Фізичні властивості волокон

Матеріалознавство швейного виробництва

ВСТУП

Фізичні властивості волокон

Фізичні властивості волокон характеризують їх здібність до поглинання та випаровування вологи; теплові та оптичні властивості; стійкість до дії світла та погоди.

Гігроскопічні властивості волокон характеризують їх здібність поглинати з навколишнього середовища та випаровувати в нього поглинуті водяні пари та воду. Оцінюють гігроскопічні властивості волокон трьома показниками: фактичною, кондиційною та максимальною вологістю.

Фактична вологістьWф(%)

– показує, яку частку від маси сухого волокна складає маса вологи, яку воно містить при

Фактичних атмосферних умовах. Розраховують фактичну вологість за формулою:

W™ =М-М/Мс*100 (%)

Де: М та Мс – відповідно: маса волокна (г) до і після висушування до постійної маси.

Кондиційна вологість Wк (%) – показує вологість волокна при нормальних атмосферних умовах, тобто при вологості повітря Wп = 65 % та температурі повітря Тп = 20 °С.

Максимальна вологість волокна Wmax (%) – це вологість волокна при максимальній вологості повітря Wп = 100 % та при температурі повітря Тп = 20°С ± 2°С.

Гігроскопічні

властивості волокон мають велике значення для гігієнічності одягу. Високу гігроскопічність мають всі натуральні волокна та віскоза; нізьку – всі синтетичні (крім вінолу) та ацетатні волокна. Завдяки гігроскопічності волокон одяг поглинає піт, який виділяє шкіра людини, і випаровує його в навколишнє середовище. Випаровування поту знижує температуру тіла. Волокна при поглинанні вологи виділяють тепло. Це приводить до збільшення тиску водяних парів в волокні, що, в свою чергу, викликає видалення частки вологи з волокна та поглинання волокном тепла. Ефект охолодження тіла зменшується. Таким чином, як при поглинанні вологи волокном, так і при її випаровуванні, волокна захищають тіло людини від різкого впливу навколишнього середовища. Чим вище ступень поглинання вологи волокном, тим вище його захисна дія та гігієнічність.

В таблиці 4 приведена кондиційна вологість різних волокон при нормальних атмосферних умовах (при температурі 20°С та вологості повітря 65%), а також їх фактична вологість (при вологості повітря 95%, коли волокна на дотик залишаються сухими).

Таблиця 4. Вологість волокон

Волокно	Вологість волокна, % при відносній вологості повітря
65%	95%
Бавовна	8	18-20
Льон	12	19-21
Вовна	15-17	38-40
Натуральний шовк	11	37-39
Віскоза	11-12	35-40
Ацетатне	7	13-15
Триацетатне	5	5-6
Капрон	5	7-8
Лавсан	0,5	0,6-0,7
Спандекс	0,8	0,9
Нітрон	1,5	6
Хлорин та полівінілхлорид	0,5	0,7-0,8
Вінол	5-7	10-14

Набухання волокон. При занурюванні волокон у воду вони вбирають її, але з різною швидкістю та в неоднаковій кількості. Здібність волокон до вбирання води називається набуханням. При набуханні волокна збільшують свої розміри, можливе змінення їх міцності. Набухання волокон впливає на формовочні здібності матеріалів, на процеси оздоблення та фарбування матеріалів, на процеси їх висушування після вологих обробок, а також на процеси волого-теплового оброблення виробів з цих матеріалів. Швидко та у великій кількості вбирають воду целюлозні волокна, волокна вовни вбирають її ще в більшій кількості, але повільно, синтетичні (крім вінолу) та триацетатні волокна практично не набухають. Різна здібність волокон до набухання пояснюється їх хімічним складом та молекулярною структурою. Так, при занурюванні у воду целюлозних волокон молекули води проникають між молекулярними ланцюгами целюлози, розсувають їх і викликають набухання волокна. В волокнах бавовни молекули целюлози розташовані більш щільно, ніж в штучних волокнах, зв’язки між ними більш міцні, тому їх набухання менше набухання віскозних волокон.

При набуханні волокон збільшується їх довжина: у бавовни, вовни, капрону – на 1,2%, у шовку – на 1,7%, у віскозного волокна – на 3-5%. Чим вище набухання волокон, тим більш вони втрачають міцність при зволоженні (виключенням є волокна бавовни та льону) і тим більшою буде усадка тканин з цих волокон. І Наявність вологи у волокнах при волого-теплових обробленнях виробів сприяє більш швидкому їх нагріванню та кращому формуванню, так як вода виконує роль пластифікатора, який забезпечує перехід волокон у високоеластичний стан.

В середовищі з вологістю повітря близько 0° з волокон починає випаровуватися волога. Синтетичні волокна висушуються швидко; бавовна, натуральний шовк та віскоза – повільно; вовна – ще повільніше.

В таблиці 5 приведені дані, які характеризують набухання волокон у воді.

Таблиця 5. Набухання волокон у воді

Збільшення, %
Площі
Волокно	Довжини	Поперечного	Об’єму
Волокна	Розтину	Волокна
Волокна
Бавовна	1-1,2	22-42	40-45
Льон	1-1,2	25-40	40-45
Вовна	1,2-1,8	18-38	36-41
Натуральний шовк	1,5	20	30-40
Віскозне (комплексне)	3-5	40-50	80-100
Віскозне (штапельне)	5-8	50-65	95-120
Полінозне	–	–	60-65
Ацетатне	0,1	6-11	20-25
Триацетатне	–	–	12-18
Капрон	1,2	2-5	10-14
Лавсан	–	–	3-5
Нітрон	–	–	4-6
Вінол	1,1	8-10	25

Стійкість волокон до нагрівання. Підвищені температури впливають на міцність, видовження, пружність волокон, а також на їх зовнішній вигляд та хімічну структуру.

При підвищенні температури більшість волокон знижує свою міцність, при цьому зростає їх видовження, зменшується пружність.

Відповідно з характером змін властивостей волокон від дії підвищених температур розрізняють теплостійкість та термостійкість волокон.

Теплостійкість волокон визначається максимальними температурами, дія яких на протязі довгого часу не погіршує властивостей волокон. Після охолодження волокна до нормальної температури його властивості відновлюються. Температури теплостійкості обумовлюють режими теплових обробок матеріалів у виробництві.

Термостійкість волокон характеризується температурами, дія яких викликає безповоротні зміни властивостей волокон. Тобто, це такі температури, які можуть викликати зниження міцності, видовження, пружності і навіть привести до термічного руйнування волокна залежно від ступеня нагрівання та його тривалості.

Обидва показники мають велике значення для вибору режимів ВТО в швейному виробництві.

В таблиці 6 приведені дані, які характеризують теплостійкість різних волокон.

Всі волокна можна поділити на термопластичні та не термопластичні. До першої групи відносяться, в основному, синтетичні волокна та деякі штучні (ацетатні та триацетатні), до другої – всі натуральні та такі штучні волокна, як віскозні та полінозні.

При короткочасному підвищенні температури в термопластичних волокнах виникає розрив міжмолекулярних зв’язків, який викликає рекристалізацію полімеру і супроводжується зміною властивостей волокон. При охолодженні термопластичних волокон відновлюється їх структура та механічні властивості. При тривалому нагріванні виникають безповоротні зміни властивостей волокон.

Таблиця 6. Теплостійкість волокон

Волокно	Гранічні температури теплостійкості, °С
Бавовна	130-140
Льон	160-170
Вовна	100-110
Натуральний шовк	100-110
Віскоза	140-150
Полінозне	140-150
Ацетатне	80-90
Триацетатне	150-160
Капрон	100-110
Лавсан	160-170
Нітрон	160-170
Хлорин	60-70
Полівінілхлорид	65-100
Вінол	180-190

При відносно короткочасному (на протязі декількох годин) нагріванні не термопластичних волокон спочатку виникає деполімеризація (розпад макромолекул), а потім руйнування та обвуглювання основної речовини волокна.

Тепло – та термостійкість хімічних волокон може бути підвищена стабілізацією. Стабілізація волокон може здійснюватися кип’ятінням у воді, дією насиченої пари, гарячого повітря, зіткненням з нагрітою металевою поверхнею, інфрачервоними променями, токами високої частоти та іншими способами. Сутність стабілізації полягає в послабленні молекулярних зв’язків полімеру під дією високої температури з наступним закріпленням їх після охолодження в таких положеннях, які забезпечують стабільність розмірів волокна при теплових обробках. Синтетичні нитки можна стабілізувати в вільному та натягнутому стані. При стабілізації в натягнутому стані нитки витягуються, підвищується ступень орієнтації макромолекул, внаслідок чого збільшується їх міцність та зменшується видовження.

Стійкість хімічних волокон до дії високих температур може бути підвищена і введенням в полімер незначних добавок термостабілізаторів (сполучень хрому, міді, магнію, а також гідрохінону, саліцилової кислоти та інше).

Вплив високих температур на не стабілізовані хімічні волокна, а також перевищення температури стабілізації викликають прояв теплової усадки волокна, що необхідно враховувати при волого-теплових обробленнях швейних виробів з метою запобігання скривлення форми виробу. З натуральних волокон лише вовна здатна до невеликої теплової усадки під дією температур вище 240°С. Однак, вже при температурі 120°С починається розпад вовняного волокна, який найбільш активно протікає при температурі 170-180°С.

В зв’язку з тим, що волого-теплове оброблення виробів проводиться короткочасно, його температурний режим може бути значно вищим теплостійкості волокон.

Морозостійкість – це стійкість волокон до дії низьких температур. Більшість волокон не змінює свої властивості при температурі не нижче 20-25°С. Морозостійкими є натуральні та штучні волокна; синтетичні волокна менш морозостійкі. Так, хлорин вже при температурі -20°С втрачає еластичність, при -25°С стає крихким, тендітним; капрон стає тендітним при температурі -40°С, вінол – при -50°С, лавсан – при -70°С.

Світлостійкість волокон – це стійкість їх до тривалої дії сонячного світла (процесу інсоляції) в атмосферних умовах.

Тривала дія світла в атмосферних умовах приводить до зниження міцності та видовження волокон, погіршення інших властивостей та зовнішнього вигляду (появлення жовтизни) внаслідок фотохімічного розпаду основної речовини волокна. Руйнування волокон відбувається швидше при підвищенні температури та вологості повітря. Волокна мають різну світлостійкість: найбільш стійким є нітрон, стійкі також до дії світла натуральні волокна, віскоза; найменшу стійкість мають: капрон, натуральний шовк, спандекс, хлорин.

Світлостійкість волокон може бути підвищена фарбуванням та стабілізацією пігментами. Обробка хімічних волокон двоокисом титану для зниження їх блиску сприяє зниженню світлостійкісті волокон.