Что такое волокна какие натуральные волокна животного и растительного происхождения и искусственные
Классификация волокон
В зависимости от происхождения текстильные волокна делят на натуральные и химические (рис. 1).
К натуральным относятся волокна, создаваемые самой природой, без участия человека. Они могут быть растительного, животного или минерального происхождения.
Натуральные волокна растительного происхождения получают с поверхности семян (хлопок), из стеблей (лен, пенька и др.), из листьев (сизаль и др.), из оболочек плодов (койр).
Натуральные волокна животного происхождения представлены волокнами шерсти различных животных и коконным шелком тутового и дубового шелкопряда.
Перечисленные натуральные волокна состоят из веществ, которые относятся к природным полимерам. Это целлюлоза у расти тельных волокон и белки у волокон животного происхождения.
Химические волокна подразделяют на искусственные и синтетические.
Искусственные волокна получают путем химической переработки природных полимеров растительного и животного происхождения, из отходов целлюлозного производства и пищевой промышленности. Сырьем для них служат древесина, семена, молоко и т.п. Наибольшее применение в швейной промышленности имеют текстильные материалы на основе искусственных целлюлозных волокон, таких как вискозное, полинозное, медно-аммиачное, триацетатное, ацетатное.
Синтетические волокна получают путем химического синтеза полимеров, т.е. создания имеющих сложную молекулярную структуру веществ из более простых, чаще всего из продуктов переработки нефти и каменного угля. Это полиамидные, полиэфирные, полиуретановые волокна, а также полиакрилонитрильные (ПАН), поливинилхлоридные (ПВХ), поливинилспиртовые, полиолефиновые.
НАТУРАЛЬНЫЕ ВОЛОКНА
А. Натуральные волокна растительного происхождения
Хлопковое волокно
Известно много видов хлопчатника, но промышленное значение имеют главным образом два вида: средневолокнистый и тонковолокнистый.
Средневолокнистый хлопчатник созревает через 130-140 дней с момента посева, дает волокно длиной 25-35 мм.
Тонковолокнистый хлопчатник имеет более длинный период созревания, меньшую урожайность, но дает более длинное (35-45 мм), тонкое и прочное волокно, которое применяется для выработки высококачественной пряжи.
Линейная плотность волокон хлопчатника колеблется в пределах 0,17-0,2 текс.
Волокна на семенах в конце периода созревания приобретают вид скрученных (извитых) сплющенных ленточек со стенками определенной толщины и каналом внутри. Толщина стенок и степень извитости характеризуют зрелость волокна, которая в свою очередь определяет его качество. По степени зрелости волокна хлопка подразделяются на 11 групп. На рис. 2 даны примеры эталонов, используемых для оценки зрелости хлопка сравнительным методом.
Незрелые тонкостенные волокна обладают малой прочностью, низкой эластичностью и плохо окрашиваются. Они не пригодны для текстильного производства.
Перезрелые волокна имеют толстые стенки, повышенную прочность, но при этом значительно увеличивается их жесткость. Эти волокна также не пригодны для текстильной переработки.
Под микроскопом незрелые волокна плоские, лентовидные с тонкими стенками и широким каналом внутри (см. рис. 2, в). По мере созревания толщина стенок волокна растет, а канал становится узким. Зрелые волокна представляют собой сплющенные трубочки с характерной спиральной извитостью и проходящим внутри волокна каналом (см. рис. 2, б). Перезрелые волокна имеют цилиндрическую форму, толстые стенки и узкий канал (см. рис. 2, а).
Зрелое волокно хлопка содержит более 95% целлюлозы, остальное представляет собой сопутствующие вещества.
Степень зрелости волокон хлопка влияет на их прочность и удлинение. Доля пластической деформации в полном удлинении зрелого волокна хлопка составляет 50%, поэтому хлопчатобумажные ткани сильно сминаются.
Под действием светопогоды хлопок, как и все органические волокна, теряет прочность.
При значительном повышении температуры сухие волокна теряют прочность, на них появляется легкая желтизна с последующим потемнением, а при температуре 250°С волокна обугливаются. Волокна хлопка горят желтым пламенем, при этом образуется серый пепел и ощущается запах жженой бумаги.
Волокна льна относятся к так называемым лубяным волокнам, т. е. волокнам, получаемым из стеблей растений. Волокна льна являются наиболее ценными из всех лубяных благодаря высокой прочности, гибкости и хорошим сорбционным свойствам.
Элементарные волокна льна имеют веретенообразную форму с толстыми стенками, узким каналом и закрытыми заостренными концами. Длина этих волокон колеблется от 15 до 20 мм. Элементарные волокна, собранные в пучки по 15-20, равномерно распределены по окружности стебля под его покровной тканью. Поперечный разрез волокна имеет вид пяти-или шестигранного многоугольника со следом канала в центре (рис. 3, а). Под микроскопом элементарное волокно льна в продольном виде представляет собой цилиндр с коленообразными сдвигами и утолщениями (рис. 3, б).
Пучки элементарных волокон, выделяемые из стебля льна в процессе его обработки, образуют техническое волокно. Элементарные волокна удерживаются в этом пучке благодаря последовательному вклиниванию заостренных кончиков одних волокон в промежутки между другими. Технические волокна, выделенные из стеблей для использования в прядении, имеют длину 250-400 мм.
Прочность волокон льна в несколько раз превышает прочность хлопка, а их растяжимость, наоборот, меньше. Поэтому льняные ткани лучше сохраняют форму изделия, чем хлопчатобумажные.
Доля пластической деформации в полном удлинении льняного волокна больше, чем хлопкового, и составляет 60-65%. Этим объясняется еще большая сминаемость льняных тканей по сравнению с хлопчатобумажными.
При нагревании сухие волокна льна выдерживают более высокую температуру, чем хлопок.
Стойкость льна к светопогоде также несколько выше, чем у хлопка.
Горит лен с проявлением тех же признаков, что и хлопок.
Технология. 5 класс
Конспект урока
Технология, 5 класс
Урок 13. Текстильные материалы. Классификация.
Технологии производства ткани
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:
Волокно – тонкая непрядёная нить растительного, животного или минерального происхождения.
Ровница – промежуточный продукт при производстве пряжи, который вырабатывается путём деления или вытягивания очищенного, расчёсанного сырья и небольшого скручивания волокнистой ленты на ровничных машинах.
Прядение – процесс продольного складывания и спирального скручивания отдельных волокон для получения длинной и прочной нити.
Пряжа – нить, скрученная из продольно и последовательно расположенных волокон. Пряжу делают из натуральных волокон (шерсть, хлопок, лён, шёлк) или различных химических волокон.
Ткачество – это процесс получения тканей из пряжи.
Ткань текстильная – изделие, образованное в процессе ткацкого производства путём переплетения нитей. Нити, идущие вдоль полотна ткани, называются нитями основы или долевой. Нити, расположенные поперёк нитями утка.
Кромки – это полосы, образующие неосыпающиеся края с двух сторон полотна вдоль долевой нити.
Основная и дополнительная литература по теме урока:
1. Технология. 5 класс: учеб. пособие для общеобразовательных организаций / [В.М. Казакевич, Г.В. Пичугина, Г.Ю. Семенова и др.]; под ред. В.М. Казакевича. — М.: Просвещение, 2017.
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Посмотрите на свою одежду. Из чего она изготовлена? Это ткань – материал, который изготавливается на ткацком станке путём переплетения пряжи или нитей.
Если рассмотреть кусочек ткани близко, то можно увидеть, что она состоит из переплетённых между собой нитей. Эта нить называется пряжа.
Каждая такая нить состоит из множества скрученных между собой тонких волокон.
Сравните рубашку и пальто, спортивный костюм и халат. Вы видите, что ткани, из которых изготавливаются швейные изделия, бывают тонкие и толстые, гладкие и пушистые, мягкие и жёсткие, мнущиеся и немнущиеся.
От чего зависят свойства тканей?
В первую очередь свойства тканей зависят от волокна, из которого производят пряжу для ткацкого производства.
По своему происхождению все волокна делятся на натуральные и химические. Натуральные волокна – это волокна, которые нам даёт природа. К ним относятся волокна растительного происхождения (лён и хлопок) и животного происхождения (шерсть и пух животных, коконы тутового шелкопряда), а также минерального происхождения (асбест).
Химические волокна – волокна, которые люди производят искусственным путём на промышленных предприятиях.
Наиболее известные волокна растительного происхождения в нашей стране – это хлопок и лён.
Хлопчатник представляет собой кустарник высотой около 1 м.
Хлопковое волокно – находится в семенных коробочках хлопчатника. Волокна покрывают семена растения, то есть растут на семенах внутри плода – коробочки. Такие волокна называют семенными. На каждом семени развивается 7–15 тыс. волосков. Это и есть хлопковые волокна. Длина волокна хлопка от 12 до 60 мм. Чем длиннее волокна, тем лучшего качества получаются пряжа и ткани.
Волокна из хлопка используются для изготовления пряжи для ручного вязания, для изготовления х/б ниток, тканей самого различного назначения, и для верхней одежды, и для нижнего и постельного белья, полотенец, скатертей, спортивной формы и много другого.
После сбора хлопчатника происходит первичная обработка, очистка и сортировка, а затем упаковка в кипы (прессование).
Лён называют русским шёлком. Это уникальное волокнистое растение с длинными, красивыми и прочными и прочными волокнами. Длина стебля до 1200 мм в каждом из них находятся 350–560 волокон.
Разновидностей льна очень много. Есть лён, который выращивают только ради красоты – его называют декоративным. Ради масла сеют лён-кудряш. А ради волокон выращивают лён-долгунец.
Именно лён-долгунец является основным поставщиком льняного волокна. Чем тоньше, длиннее и ровнее волокно, тем лучше качество пряжи и тканей, изготовленных из него.
Лён растёт в средней полосе России. Технологии выращивания и обработки льна с течением времени практически не изменялись. Сначала лён собирают и получают льняную солому. Это выполняют с помощью машин. Затем его вымачивают, далее осуществляется первичная обработка: сушка, мятье, трепание. После чего следует прядильное производство: чесание, формирование ленты, а из ленты – ровницы производство пряжи.
Этапы производства льна. От цветка до одежды
Из льняной пряжи вырабатывают бельевые полотна, простыни, полотенца, столовое белье, летние костюмные ткани, брезенты, парусины, пожарные рукава, шнуры, обувные нитки.
Кроме льна и хлопка выращивают такие волокнистые растения как:
Кенаф – однолетнее травянистое растение. Джут – однолетнее растение, возделываемое в субтропических странах.
Волокна, получаемые из этих растений, несколько грубее и поэтому идут в основном на технические цели, т.е. на изготовление циновок, мешков, сумок.
Первым этапом в производстве ткани является получение пряжи из волокон.
Пряжа – это тонкая длинная нить, выработанная из коротких волокон путём их скручивания и предназначенная для производства тканей, швейных ниток, трикотажа и других текстильных изделий. На прядильных машинах с помощью веретён из ровницы вырабатывают пряжу.
Цель прядения – получение длинной, равномерной по толщине пряжи.
На прядильных фабриках работают люди различных профессий – прядильщицы, ровничницы, чесальщицы. Прядильщики обслуживают одновременно несколько прядильных машин. Они ликвидируют обрыв ровницы и пряжи, меняют бобины, выполняют работу по уходу за оборудованием.
Готовая пряжа поступает на ткацкую фабрику, где на ткацких станках вырабатывают ткань. На современном ткацком станке легко управляется с работой ткачиха, не прикладывая особой физической силы. Она обслуживает одновременно несколько станков, следит за их бесперебойной работой.
На станке ткань изготовляются путём переплетения нитей. Эти переплетения называют ткацкими. Они бывают простыми и сложными. Самое распространённое простое переплетение – полотняное. К этому классу также относятся сатиновое, атласное и саржевое.
Нити, образующие ткацкие переплетения имеют своё название. Нити, идущие вдоль полотна ткани, называются нитями основы или долевой. Нити, расположенные поперёк нитями утка.
Нить основы гладкая, тонкая, равномерная по толщине, сильно скручена и натянута, как струна, плотная, жёсткая и прочная. Не поддаётся растяжению.
Нить утка пушистая, толстая, неравномерная по толщине, гибкая и мягкая. Нити утка поддаются растяжению.
Умение определять направление нитей основы и утка имеет важное значение при раскрое ткани и шитье. Неправильное расположение детали относительно нити основы может привести к деформации готового изделия.
Финальной операцией при производстве тканей из натуральных волокон является отделка. Ткань снимают с ткацкого станка и подвергают отделке:
Отбеливают и окрашивают (красят или наносят рисунок).
Ткань прошедшую отделку называют готовой.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля
Задание 2. Зачеркните понятия, которые не относятся к волокнам растительного происхождения
В текстильной промышленности очень большое разнообразие тканей различной природы происхождения. Основной набор составляют натуральные, синтетические и искусственные полотна.
Некоторые потребители в общих чертах представляют, чем отличаются натуральные текстильные изделия от синтетических, а про искусственные просто догадываются.
Попытаемся раскрыть эту тему более подробно. Так в чём же принципиальное отличие всех этих видов тканей. Какие плюсы и минусы при их повседневном использовании.
Натуральные
Натуральные волокна имеют двойную природу происхождения: животного и растительного.
Животного – это шерсть, шёлк, кашемир, мохер и другие. Основным недостатком таких волокон является то, что они содержат в себе протеин, который является питательным веществом для личинок моли.
Растительного – это лен, хлопок, рами, кудель и другие производные. Здесь и придраться практически не к чему.
Основное преимущество этих изделий в том, что они созданы природой и обладают естественными свойствами, отождествляемыми с комфортностью для всего живого, в том числе и для людей. Сюда относится и приятные ощущения материала, впитываемость, воздухопроницаемость, терморегуляция, экологичность. При их производстве не используется никакая химия. Что зимой, что летом изделия, пошитые из этого материала всегда комфортно носить.
Недостаток натуральных тканей заключается в их повышенной сминаемости, некоторой сложности в глажении и высокой цене.
Синтетика
Продукт созданный с помощью химического синтеза. Волокно получается из расплавленных синтетических полимеров. Сюда относится полиамиды, полиуретаны, полиэфирные волокна или тот же лавсан, полиолефин, полиакрил и другие.
Недостатки синтетики: низкая впитываемость влаги, скатывание, высокая электризуемость, жесткость.
Плюсы: повышенная прочность, не мнется, большой ассортиментный ряд по цветовым оттенкам, низкая цена.
Как видим плюсы свойственные натуральным материалам, относятся к недостаткам синтетики и наоборот. Поэтому для повышения качественных характеристик и снижения цены, часто производитель использует смесовый материал с добавлением разного количества волокон натурального и синтетического происхождения. К примеру, натуральная ткань с добавлением полиэфирных нитей будет иметь повышенную плотность при меньшем весе.
Химия не стоит на месте. Инновационные технологии в данной отрасли позволяют создавать высококлассные продукты мало чем отличающиеся от натуральных. Постепенно данные новшества внедряются в определенные сектора легкой промышленности.
Так, в Беларуси, на одном из крупнейших предприятии химической промышленности – ОАО «СветлогорскХимволокно» уже начали выпускаться так называемые функциональные нити («умные нити»). К ним относятся микрофиламентные нити, способные к быстрому отводу влаги.
Текстильные изделия из этих волокон относятся к продуктам нового поколения, способные кроме повышенных своих тактильных качеств, предохранять от температурных перепадов, а так же обладают антибактериальными свойствами и эффектом отражения инфракрасных лучей.
Искусственное волокно
Если кто-то приравнивает искусственные ткани к синтетическим, то сильно ошибается.
К данным видам волокон относятся те же натуральные, только подвергшиеся химической обработке. За счет такой переработки повышаются качественные характеристики конечного изделия. Эти волокна имеют больший блеск, мягкость, лучшую окрашенность.
В общих чертах, процесс изготовление такой. Из дерева производят целлюлозу, а из целлюлозы получают вискозное волокно с помощью химической переработки. Далее из волокна образуется пряжа, ткань и в конечном итоге отшивается изделие.
Тканям из искусственных волокон свойственны те же преимущества, что и натуральным.
Понимая, какая ткань из чего состоит, можно четко представить будет ли соответствовать ваша покупка определенным потребительским требованиям.
Виды волокон используемых при производстве тканей
Основу всех материалов, тканей и трикотажных полотен составляют волокна. Друг от друга волокна отличаются по химическому составу, строению и свойствам. В основу существующей классификации текстильных волокон положено два основных признака – способ их получения (происхождение) и химический состав, так как именно они определяют основные физико-механические и химические свойства не только самих волокон, но и изделий, полученных из них.
Классификация волокон
С учетом классификационных признаков волокна делятся на:
К натуральным волокнам относят волокна природного (растительного, животного, минерального) происхождения: хлопок, лен, шерсть и шелк.
К химическим волокнам относят волокна, изготовленные в заводских условиях. При этом химические волокна подразделяются на искусственные и синтетические.
Искусственные волокна получают из природных высокомолекулярных соединений, которые образуются в процессе развития и роста волокон (целлюлоза, фиброин, кератин). К тканям из искусственных волокон относятся: ацетат, вискоза, модал, штапель. Эти ткани прекрасно пропускают воздух, очень долго остаются сухими и приятны на ощупь. Сегодня все эти ткани активно используются производителями текстильной промышленности, а, благодаря новейшим технологиям, способны заменять натуральные.
Синтетические волокна получают путем синтеза из природных низкомолекулярных соединений (фенола, этилена, ацетилена, метана и др.) в результате реакции полимеризации или поликонденсации в основном из продуктов переработки нефти, каменного угля и природные газов.
Натуральные волокна растительного происхождения
Хлопковое волокно представляет собой тонкостенную трубочку с каналом внутри. Волокно несколько скручено вокруг своей оси. Поперечный срез его имеет весьма разнообразную форму и зависит от зрелости волокна.
Для хлопка характерны относительно высокая прочность, теплостойкость (130—140 °С), средняя гигроскопичность (18-20%) и малая доля упругой деформации, вследствие чего изделия из хлопка сильно сминаются. Хлопок отличается высокой устойчивостью к действию щелочей. Стойкость хлопка к истиранию невелика.
К хлопчатобумажным тканям относятся ситец, бязь, сатин, поплин, тафта, толстая байка, тонкий батист и шифон, джинсовое полотно.
Элементарное волокно льна имеет слоистое строение, что является результатом постепенного отложения целлюлозы на стенках волокна, с узким каналом посередине и поперечными сдвигами по длине волокна, которые получаются в процессе образования и роста волокна, а также в процессе механических воздействий при первичной обработке льна. В поперечном сечении элементарное волокно льна имеет пяти- и шестиугольную форму с закругленными углами.
Изделия изо льна очень прочные, долго не изнашиваются, хорошо впитывают влагу и при этом быстро сохнут. Но при носке очень быстро мнутся.. Чтобы уменьшить «помятость» к льняной нити добавляют полиэстер. Или смешивают лен, хлопок, вискозу и шерсть.
Льняные ткани выпускаются суровыми, полубелыми, белыми и крашеными.
Натуральные волокна животного происхождения
Шерсть, снятая с овец, обычно очень сильно загрязнена и, кроме того, весьма неоднородна по качеству. Поэтому, прежде чем отправить шерсть на текстильное предприятие, ее подвергают первичной обработке. Первичная обработка шерсти включает следующие процессы: сортировку по качеству, разрыхление и трепание, мойку, сушку и упаковку в кипы. Овечья шерсть состоит из волокон четырех типов:
Шерсть, которая состоит преимущественно из волокон одного типа (пуха, переходного волоса), называют однородной. Шерсть, содержащая волокна всех указанных типов, называют неоднородной. Особенностью шерсти является ее способность к свойлачиванию, что объясняется наличием на ее поверхности чешуйчатого слоя, значительной извитостью и мягкостью волокон. Благодаря этому свойству из шерсти вырабатывают довольно плотные ткани, сукна, драпы, фетр, а также войлочные и валяные изделия. Шерсть обладает малой теплопроводностью, что делает ее незаменимой при производстве одежды зимнего ассортимента.
Химические волокна
Производство химических волокон и нитей включает в себя несколько основных этапов:
При производстве искусственных и некоторых видов синтетических волокон (полиакрилонитрильных, поливинилспиртовых и поливинилхлоридных) применяют прядильный раствор, при производстве полиамидных, полиэфирных, полиолефиновых и стеклянных волокон – прядильный расплав.
При формовании нитей прядильный раствор или расплав равномерно подается и продавливается через фильеры – мельчайшие отверстия в рабочих органах прядильных машин.
Струйки, вытекающие из фильер, затвердевают, образуя нити, которые затем наматываются на приемные устройства. При получении нити из расплава их затвердевание происходит в камерах, где они охлаждаются потоком инертного газа или воздуха. При получении нитей из растворов их затвердевание может происходить в сухой среде в потоке горячего воздуха (этот способ формования называется сухим), или в мокрой среде в осадительной ванне (такой способ называется мокрым). Фильеры могут быть различной формы (круглые, квадратные, в виде треугольников) и размеров. При производстве волокон в фильере может быть до 40 000 отверстий, а при получении комплексных нитей – от 12 до 50 отверстий.
Сформованные из одной фильеры нити соединяются в комплексные и подвергаются вытягиванию и термообработке. В результате этого нити становятся более прочными благодаря лучшей ориентации их макромолекул вдоль оси, но менее растяжимыми вследствие большей распрямленности их макромолекул. Поэтому после вытягивания нити подвергаются термофиксации, где молекулы приобретают более изогнутую форму при сохранении их ориентации.
Отделка нитей проводится с целью удаления с их поверхности посторонних примесей и загрязнений и придания им некоторых свойств (белизны, мягкости, шелковистости, снятия электризуемости).
После отделки нити перематываются в паковки и сортируются.
Искусственные волокна
Вискозные волокна – это волокна из щелочного раствора ксантогената. По своему строению вискозное волокно неравномерно: внешняя его оболочка имеет лучшую ориентацию макромолекул, чем внутренняя, где они располагаются хаотически. Вискозное волокно представляет собой цилиндр с продольными штрихами, образующимися при неравномерном затвердевании прядильного раствора.
Вискоза пользуется популярностью во всем мире среди ведущих модельеров и покупателей из-за своего шелковистого блеска, возможности окрашивания в яркие тона, мягкости и высокой гигроскопичности (35-40%), ощущении прохлады в жару.
Существуют два способа производства бамбукового волокна из бамбука, каждому из которых предшествует измельчение бамбука.
Механическая обработка (такая же, как при обработке льна и конопли): Мякоть бамбука размягчается ферментами, после чего из нее вычёсываются отдельные волокна. Это дорогостоящий метод, но экологически чистый.
Получение волокна лиоцелл основано на процессе прямого растворения целлюлозы в N-метилморфолин-N-оксиде.
Ткани с волокнами Лиоцелл используются при изготовлении различной одежды, чехлов для матрасов и подушек, постельного белья.
Ткани из лиоцелла имеют ряд преимуществ: они приятные на ощупь, прочные, гигиеничные и экологически чистые, более эластичные и гигроскопичные, чем хлопок. Считается, что ткани из лиоцелла могут составить серьёзную конкуренцию тканям из природных волокон.
Лиоцелл относится к новому поколению целлюлозных волокон. Хорошо впитывает влагу и пропускает воздух, обладает высокой прочностью в сухом и влажном состоянии, хорошо держит форму. Имеет мягкий блеск, присущий натуральному шёлку. Хорошо окрашивается, не скатывается, не меняет форму после стирки. Не требует особого ухода.
Синтетические волокна
Полиамидные волокна – капрон, анид, энант – наиболее широко распространены. Исходным сырьем для него являются продукты переработки каменного yгля или нефти – бензол и фенол. Волокна имеют цилиндрическую форму, поперечное сечение их зависит от формы отверстия фильеры, через которое продавливаются полимеры. Полиамидные волокна отличаются высокой прочностью при растяжении, стойки к истиранию, многократному изгибу, обладают высокой химической стойкостью, морозоустойчивостью, устойчивостью к действию микроорганизмов. Основными их недостатками являются низкая гигроскопичность и светостойкость, высокая электризуемость и малая термостойкость. В результате быстрого “старения” они на свету желтеют, становятся ломкими и жесткими. Полиамидные волокна и нити широко используются при производстве трикотажных изделий в смеси с другими волокнами и нитями.
Лавсан широко применяется при выработке тканей в смеси с шерстью, хлопком, льном и вискозным волокном, что придает изделиям повышенную стойкость к истиранию и упругость.