Текстильні волокна мають складну будову, яке склади-ється з молекулярної, надмолекулярної і морфологічної структури. Більшість текстильних волокон складається з високо-молекулярних сполук - полімерів. Волокноутворюючих по-Лімер, придатні для створення текстильних волокон, мають певні особливості будови і властивостей.
Макромолекули волокнообразующего полімеру являють собою довгі гнучкі утворення, що складаються з великого чис-ла повторюваних ланок, з'єднаних між собою хімічес-кими зв'язками. Число ланок, зване ступенем Полімеризується-ції, в макромолекулах коливається в широких межах - від не скількох сотень до десятків тисяч. Довжина макромолекул в сотні і тисячі разів перевищує їх поперечні розміри. В межах одного полімеру макромолекули мають досить широкий діапазон ко-лебанія по довжині.
Макромолекули волокнообразующих полімерів розрізняються не тільки за хімічним складом, але і за будовою (рис. 1.1). Струк-туру макромолекул відрізняється по виду ланок і порядку їх рас-положення. В лінійних або ланцюгових полімери ланки одного виду розташовані по довжині макромолекули. В лінійних сополімеру має місце регулярне, нерегулярне, блочне чергування зве-Ньєво двох або більше видів. Деякі види полімерів мають мак-ромолекули з бічними відгалуженнями різної довжини і складність ності. Якщо між сусідніми макромолекулами виникають хі-етичні зв'язку, утворюється тривимірна сітчаста структура.
Мал. 1.1. Схеми структур макроме-лекул (за даними JI. М. Пиркова):
1-3 - лінійна з прямою ланцюгом (/), з звивистій ланцюгом (2), цикло - ланцюгова (3); 4, 5 - розгалужена з ко-короткими (4) і довгими (5) відгалужуючись-нями; б - сходова; 7 - плоска; 8 - блокова лінійна (блок-сополі-мер); 9 - розгалужена з щепленими блоками; 10 - сітчаста (тривимірне
Чієм функціональних груп і т. Д. Рухливість надає макро-молекул гнучкість, здатність приймати різну форму рас-положення в просторі. Залежно від зовнішніх впливів, наприклад теплових, силових, форма розташування макромоле-кул може змінюватися. Гнучкістю макромолекул багато в чому визна-ляется весь комплекс властивостей полімеру.
Макромолекули в полімері не існує ізольовано, вони знаходяться у взаємодії з сусідніми макромолекулами. Ха-характерних особливість високомолекулярних сполук - рез-кое відмінність в характері зв'язків уздовж ланцюга макромолекули і між - молекулярних зв'язків. Енергія міжмолекулярних зв'язків (водень-них, сольових, хімічних, сил Ван-дер-Ваальса) значно слабкіше енергії внутрішньо молекулярних хімічних зв'язків. У визна-лених умовах при впливі вологи, тепла, зусиль межмоле-кулярние зв'язку можуть слабшати, навіть руйнуватися і восстанав-Ліван знову. Їх вигляд, кількість, сумарна енергія залежать від хімічного складу, довжини і взаємного розташування макроме-лекул. Міжмолекулярної взаємодії тим більше, ніж довжин-неї і розпрямлення макромолекули.
Волокноутворюючих полімери за своєю надмолекулярної структурі відносяться до фібрилярні з'єднанням. Згідно зі-тимчасовим уявленням розгорнуті макромолекули благода-ря дії міжмолекулярних сил об'єднуються в лінійні пач-ки, в яких вони розташовуються послідовно-паралельно відносно один одного. Окремі пачки і пучки макромолекул утворюють мікрофібрили, на основі яких формуються більші агрегати надмолекулярної структури - фібрили. Для микрофибрилл характерні невеликі поперечні розміри, рав-ні кільком міжмолекулярним відстаням, і довжина, пре-вищувати довжину макромолекул. Мікрофібрили за своїм будів-енію неоднорідні і мають кристалічні і аморфні участ - [Кі, що чергуються уздовж осі мікрофібрили. Перехід від кристал-вої області до аморфної відбувається поступово через ряд 'рромежуточних форм впорядкованості. Співвідношення кристалів-чеських і аморфних областей в полімері характеризується степу-нью кристалличности. Характер чергування, розміри і ступінь ^ впорядкованості областей в мікрофібрилами залежать від виду по - ряімера і умов його отримання. Довгі ланцюгові макромолекули 1Могут проходити через ряд кристалічних і аморфних областей '1л навіть переходити з однієї мікрофібрили в іншу, сусідню, Міцно поєднуючи їх в структурі фібрили. Відомо кілька Варіантів надмолекулярної структури микрофибрилл, характер-них для полімерів різної хімічної природи (рис. 1.2). [Морфологічна структура, або мікроструктура, текстильних волокон являє собою нижчий рівень і включає в (Себе зовнішню і внутрішню структуру. До зовнішньої структурі від-
Мал. 1.2. Схеми структур мікрофіб-Рилл (за даними Л. М.Пиркова):
1 - модель Громова-Слуцкера идеаль-но кристалічної структури; 2 - модель Хоземана- Бонар для кристалів-зующей полімерів з гнучкими цепя-ми; 3 - модель для фібрилярних бел-ков (макромолекули в а-формі); 4 - Те ж (макромолекули в р-формі); 5 - модель для аморфно-орієнтовано - го волокна; б - модель бахромчатой фібрили Хірла для жорстколанцюгових полімерів; 7 - модель Гесса
Носяться товщина, довжина, форма поперечного перерізу, звивистість, характер поверхні; до внутрішньої структурі - шаруватість, поріс тости, наявність каналів або серцевини, комбінація різних полімерів. Найбільш складною морфологічної структурою облада-ють природні волокна, наприклад шерсть. В останні роки серед хімічних волокон все частіше з'являються волокна зі складною мор-фологіческой структурою (порожнисті, шаруваті, комбіновані).
Структурні елементи не повністю заповнюють обсяг волок-на, між ними розташовуються мікропорожнечі, пори. Причини виникнення і розміри пір можуть бути різними. Пори, воз-нікшего через нещільного розташування макромолекул, мають радіуси близько 1 - 2 нм; радіуси пір, з'явилися через не-щільної упаковки микрофибрилл, коливаються в межах 3 - 5 нм, а радіуси пір між великими елементами структури - фібриля-лами - досягають 10-15 нм. Можливі й більші образо-вання (порожнечі, пори, тріщини, канали), пов'язані з морфолого-ня особливостями будови волокон. Пористістю струк-тури визначається ряд фізико-механічних властивостей волокон, їх міцність, здатність до поглинання рідин, набухання, ок-рашіванію і т. Д.
Основні характеристики властивостей волокон і ниток. Властивість - об'єктивна особливість продукції, яка проявляється при її створенні, експлуатації або споживанні. Розрізняють якісно-ні та кількісні характеристики (ознаки) властивостей, име-ющие розмірність. Показник (параметр) - кількісне (чис-ленне) вираз характеристики властивостей продукції.
Текстильні волокна характеризуються геометричними, ме-ханических, фізичними і хімічними властивостями.
Характеристики геометричних властивостей волокон. Основними геометричними властивостями волокон є довжина, товщина і форми поперечного перерізу і поздовжньої осі, які мають відповідні характеристики. Форму поперечного перерізу оп-чати при описі структури волокна і її розпізнаванні.
Довжина волокнаL, мм, - відстань між кінцями чвар-ленного волокна.
Безпосереднє вимірювання товщини волокон і ниток за-важко, так як форми поперечного перерізу вельми разнооб-різні і складні. Тому товщину волокон характеризують кос-судинними величинами.
Лінійна щільність Т, текс, виражається масою одиниці дли-ни волокна і визначається за формулою
Площа поперечного сеченіяS, мм2, також є характери-стики товщини волокна або нитки і розраховується за формулою
Де у - щільність речовини волокна, мг / мм3.
Якщо прийняти поперечний переріз волокна близьким до круглій формі, можна визначити його умовний діаметрDycjl, мм,
Поздовжня форма волокна характеризується извитостью - чис-лом витків на 1 см довжини, підрахованої при натягу, соот-ветствующим масі 10 м волокна.
Характеристики механічних властивостей. Механічні властивості волокон виявляються при додатку зовнішніх сил, серед кото-яких розтягують і згинають сили мають найбільшу зна-ня. При додатку розтягуючого зусилля до повного руйнуючої-ня волокна визначають наступні характеристики.
Розривне зусилля (навантаження) Рр, сН (гс), - найбільше зусилля, яке відчувається волокном до моменту його розриву.
Розривне напруга стор, МПа, характеризує розривну на-грузку, що припадає на одиницю площі поперечного перерізу; воно визначається за формулою
Відносне розривне зусилля (навантаження) Р0, сН / текс (гс / текс), характеризує навантаження на розрив, що припадає на одиницю товщини:
При додатку навантаження, що розтягує волокно Деформівні-ється, змінюючи свої розміри. Деформація оцінюється дотримуюся-ські характеристиками.
Абсолютна розривне подовження / р, мм, показує збільшення довжини волокна до моменту розриву:
Відносне розривне подовження ер,%, показує, яку частину від початкової довжини зразка становить його абсолют-ве подовження до моменту розриву:
При додатку розтягуючих зусиль менше розривних і подальшої розвантаження і відпочинку визначають повну деформує-цію і її складові частини (компоненти).
Повна деформаціяе Пол,%, - деформація, яку слід придбати-тане волокно до кінця періоду навантаження.
Пружна деформаціяе У,%, - частина повної деформації, кото-раю практично миттєво (за десятитисячні частки секунди) зникає при припиненні дії зовнішньої сили. Вона є наслідком дії невеликих змін середніх відстаней між ланками і атомами макромолекул при збереженні зв'язків між ними.
Еластична деформаціяе Е,%, - частина повної деформації, яка виникає при навантаженні і зникає після розвантаження поступово. Вона пов'язана з перегрупуванням і зміною кон-фігурації макромолекул, що, як відомо, протікає у време-ні з різною швидкістю.
Пластична деформаціяе П,%, - неісчезающая частина повної деформації. Вона обумовлена незворотними зміщеннями струк-турне елементів волокон і окремих макромолекул, а також можливим розривом макромолекул під дією зовнішніх сил.
Пружна деформація і частина еластичної деформації з дуже високою швидкістю прояви становлять бистрообратімую когось компонентом повної деформації, пластична і частина еластичної з дуже малою швидкістю зникнення - залишкову компонен-ту, інша частина деформації - медленнообратімую.
Еластичність волокна показує, яку частку в повній де-формації становить її оборотна частина; найчастіше вона виражена-ється у відсотках.
Характеристики фізичних властивостей. До основних фізичних властивостей волокон належать гігроскопічні, термічні властивості, стійкість до светопогоде і ін. Гігроскопічні властивості - здатність текстильних волокон до поглинання вологи - оцінюються фактичної, кондиційної, максимальної вологість-ністю.
Фактична вологість ЖФ,%, показує, яку частину від маси сухого волокна становить волога, що міститься в ньому при даних атмосферних умовах:
Жф = 100 (m - тс) / тс,
Де т і тс - відповідно маса, г, волокна до і після сушіння до постійної маси.
Кондиційна влажностьWK,%, - вологість волокна при нор-мальних атмосферних умовах (температурі повітря 20 ° С і відно-вальну вологості повітря 65%).
Максимальна вологість (гігроскопічність) Wm - це вологість волокна при відносній вологості повітря, близькій до 100%, і температурі 20 "С.
Термічні властивості волокон характеризують їх поведінку при зміні температури. Вони оцінюються по зміні механи-чеських властивостей волокон.
Теплостійкість - максимальна температура нагріву, при ко-торою спостерігаються зворотні зміни механічних властивостей волокон; з пониженням температури ці зміни зникають.
Термостійкість - температура, вище якої відбуваються не-оборотні зміни в структурі і властивостях волокон.
Стійкість до светопогоде характеризує здатність волокон чинити опір руйнівній дії світла, кисню повіт-ха, вологи і тепла. Зазвичай вона оцінюється по зміні показу-телей основних механічних властивостей після тривалих впливів-тей всіх факторів светопогоди.
Характеристики хімічних властивостей. Хімічні властивості по-локон характеризуються їх стійкістю до дії кислот, ще-дрібниць і різних хімічних реагентів, які використовуються при виробництві текстильних матеріалів (наприклад, в процесі обробки) і при експлуатації виробів (прання, хімчистка і ін.).