Деформация удлинения волокон

Лекция 2

 Основные свойства волокон и их размерные характеристики

Волокна, используемые в текстильном производстве, должны отвечать определенным техническим требованиям, т. е. обладать определенными свойствами. У текстильных волокон различают геометрические (длина, линейная плотность), механические (разрывная нагрузка, удлинение, трение, стойкость к истиранию), физические (гигроскопичность, стойкость к нагреванию, светостойкость) и химические (хемостойкость) свойства.

ДЛИНА

Длина текстильных волокон, используемых для выработки пряжи, колеблется от 20 до 150 мм. Натуральные волокна неравномерны по длине (хлопок - 6 - 52 мм, лен трепаный - 250 - 1000 мм, шерсть - 10 - 250 мм). Химические штапельные волокна можно получить любой нужной длины. Длина волокна влияет на способ его переработки в пряжу, а также на структуру и свойства пряжи. Из длинных волокон получают более тонкую, прочную, ровную и гладкую пряжу.

ЛИНЕЙНАЯ ПЛОТНОСТЬ

Основная масса текстильных волокон мягкие и гибкие, пряжа из таких волокон прочная и гибкая. Волокна характеризуются линейной плотностью, которая выражается в тексах. Текс Т - это отношение массы волокна m, г, к его общей длине L, км: Т = m/L

Если в качестве единицы массы использовать миллиграмм, то линейная плотность волокна будет выражена в миллитексах (мтекс). Чем ниже линейная плотность, тем меньше поперечное сечение волокна, т. е. тем тоньше волокно. Раньше для оценки поперечных размеров волокон (тонины) использовался метрический номер N, который определялся отношением длины волокна к его массе. Чем выше номер, тем тоньше волокно. Между метрическим номером и тексом существует следующая зависимость: ТN = 1000.

В табл. 1 приведены размеры поперечного сечения волокон в микрометрах, их линейная плотность в тексах и толщина, выраженная номером.

Толщина натуральных и химических волокон

Волокно	Диаметр поперечного сечения, мкм	Линейная плотность, мтекс	Номер
Хлопок	15 - 25	222 - 125	4500 – 8000
Лен (элементарное волокно)	12 - 20	286 - 125	3500 – 8000
Лен (техническое волокно)	150 - 250	5000 - 7690	130 – 200
Шерсть	15 - 90	5000 - 200	200 – 5000
Шелк натуральный (элементарная нить)	10 - 15	200 - 286	5000 – 7500
Вискозное	15 - 60	666 - 166	1500 – 6000
Полинозное	10 - 20	250 - 111	4000 – 9000
Ацетатное	12 - 25	277 - 133	3600 – 7500
Триацетатное	20 - 30	400 - 286	2500 – 3500
Капрон	10 - 90	3333 - 111	300 – 9000
Лавсан	15 - 60	833 - 166	1200 – 6000
Нитрон	15 - 60	833 - 166	1200 – 6000
Поливинилхлорид	15 - 80	2000 - 166	500 – 6000
Хлорин	20 - 30	500 - 286	2000 – 3500
Винол	15 - 30	400 - 166	2500 – 6000

РАЗРЫВНАЯ НАГРУЗКА

Разрывная нагрузка текстильных волокон - величина, характеризующая их способность сопротивляться растягивающим усилиям. Разрывная нагрузка волокон Рр может быть выражена в миллиньютонах (мН) или сантиньютонах (сН). Волокна могут характеризоваться и относительной разрывной нагрузкой, выраженной в сантиньютонах на единицу линейной плотности (сН/текс).

Чем прочнее волокно, тем более прочную и тонкую пряжу можно из него выработать, тем более высокого качества изделия можно получить. В табл. 2 дана характеристика прочности волокон, выраженная разрывной нагрузкой в сухом и мокром состоянии. Большое снижение разрывной нагрузки волокон в мокром состоянии обусловливает необходимость соблюдения предосторожностей при мокрых обработках изделий во избежание их повреждения.

Прочность волокон

Волокно	Разрывная нагрузка в сухом состоянии, даН/мм²	Относительная разрывная нагрузка в сухом состоянии, сН/текс	Разрывная нагрузка в мокром состоянии, % разрывной нагрузки в сухом состоянии
Хлопок	35 - 56	24 - 36	115 – 120
Лен (элементарное волокно)	80 - 100	54 - 72	110 – 120
Лен (техническое волокно)	50 - 60	35 - 40	70 – 80
Шерсть	12 - 24	10 - 14	65 – 75
Шелк натуральный	35 - 50	27 - 32	80 – 90
Вискозное (комплексная нить)	23 - 30	14 - 20	40 – 45
Вискозное (штапельное волокно)	20 - 35	13 - 24	42 – 50
Полинозное (штапельное волокно)	40 - 50	37 - 40	78 – 80
Ацетатное (комплексная нить)	14 - 21	11 - 14	60 – 70
Ацетатное (штапельное волокно)	13 - 15	10 - 12	60 – 70
Триацетатное (комплексная нить)	14 - 20	10 - 14	65 – 75
Триацетатное (штапельное волокно)	13 - 16	10 - 12	65 – 70
Капрон (комплексная нить)	45 - 60	45 - 70	85 – 90
Капрон (штапельное волокно)	37 - 53	35 - 46	85 – 90
Лавсан (комплексная нить)	45 - 55	40 - 55	100
Лавсан (штапельное волокно)	40 - 50	32 - 40	98 – 100
Спандекс (комплексная нить)	10 - 14	7 - 12	95 – 100
Нитрон (штапельное волокно)	27 - 35	32 - 39	95 – 100
Поливинилхлорид (комплексная нить)	30 - 40	22 - 34	100
Поливинилхлорид (штапельное волокно)	11 - 16	8 - 12	100
Хлорин (комплексная нить)	20 - 22	18 - 25	100
Хлорин (штапельное волокно)	18 - 20	12 - 14	100
Винол (комплексная нить)	47 - 90	30 - 40	80 – 90
Винол (штапельное волокно)	30 - 45	25 - 40	80 – 85

Разрывная нагрузка химических волокон зависит от степени их вытягивания и стабилизации. С увеличением степени вытягивания волокон прочность их возрастает. Стабилизация волокон (действием высокой температуры) приводит к ориентации макромолекул, а вследствие этого - к увеличению разрывной нагрузки волокна. Например, для специальных целей получают упрочненные волокна с относительной разрывной нагрузкой, сН/текс: капрон - 70 - 90, лавсан - 55 - 70, нитрон - 40 - 50, хлорин - 60 - 80, винол - 80 - 110, вискозное - 22 - 62.

Прочность натуральных волокон зависит от линейной плотности волокна. Чем тоньше и плотнее волокно, тем выше его относительная разрывная нагрузка. Например, относительная разрывная нагрузка средневолокнистого хлопка 24 - 28 сН/текс, а тонковолокнистого - 29 - 36, тонкой шерсти - 13 - 14, а грубой - 10 - 12 сН/текс.

УДЛИНЕНИЕ

Удлинение текстильных волокон - это их свойство увеличивать свою длину под влиянием растягивающих усилий. Удлинение измеряется приростом длины волокна, выраженным в миллиметрах или в процентах первоначальной длины. Прирост длины нити в момент ее разрыва называется удлинением при разрыве, или разрывным удлинением. Способность волокон к удлинению улучшает формование пряжи и ткани.

Удлинение волокна при последующей разгрузке определяет полную деформацию и три ее составные части: деформацию упругую, эластическую и пластическую. Деформация, исчезающая сразу после снятия нагрузки, называется упругой. Чем выше доля упругой деформации в волокне, тем выше качество изделий из этого волокна, тем лучше они будут сохранять свою форму, меньше будут сминаться. Упругая деформация возникает вследствие изменения расстояний между частицами полимеров, между соседними звеньями и атомами макромолекул при сохранении межмолекулярных и межатомных связей, при увеличении валентных углов.

Деформация, исчезающая после снятия нагрузки постепенно, в течение некоторого времени, называется эластической. Эластическая деформация возникает вследствие изменения конфигурации и перегруппировки макромолекул полимеров. Однако в обычных условиях часть эластической деформации фиксируется и может исчезнуть лишь при нагреве или увлажнении, что обычно является причиной усадки волокон.

Деформация, не исчезающая после нагрузки, называется пластической, или остаточной. Пластическая деформация возникает вследствие необратимых смещений звеньев макромолекул на большие расстояния, сопровождающихся разрывом одних межмолекулярных связей и образованием других.

С увеличением удлинения волокна доля упругой деформации уменьшается, а эластической и пластической деформаций возрастает, поэтому при значительном удлинении волокон изделия сильно сминаются и теряют форму.

В табл. 3 приведены виды удлинений волокон при деформации растяжения и после освобождения от нее. Из данных таблицы видно, что наилучшими упругими свойствами обладают капрон, лавсан, нитрон и шерсть.

Деформация удлинения волокон

Волокно	Удлинение при разрыве, %		Полностью обратимое удлинение, %
	в сухом состоянии	в мокром состоянии
Хлопок	7 - 8	8 - 10	1,5
Лен (техническое волокно)	2 - 2,5	2,5 - 3,5	-
Шерсть	25 - 45	30 - 50	3 – 6
Шелк натуральный	22 - 25	25 - 30	2 – 4
Вискозное (комплексная нить)	18 - 22	21 - 26	1,5 - 1,7
Вискозное (штапельное волокно)	20 - 26	22 - 30	1,5
Полинозное (штапельное волокно)	7 - 13	10 - 15	2 - 2,5
Ацетатное (комплексная нить)	18 - 25	28 - 35	2 - 2,5
Ацетатное (штапельное волокно)	20 - 30	31 - 38	2 - 2,5
Триацетатное (комплексная нить)	20 - 25	25 - 30	2,5 – 3
Триацетатное (штапельное волокно)	20 - 32	28 - 38	2,5 – 3
Капрон (комплексная нить)	20 - 25	25 - 30	6 – 8
Капрон (штапельное волокно)	45 - 60	50 - 65	6 – 8
Лавсан (комплексная нить)	20 - 25	20 - 25	5 – 6
Лавсан (штапельное волокно)	40 - 60	40 - 60	5 – 6
Спандекс (комплексная нить)	500 - 800	500 - 800	90 – 99
Нитрон (штапельное волокно)	20 - 26	25 - 31	4 – 5
Поливинилхлорид (комплексная нить)	23 - 28	23 - 28	2,5 – 3
Поливинилхлорид (штапельное волокно)	150 - 180	150 - 180	2,5 – 3
Хлорин (комплексная нить)	20 - 25	20 - 25	2,5 – 3
Хлорин (штапельное волокно)	30 - 40	30 - 40	-
Винол (комплексная нить)	10 - 25	15 - 27	2,5 – 3
Винол (штапельное волокно)	15 - 35	23 - 38	2,5 – 3

ТРЕНИЕ

Трение волокон имеет большое значение для технологии их переработки и для оценки качества получаемых из них изделий. Под трением понимается сила противодействия перемещению соприкасающихся волокон (тел), находящихся под действием нормального давления. Сила трения прямо пропорциональна нормальному давлению. Согласно молекулярно-механической теории сила трения есть результат механического и молекулярного взаимодействия соприкасающихся тел. Перемещению волокон оказывают сопротивление их микро- и макрошероховатости, а также силы межатомного взаимодействия на площади их фактических контактов. Связи, действующие в местах контакта, характеризуют силу тангенциального сопротивления соприкасающихся волокон. Основной характеристикой, определяющей тангенциальное сопротивление скольжению, является коэффициент тангенциального сопротивления Кт.с, представляющий собой отношение силы трения к силе нормального давления для двух скользящих друг по другу тел. т. е. Кт.с =Т/N. Чем выше этот коэффициент, тем лучше сохраняется форма ткани, меньше вероятность образования пиллинга, выше носкость изделий. Наибольшим коэффициентом обладают волокна шерсти (0,73) и хлопка (0,29), далее идут волокна лавсан, хлорин, нитрон, капрон, ацетатное, вискозное.