1.2.Непрерывные волокна и нити

1. Текстильные формы волокон

Непрерывные волокна применяются в виде однонаправленных моноволокон или пучков волокон, называемых текстильными формами. Известны следующие текстильные формы волокон: нити (крученые и некрученые), пряжи, жгуты или ровинги, концы, стренги, канаты и т. п.

Волокно однонаправленное непрерывное - это элементарное волокно большой (бесконечной) длины, сформованное из одного отверстия фильеры. Часто волокна однонаправленные непрерывные называют филаментами.

Нить - текстильная форма волокон, полученная компоновкой (без скрутки) или скручиванием двух или более непрерывных волокон (филаментов) в один пучок. Известно несколько видов нитей: непрерывная или пряжа, комплексная и трощеная (полученная скручиванием двух и более одиночных нитей в одной операции). Количество элементарных волокон в нитях составляет от 5 до 1000 шт.; диапазон линейной плотности - от нескольких единиц до 300 текс. Текс - единица линейной плотности, характеризующая толщину волокон и нитей.

Жгут - текстильная форма волокон, состоящая из большого числа филаментов (линейная плотность свыше 300 текс). Обычно жгуты составляются не из волокон, а из нитей.

Ровинг - это жгут, образованный пучками непрерывных нитей в виде некрученых элементарных волокон и пучков или крученых нитей.

Стренг - пучок непрерывных нитей, собранных в единый компактный жгут без скрутки. Обычно в жгут собирают по 51, 102 и 204 непрерывных нити.

Конец - пучок ровинга, состоящий из определенного количества волокон, собранных вместе.

Общепринято считать, что группа волокон после их соединения без скрутки - это концы, стренги; а после скрутки - нить, пряжа.

2. Строение волокон

Волокна (филаменты) имеют сложное физическое строение, которое определяется в основном их природой, и большинство из них имеет высокую молекулярную массу. Волокна асбеста это кристаллы природных водосодержащих магниевых силикатов (солей кремниевых кислот). Иглоподобные тончайшие кристаллиты асбеста, объединенные в более крупные агрегаты силами межмолекулярного взаимодействия, имеют вытянутую форму и обладают свойствами волокон. Элементарные волокна асбеста объединены в комплексы (технические волокна).

Полимерные волокна весьма разнообразны по своему строению. Из природных полимеров наибольшее распространение в промышленности получили вискозные, ацетатные, триацетатные волокна и нити. Вискозные волокна - группа одинаковых по химическому составу (полученных из гидратцеллюлозы) волокон и нитей, но существенно отличающихся по строению и свойствам. Отличие состоит в пространственном расположении элементарного звена целлюлозы, что оказывает существенное влияние на свойства волокон. Например, гидратцеллюлозные волокна сильнее поглощают разные вещества и глубже окрашиваются. Структура вискозных волокон аморфно-кристаллическая. Обычные вискозные волокна отличаются также неоднородностью, заключающейся в разной степени ориентации фибрилл и микрофибрилл. Микрофибриллы в наружном слое ориентированы в продольном направлении, тогда как во внутреннем слое степень ориентации их очень низкая. Вискозные высокомодульные и особенно полинозные волокна отличаются высокой степенью ориентации и однородностью структуры, повышенной степенью кристалличности. Благодаря высокой ориентации, однородности структуры изменяется и морфология волокон. Поперечное сечение этих волокон в отличие от поперечного сечения обычных вискозных нитей не имеет извилин, оно овальное, близкое к кругу.

Ацетатные волокна по химическому составу представляют собой ацетилцеллюлозу. Структура волокон аморфно-кристаллическая, с небольшой степенью кристалличности.

Синтетические волокна получили широкое распространение, и их баланс в общем производстве текстильных волокон все более увеличивается.

Из синтетических волокон большую группу представляют полиамидные волокна (капрон, перлон, дедерон, нейлон и др.). Структура волокон из поликапроамидов аморфно-кристаллическая, степень кристалличности может достигать 70%. Кристаллиты включают несколько звеньев, ориентированных вдоль волокон. Форма сечений волокон может быть разной, обычно сечение круглое, но может быть и другой формы. К этой группе относятся и волокна из полиэнантоамида, отличающиеся от поликапроамидных волокон химическим строением элементарного звена. Конфигурация молекулярной цепи волокон этого вида, как и у капроамидных, вытянутая, зигзаг с несколько большей длиной элементарного звена.

Полипропиленовые и полиэтиленовые волокна относятся к полиолефиновым волокнам. Форма поперечного сечения волокон овальная, фибриллы ориентированы вдоль оси. Структура макромолекул стереорегулярная. Степень полимеризации волокон может меняться в широких пределах. Структура надмолекулярных образований – аморфно-кристаллическая, содержание кристаллической фракции достигает 85-95%. Морфология полиэтиленовых волокон существенно не отличается от морфологии полипропиленовых волокон. Полиуретановые волокна состоят из макромолекул, элементарные звенья которых содержат уретановую группу. Строение волокон аморфное, температура стеклования низкая. Гибкие сегменты макромолекул при обычной температуре находятся в высокоэластическом состоянии. Благодаря такому строению волокна обладают очень большой растяжимостью (до 500 - 700%) при нормальной температуре.

В волокнах из фторсодержащих полимеров по сравнению с винилиденхлоридом водород и хлор замещаются фтором. Элементарные звенья волокон тефлон —CF₂—, волокон фторлон —СН₂—CHF—. Особенностью структуры этих волокон является значительная энергия связи атомов углерода и фтора, ее полярность, определяющая высокую стойкость к действию агрессивных сред.

Углеродные волокна - жаропрочные волокна, конфигурация цепи макромолекул слоисто-ленточная, степень полимеризации очень высокая. На рис. 1 представлены различные по своей структуре волокна.

Структуру волокон и нитей исследуют многими способами, однако наиболее широкое применение нашел метод микрокалориметрии, основанный на измерении тепловых эффектов, сопро-

1 2 3 4 5 6 7 8 9 Рис. 1. Структура химических волокон: 1 – шелковое; 2 – вискозное матированное; 3 – медно-аммиачное; 4 – ацетатное; 5 – капроновое; 6 – амидное; 7 – лавсановое; 8 – хлориновое; 9 - нитроновое

вождающих нагревание или охлаждение веществ, составляющих волокно. Большинство изменений, происходящих в веществах при нагревании или охлаждении, связано с поглощением тепла (соответственно экзотермические и эндотермические процессы). При этом плавление и дезориентация связаны с эндотермическими процессами,

кристаллизация же - с экзотермическими процессами, в то время как процессы стеклования происходят без изменения энтальпии, но с резким изменением удельной теплоемкости. Все эти изменения, зафиксированные на теплограммах, позволяют судить об особенностях структуры и свойств текстильных волокон [3].