Основные характеристики волокон и нитей

Основные понятия материаловедения

Материаловедение – прикладная наука, изучающая строение и свойства материалов.

Ассортимент швейных материалов разнообразен, что позволяет изготавливать одежду для разных сезонов носки и обеспечивать необходимые функции изготавливаемых изделий. Существуют следующие группы материалов, используемых в швейном производстве:

- ткани;

- трикотаж;

- нетканые полотна;

- натуральный мех;

- натуральная кожа;

- искусственный мех;

- искусственная кожа;

- материалы с плёночным покрытием;

- плёночные материалы;

- комплексные материалы.

Виды материалов, составляющих пакет швейного изделия:

- основные материалы, или покровные, которые используются в качестве верха швейных изделий (текстиль, натуральные и искусственные кожа и мех, материалы с плёночным покрытием, плёночные и комплексные, т.е. составные, материалы);

- подкладочные материалы;

- прокладочные материалы;

- утепляющие материалы (вата, ватин, поролон, мех);

- скрепляющие материалы (швейные нитки, пряжа, клеевые материалы);

- отделочные материалы;

- прикладные материалы, используемые для укрепления, отделки или прикрепления деталей швейных изделий (тесьма, лента, кружева, шнуры, стропы и др.);

- фурнитура – вспомогательные изделия, которые служат для застёгивания одежды (пуговицы, крючки, петли, «молнии», кнопки, пряжки, текстильные застёжки «велкро», блочки).

Текстильные материалы, или текстиль – материалы или изделия, полученные из волокон и нитей. К ним относятся ткани, трикотаж, нетканые полотна, швейные нитки, пряжа. Нетекстиль: плёночные материалы, натуральные мех и кожа, металлическая фурнитура.

Все материалы, используемые в швейном производстве, в зависимости от целевого назначения принято разделять на группы:

для белья и сорочек, плательные, костюмные, для плащей и курток, пальтовые, мебельные, гардинные, технические. Чтобы правильно сделать выбор материалов для того или иного изделия, необходимо чётко представлять требования, которые предъявляют к изделию, и хорошо знать, какие из имеющихся материалов обладают нужными свойствами. Например, для сорочечной и бельевой группы материалов в первую очередь предъявляются гигиенические требования, так как изделия из них находятся в контакте с телом человека. Для плательных материалов важными являются показатели эстетичности, а для пальтовых – теплозащитные свойства. Пакет изделия формируют из разных материалов с учетом совместимости их свойств. Например, подкладка для пальто используется более плотная и менее воздухопроницаемая, чем для платья.

Классификация волокон

Текстильное волокно – протяжённое тело, гибкое и прочное, с малыми поперечными размерами, ограниченной длины, пригодное для изготовления пряжи и текстильных изделий. Волокна текстильные бывают элементарными и комплексными.

Элементарное волокно – одиночное волокно, которое не делится в продольном направлении без разрушения.

Комплексное (техническое) волокно – волокно, состоящее из нескольких элементарных волокон, скрепленных продольно. Скрепление элементарных волокон может быть склеиванием (лен, пенька, джут) или силами кристаллизации (асбест). Комплексное волокно может делиться на элементарные волокна без разрушения.

Текстильная нить отличается от волокна большей длиной. Нить, полученная путём прядения волокон, называется пряжей. Шёлковую нить получают, разматывая кокон тутового шелкопряда. Химические нити формируют из полимера.

В зависимости от происхождения текстильные волокна делятся на натуральные и химические. К натуральным относятся волокна, создаваемые природой без участия человека. Они бывают растительного, животного или минерального происхождения.

Натуральные волокна растительного происхождения получают с поверхности семян (хлопок), из стеблей (лён, пенька, джут, рами, кенаф), из листьев (сизаль, абака), из оболочек плодов (койр – из покрова скорлупы кокосовых орехов). Природный полимер, образующий растительные волокна – целлюлоза.

К натуральным волокнам животного происхождения относятся шерсть и шёлк. Шерсть – волосяной покров животных, волокнообразующий полимер – кератин. Шёлк – коконная нить тутового или дубового шелкопряда, волокнообразующий полимер – фиброин. Кератин и фиброин относятся к высокомолекулярным белковым соединениям.

Химические волокна подразделяют на искусственные и синтетические.

Искусственные волокна получают путём химической переработки природных полимеров растительного и животного происхождения. Сырьём для них служат древесина, семена, молоко и т.д. К искусственным относятся вискозное, ацетатное и триацетатное, медно-аммиачное волокна.

Синтетические волокна получают путём химического синтеза полимеров из более простых соединений, входящих в состав продуктов переработки нефти и каменного угля. Это полиамидные, полиэфирные, полиуретановые, полиакрилонитрильные (ПАН), поливинилхлоридные (ПВХ), поливинилспиртовые, полиолефиновые волокна.

Основные характеристики волокон и нитей

Геометрические свойства

1. Длина волокна L, мм характеризуется наибольшим расстоянием между его концами в распрямленном состоянии. Из более длинных волокон получают более тонкую и более прочную пряжу. Определяют длину волокон органолептическим способом путем промера одиночных волокон или измерением с помощью специальных приборов.

Извитость волокон придает им пушистость, объемность, способствует- увеличению цепкости волокон при переработке их в пряжу. Извитость характеризуется количеством извитков, приходящихся на единицу длины волокна. Важное значение имеют степень извитости и устойчивость извитков.

Чистота волокон является одним из свойств, характеризующих их однородность. Волокнистая масса может содержать сорные примеси и различные дефектные волокна в виде комочков, узелков, которые отрицательно сказываются на свойствах получаемой из этих волокон пряжи.

2. Толщина – измерение затруднено из-за сложной формы поперечного сечения, поэтому используют косвенные характеристики.

Линейная плотность Т, текс –, т.е. масса волокна длиной 1 км. Текс (от лат. texo — ткать)— единица линейной плотности (г/км), применяемая для измерения толщины волокон и нитей. Текс – масса единицы длины волокна, определяет массу в граммах одного километра нити или волокна. Текси — десять единиц текс. Децитекс – одна десятая текс

Т= m/L, где m – масса волокна

1 текс=1г/1км

Текси =10Тект, Децитекс=1/10 Текс

Миллитекс (мтекс) = мг/км.

Также в метрической системе пользуются номером нити (в м/г) — длина одного грамма нити (номер нити = 1000/текс). Номер метрический – характеристика тонины волокон и нитей, замененная в настоящее время противоположной характеристикой их толщины - линейной плотностью.. Номер метрический (Nm) определяется отношением длины отрезка волокна (нити) l к его массе g (мм/мг), м/г.

Nm = l/g (мм/мг, м/г, км/кг).

Nm=1м/1г=1мг/1мм=1000/1Текс

1Nm это масса в граммах 1 метра нити или масса в мг 1 мм волокна. Чем больше номер, тем тоньше волокно или нить и наоборот.

Формула: 1000/Nm = tex или Nm * tex=1000

Например:

№ = 32/2

Текс (tex) = 1000*2 / 32 = 62 (или 31*2)

31*2 Текс (tex) означает, что пряжа состоит из двух скрученных нитей, и 1 км каждой весит 31г.

Таким образом, ТЕКС показывает массу в граммах одного километра пряжи.

Метрический номер № 32/2.

Но нас интересует метрический номер пряжи для машинного вязания № 32/2. Именно он (метрический номер пряжи) характеризует длину нити (м), вес которой равен 1 грамму, а также показывает количество одинарных нитей, из которых скручена эта пряжа.

Например, для пряжи № 32/2:

32 - это длина одинарной нити, вес которой равен 1 г.

2 - это число скрученных вместе одинарных нитей.

Номер 32/2 означает, что 1 грамм одинарной нити имеет длину 32 метра, но т.к. пряжа скручена из двух нитей, получается 16 м на 1 г (или1600м/100г). Чем выше номер, тем тоньше и легче нить.

Титр в текстильной промышленности служит для оценки толщины волокон и нитей (в основном шёлковых). Выражается произведением площади поперечного сечения волокна или нити на плотность их вещества (или отношением массы волокна или нити к их длине). Титр стали применять в XVIII веке; с 1900-х используют так называемый легальный титр, численно равный массе нити (в г) длиной 9 км. В СССР с 1956 года вместо титра был принят текс.

Ден (сокращённое от Денье) — внесистемная единица линейной плотности волокон или нитей, то есть отношение их массы к длине. 1 ден = 0,05 г/450 м (1 грамм на 9 километров или 0.00000011 кг/м). Таким образом, ден — чисто техническая характеристика плотности изделия (фактуры ткани или трикотажного полотна), зависящая от количества и качества эластичных волокон и их отношения к количеству нитей ткани или полотна. В основном применяется для чулочно-носочных изделий.

Самой популярной плотностью для каждодневной носки является 15 «den», 30 «den» признана офисным стилем, а 70 — для прохладной погоды. Сверхлёгкие (или очень прозрачные) колготки, плотность которых 15, 12 и 10 «den», подходят к вечерним платьям.

Титр=Ден=1/9 Текс

Механические свойства

3. Разрывное усилие Р_р, с Н (гс), – наибольшее усилие, испытываемое волокном к моменту разрыва.

Прочность волокна определяется на динамометрах или разрывных машинах и выражается максимальной разрывной нагрузкой в ньютонах (к), грамм-силах (гс) или килограмм-силах (кгс) Иногда прочность волокон характеризуют разрывной длиной в разрывных километрах (ркм), которую рассчитывают по формуле:

L_разр = 0,001NP (ркм),

где L_разр — разрывная длина, ркм: N — номер волокна; Р — разрывная нагрузка волокна, гс.

Удельный вес — вес вещества волокна в единице объема. Размерность сн/см3. Обычно в товароведении под термином «удельный вес» подразумевают массу вещества в единице объема и используют такие размерности плотности, как мг/ммг, гс/см3.

4. Удлинение к моменту разрыва. Абсолютное разрывное удлинение l_р, мм – увеличение длины волокна к моменту разрыва. Выражается в миллиметрах (абсолютное полное разрывное удлинение) или в процентах (относительно полное разрывное удлинение):

l_р=L_р-L₀

где L_р – длина образца к моменту разрыва, L₀ – начальная длина образца

Относительное разрывное удлинение – какую часть от первоначальной длины образца составляет его абсолютное удлинение к моменту разрыва

e_р =100 l_р / L₀,%

5. Полная деформация e_пол % – деформация, которую приобретает волокно к концу периода нагружения. Определяется при приложении растягивающих усилий меньше разрывных и последующей разгрузке и отдыхе.

e_пол = e_у +e_э +e_п

Упругая деформация e_у % – часть полной деформации, которая практически мгновенно изчезает при прекращении действия внешней силы.

Эластическая деформация e_э % – часть полной деформации, которая возникает при нагружении и изчезает после разгрузки постепенно.

Пластическая деформация e_п % – неизчезающая часть полной деформации.

Эластичность волокна = e_у +e_э

Физические свойства

6. Гигроскопические свойства – способность волокон поглощать влагу.

Фактическая влажность показывает, какую часть от массы сухого волокна составляет влага, содержащаяся в нём при данных атмосферных условиях:

W_ф = 100(m-m_с) / m_с

где m – масса волокна до сушки, m_с – масса волокна после сушки.

Волокно высушивают в сушильном шкафу до полного испарения влаги.

Кондиционная влажность W_к % – влажность волокна при нормальных атмосферных условиях: t=20°C, относительная влажность воздуха y=65%, атмосферное давление 760 мм рт.ст. Время выдержки образца в н/у 24 часа.

Максимальная влажность (гигроскопичность) W₁₀₀ % – это влажность волокна при y=100% и t=20°C.

Гидрофильность – способность к взаимодействию с влагой.

Гидрофобность – отсутствие впитывания влаги полимером волокна.

7. Термические свойства волокон характеризуются их поведением при изменении температуры.

Теплостойкость – температура нагрева, при которой наблюдаются обратимые изменения механических свойств волокон. С понижением температуры эти изменения изчезают.

Термостойкость – температура, выше которой происходят необратимые изменения в структуре и свойствах волокон, волокнообразующий полимер разрушается.

8. Устойчивость к светопогоде – способность волокон сопротивляться разрушающему действию света, кислорода воздуха, влаги и тепла. Она оценивается по изменению механических показателей после длительного воздействия всех факторов светопогоды.

9. Электризуемость – способность накапливать статическое электричество. Электрический заряд возникает при трении поверхностей материалов. Знак заряда зависит от химического строения вещества волокна. Положительно заряжаются капрон, вискоза, природные волокна. Отрицательно – ПВХ, ПАН, фторлон, нитрошелк. Электризация у очищенных материалов выше, чем у неочищенных. Текстильные волокна являются диэлектриками, т.е. не проводят по себе электрический ток. Но наличие на поверхности волокна влаги или пыли (солей электролитов) повышает их собственную электропроводность и рассеивает электростатические заряды. Поэтому гидрофильные природные волокна электризуются меньше, чем гидрофобные синтетические.

В таблице показано, какую полярность приобретают материалы, указанные в головке таблицы, при трении о материалы, указанные в боковике. Одноименные материалы при трении незначительно электризуются, поэтому линию, показывающую трение однородных материалов, называют нейтральной. При трении о кожу человека максимально электризуются мех, шерсть (волокна приобретают – заряд), полипропилен, хлорин (волокна приобретают + заряд). При + заряде кожи человека возникает дискомфорт, а – заряд оказывает благоприятное воздействие на организм.

Химические свойства волокон характеризуются их устойчивостью к действию кислот, щелочей и различных реагентов, которые используются при производстве текстиля и при эксплуатации изделий (стирка, химчистка, действие воска и масел и т.д.).

Трибоэлектрический ряд материалов

Материал

Мех натуральный

Шерсть

Шелк натуральный

Полиамидный

Ацетатный

Вискозный

Хлопок

Лён

Дерево

Кожа человека

Триацетатный

Полиэтилен высокого давления

Пенополиуретан

Полиэфирный

Полиакрилонитрильный

Поливинилхлоридный

Полиэтилен низкого давления

Полипропиленовый

Хлориновый