза.

Элементарное звено целлюлозы характеризуется наличием трех гидроксильных групп, которые способствуют возникновению сильного межмолекулярного взаимодействия за счёт водородных связей, поэтому энергия межмолекулярных связей велика и целлюлоза обладает значительной прочностью и жесткостью. Кроме того, наличие трех указанных групп способствует поглощению различных паров, в частности водяных, и сообщает целлюлозе хорошие гигроскопические свойства. Во всех реакциях с целлюлозой в основном участвуют три гидроксильных группы: остальные ее элементы вступают в реакцию только при очень сильных воздействиях.

1. Строение и свойства хлопка

Хлопковое волокно представляет собой тонкостенную трубочку с кана­лом внутри. Волокно несколько скручено вокруг своей оси. Поперечный срез имеет весьма разнообразную форму и зависит от зрелости волокна (рис. 2, б). Он может быть сплющенного лентовидного типа у незрелого волокна1, бобовидного – у среднезрелого2, круглого или эллипсообразного – у предельно зрелого3.

Рис. 2. Продольный вид (а) и поперечный срез (б) хлопковых волокон различной степени зрелости

Для хлопка характерны относительно высокая прочность (17–38 сН/текс), средняя гигроскопичность (18-20 %) и малая доля упругой деформации, вследствие чего изделия из хлопка сильно сминаются. Материалы из хлопка имеют также большую усадку. Хлопок отличается высокой устойчивостью к действию щелочей: при обработке 18–20 %-ным раствором щелочи его прочность повышается, волокно приобретает блеск; кроме того, улучшается способность его к окрашиванию. Под действием кислот хлопок разрушается; в воде сильно набухает, при этом прочность его увеличивается на 18–20 %. Стойкость хлопка к истиранию невелика. Хлопок горит ярким пламенем со специфическим запахом жженой бумаги, образуя при этом серую, легко рассыпающуюся золу. Благодаря высоким потребительским свойствам и низкой себестоимости хлопок широко используется при выработке тканей различного назначения, трикотажных изделий и швейных ниток, гардинно-тюлевых и галантерейных изделий. Из хлопкового волокна получают эфиры целлюлозы, используемые для выработки искусственных волокон (ацетатного, триацетатного).

2. Лубяные волокна. Лен

Лубяными называют волокна, залегающие в стеблях, листьях или оболочках плодов различных растений. К стеблевым относят лен, рами, пеньку, джут; к листовым – манильскую пеньку, сизаль, генекен и др. Благодаря высокой прочности, гибкости и хорошим сорбционным свойствам наиболее ценным из перечисленных является волокно льна, которое используют для выработки бытовых и технических тканей, а также крученных изделий (высокопрочных). Остальные лубяные волокна являются более прочными, но одновременно и более жесткими и грубыми; используют их главным образом для изготовления обычных канатов, веревок, шпагатов, а также различных видов тарных тканей. Пеньковое волокно иногда используют для изготовления прочных тканей типа парусины и брезента.

Стебель льна, как и у других лубяных растений состоит из различных по своему назначению и строению тканей (рис. 3,а).

1 – покровная ткань;

2 – коровая паренхима;

3 – волокна льна;

4 – слой камбия;

5 – слой древесины;

6 – сердцевина;

7 – полость стебля

Рис. 35. Поперечный разрез стебля льна (а) и продольный вид элементарного волокна льна с поперечными сдвигами (б)

Элементарные волокна (средняя длина 10-24 мм, поперечник 12-20 мкм) имеют сильно вытянутую веретенообразную форму с закрытыми заостренными концами. Каждое волокно имеет посередине узкий канал (рис. 3, б).

Благодаря последовательному вклиниванию тонких заостренных кончиков одних элементарных волокон в промежутки между другими, технические волокна, выделяемые из стеблей льна, имеют длину 40-125 см.

В поперечном сечении элементарные волокна имеют неправильную округлую форму, чаще пятиугольную. Слоистая структура стенок волокна является следствием постепенного (с перерывами) отложения целлюлозы на стенках волокна.

Элементарные волокна льна, так же как и хлопка, имеют слоистое строение. Пучки фибрилл первичной и вторичной стенок расположены спирально под меньшим (8–12°), чем в хлопковом волокне, углом.

Значительно большая ориентация структурных элементов относительно оси в лубяном волокне по сравнению с хлопковым, у которого угол наклона пучков фибрилл составляет 20–40°, частично объясняет более высокую прочность льна и меньшую способность удлиняться при растяжении.

Наличие канала, закрытого с двух сторон, затрудняет крашение льняных тканей.

При воздействии на лен щелочи происходит некоторая потеря (до 15 %) прочности волокна вследствие частичного удаления пектина, в связи с чем изделия изо льна не рекомендуется кипятить в щелочных растворах. Гигроскопичность льна составляет 19–21 %. Характер горения льняного волокна подобен характеру горения хлопка.

Льняное волокно обладает высокой теплопроводностью, поэтому его используют в основном для выработки летних костюмно-плательных тканей. Благодаря высоким гигиеническим свойствам лен используют также для изготовления белья, мужских сорочек, скатертей и полотенец.

Короткое волокно используется для выработки более грубых тканей: холстов, мешочных тканей, парусин и брезентов. Часто используются и смеси льняного волокна с химическими (вискозным, лавсановым).