Садыкова Ф.Х. и др. Текстильное материаловедение и основы текстильных производств

Подождите немного. Документ загружается.

ного слоя воздуха, равная 34 °С. Следовательно, одежда дол-

жна защищать от охлаждения в состоянии покоя и не вызывать

перегревания при выполнении физической работы.

Теплозащитные свойства полотен зависят от их теплопровод-

ности — способности проводить тепло от более нагретой среды

к более холодной.

Основными характеристиками теплопроводности полотен яв-

ляются: коэффициент теплопроводности К, Вт/(м-°С), и ко-

эффициент теплопередачи К, Вт/(м

-°С), определяемые по

формулам:

где Q — тепловой поток, Вт; b — толщина полотна, м; F — площадь полотна,

; х — время прохождения теплового потока, ч; Т

Ti — температура

сред, °С.

Коэффициент теплопроводности показывает, какой тепловой

поток проходит за 1 ч через 1 м

полотна при разности темпе-

ратур в

°С при условной толщине изделия 1 м.

Удельное тепловое сопротивление р, (м-°С)/Вт, и тепло-

вое сопротивление R, (м

-°С)/Вт, характеризуют способность

изделий препятствовать прохождению через них тепла, т. е. их

теплозащитные свойства:

Эти обратные характеристики показывают, на сколько гра-

дусов охлаждается среда с более высокой температурой при

прохождении через 1 м

полотна теплового потока в 1 Вт со-

ответственно для р с учетом условной толщины в 1 м и для

R — фактической толщины полотна.

Суммарное тепловое сопротивление R

cy м

, (м

-°С)/Вт,

включает сопротивление переходу тепла от более теплой среды

к внутренней поверхности полотна, тепловое сопротивление са-

мого полотна и сопротивление переходу тепла от наружной

поверхности полотна в окружающую среду; коэффициент тепло-

передачи есть обратная ему величина, равная К = 1IR-

Теплозащитные свойства текстильных полотен определяют

разными методами. Метод стационарного режима основан на

определении количества тепла, необходимого для поддержания

постоянной разности температур двух сред, изолированных друг

от друга испытуемым полотном. Для проведения исследований

полотен в этом режиме используют прибор ИТ-3, разработан-

ный Институтом технической теплофизики АН УССР.

Метод регулярного режима основан на измерении скорости

(темпа) охлаждения нагретого до заданной температуры тела,

изолированного от окружающей среды испытуемой пробой по-

^ = QbjFx

— Т

K = Q!Fx(T

-T

(120)

(121)

9 = Fx(T

-T

)/(Qb) = m,

R = Fx (Г, — T

)/Q = l/K.

(122)

(123)

232

лотна. Для проведения испытаний применяют бикалориметр и

стандартный метод на приборе ПТС-225, схема которого пока-

зана на рис. 134.

Пробу 7, минимальный размер которой 300 X 400 мм, с по-

мощью прижимного и игольчатого устройств закрепляют на пе

редней крышке корпуса 2 прибора. В центре крышки располо-

жена пластина 8 диаметром 225 мм, подогреваемая электрона-

гревателем 9 до заданной температуры. Для образования меж-

ду пробой и пластиной воздушного зазора до 5 мм применяют

текстолитовое кольцо. Прижимной механизм 1 служит для со-

здания определенного давления на пробу. При испытании проб

в воздушном потоке используют аэродинамическое устройство,

состоящее из трубы 3 и вентилятора 4, скорость вращения ко-

торых регулируется автотрансформатором 5. Температуру окру-

жающей среды определяют термопарой 10, а для измерения

величины перепада температур между поверхностью пластины и

окружающим воздухом применяют гальванометр 6 с термопа-

рой 11.

Испытания можно проводить как в условиях естественной

конвекции воздуха, так и при действии воздушного потока,

имеющего скорость 5 м/с, и направленного под углом 45° к по-

верхности пробы. Пластину нагревают до перепада температур

60 °С между пластиной и окружающим воздухом, затем элек-

тронагреватель отключают. В случае испытания в воздушном

233

потоке включают вентилятор. Пластину охлаждают до перепада

55 °С и замеряют время ее охлаждения до перепада темпера-

тур 45 °С.

Суммарное тепловое сопротивление определяют по формуле

Ясу

= Е/ФК(ю-ВЕ), (124)

где Е — коэффициент, учитывающий соотношение теплоемкостей пластины и

пробы, Дж/°С; Ф — фактор прибора, Дж/(м

-°С); В — поправка на рассея-

ние теплового потока в приборе, с

-1

Коэффициент Е вычисляют по формуле

fi = 3C,/(3C

+ C

)

где Сь С

— полная теплоемкость соответственно пластины и пробы, Дж/°С;

Сг = 1,675-

OTS,

где от— поверхностная плотность пробы, кг/м

; S — пло-

щадь пластины, м

Коэффициент К, учитывающий рассеяние теплового потока

в пробе, рассчитывают по формуле

/С = 0,4 + 0,6/[1 + 2 (6 + bc)/df,

где b — толщина полотна, мм; be — толщина воздушной прослойки между

пластиной и пробой (при плотном прилегании be = 0), мм; d — диаметр

пластины прибора, мм.

Темп охлаждения v, с

-1

, равен (In

Л/*

— In N

)/x, где In N

In N

—- натуральные логарифмические функции показаний галь-

ванометра, соответствующие перепадам температур 55 и 45 °С;

т —время охлаждения пластины прибора в заданном перепаде

температур, °С.

В теплозащитной одежде должны сочетаться достаточно вы-

сокое тепловое сопротивление при малой массе, низкая воздухо-

и влагопроницаемость и достаточная влагопроводность, чтобы

защитить человека от внешней влаги, но не препятствовать ее

удалению с поверхности тела. Такое сочетание достигается при

оптимальном подборе волокнистого состава, структуры полотна

и видов отделки, в том числе специальных.

Устойчивость текстильных полотен к воздействию пламени

и к термическому разрушению характеризует их огнестойкость

и определяет степень безопасности изделий, которые из них

изготовлены. По степени огнестойкости текстильные полотна

подразделяют на три группы: 1) негорючие и нетлеющие; 2) за-

горающиеся, но прекращающие горение и тление после удале-

ния из пламени; 3)горючие, продолжающие гореть либо тлеть

после удаления из пламени.

Огнестойкость текстильных полотен зависит главным обра-

зом от химического состава волокон и нитей. Для придания

текстильным полотнам повышенной огнестойкости их пропиты-

вают огнезащитными составами, экранируют огнестойкими по-

лимерными или металлизированными покрытиями.

234

Огнестойкость текстильных полотен оценивают следующи-

ми характеристиками:

воспламеняемость — легкость возгорания или его отсутствие,

характеризуется температурой и временем воспламенения мате-

риала;

горючесть — скорость горения материала;

продолжительность остаточного горения — время горения

пробы пламенем после удаления ее из зоны огня;

продолжительность остаточного тления — время свечения

пробы после ее удаления из зоны огня;

обугливаемость — высота, мм, почерневшего участка пробы

в результате термического разрушения волокон.

Высокая огнестойкость текстильных полотен характеризует-

ся продолжительностью горения и тления не более 1—2 с после

удаления источника огня.

Огнестойкость текстильных полотен определяют стандартным

методом на приборе ОТ-68. Пробные полоски размером 50 X

X 170 мм (по основе и по утку) закрепляют на рамке и свер-

ху корпуса прибора вертикально вносят в пламя спиртовой

либо газовой горелки, соответственно погружая в пламя ниж-

ний конец пробы на 5 или 20 мм. По истечении заданной про-

должительности контактирования пробы с пламенем (обычно

10 и 30 с) пламя гасят с помощью экрана. Секундомером

фиксируют продолжительность остаточного горения и тления,

а металлической линейкой — высоту обугливаемого участка.

Зрительные ощущения цвета, белизны, блеска, прозрачности

и других оптических свойств вызываются воздействием на глаз

видимого света, представляющего собой электромагнитные

волны.

Основными показателями, характеризующими количествен-

ное и качественное изменение света, являются коэффициенты

отражения р, пропускания т и поглощения а потока излучения:

где Ро — падающий поток излучения (света), измеряемый количеством энер-

гии, приходящейся на единицу времени; Рр, Рх

;

и Ра— соответственно от-

раженный, пропущенный и поглощенный потоки излучения.

При прохождении света через прозрачную трехгранную приз-

му составные белого (дневного) света получают различные

углы преломления, в результате чего образуется разноцветная

полоса — спектр. Различным составляющим монохроматиче-

ским цветам спектра соответствуют разные длины волн Я, мкм:

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

P = W>

A = PJP

(125)

(126)

(127)

235

Красный

Оранжевый

0,76—0,62

0,62—0,59

0,59-0,55

0,55—0,51

0,51—0,48

0,48—0,45

0,45—0,39

Желтый

Зеленый

Голубой

Синий

Фиолетовый

Цвет (колорит, окраска) материалов. Он зависит от того,

какую часть спектра отражает их поверхность.

Все цвета делятся на ахроматические и хроматические. Ахро-

матические цвета получаются при отражении материалом лучей

всех длин волн спектра в одинаковом соотношении. Различают

их по светлоте — степени высветления, которую характерируют

коэффициентом отражения. При практически полном отражении

всего падающего света получают белый цвет (р = 0,85), при

неполном отражении — серые цвета различной интенсивности,

а если падающий свет полностью поглощается — черный цвет

(для бархата р = 0,002).

При оценке светлых полотен ахроматических цветов большое

значение имеет определение белизны, степень которой оценива-

ют путем сравнения коэффициентов отражения испытуемого по-

лотна и эталона, получаемых на блескомере ФБ-2. В качестве

эталона идеально белой поверхности служит молочно-белое

стекло (рэт = 1).

Белизну текстильных полотен можно повышать химическим

или физическим воздействием (беление, мытье, чистка), под-

цветкой синими красителями и оптически отбеливающими веще-

ствами. Для измерения белизны полотен применяют фотометры,

принцип действия которых состоит в сравнении белой поверх-

ности полотна с поверхностью баритовой пластинки, затемнен-

ной до светлоты измеряемого объекта.

Когда материал отражает преимущественно волны опреде-

ленной длины спектра, то получаются хроматические цвета,

которые можно рассматривать как смесь цвета монохроматиче-

ского излучения с ахроматическим.

Хроматические цвета отличаются по цветовому тону, свет-

лоте, насыщенности и чистоте. Цветовой тон обусловлен дли-

ной волны Я. Пары цветовых лучей, дополняющие друг друга

до получения ахроматического цвета, называются дополнитель-

ными, например голубой и красный, зеленый и пурпурный, си-

ний и желтый. Если парные дополнительные цвета располо-

жить рядом, то в зрительном восприятии эти цвета усилятся —

это явление нызывается цветовым контрастом.

Насыщенность цвета характеризует количественное присут-

ствие цветового тона (цвета спектра имеют максимальную на-

сыщенность). Большое количество цветового тона убавляет

светлоту, но увеличивает яркость.

По мере увеличения доли ахроматического или дополнитель-

ного цвета в окраске материала яркость приглушается, исчезает

236

ощущение характерного цветового тона, а общее восприятие цве-

та будет приближаться к черному.

В зависимости от представления о нагретых телах и льде

хроматические цвета различают на теплые и холодные. Зеленый

цвет является промежуточным между ними. Чем ближе цвет в

спектральном кольце к красному, тем он теплее, и наоборот

(например, оранжевый — теплее желтого, фиолетовый — теплее

синего).

Три главных цвета, используемые в цветной печати — жел-

тый, голубой и пурпурный, нельзя получить из красителей дру-

гих цветов, однако применение красителей этих цветов в раз-

личных количественных сочетаниях позволяет получить множе-

ство цветов и оттенков для передачи в текстильных изделиях.

Методы оценки хроматического цвета делятся на две груп-

пы: визуальные (сравнение с атласом цветов) и колориметри-

ческие. В атласе цветов эталоны отличаются друг от друга рав-

ными ступенями цветового тона, насыщенности и светлоты. Из

колориметров наибольшей простотой и известностью отличается

колориметр Максвелла, позволяющий смешивать красный, зе-

леный и синий цвета без участия зрительного анализатора че-

ловека. Принцип его работы состоит в том, что при быстром

вращении диска с тремя разноцветными секторами (красным —

К, зеленым — 3 и синим — С) изображение одного сектора на-

кладывается на другое. Проба ткани, диаметром вдвое мень-

шим диска, крепится к его центру. При вращении поверхность

диска с пробой рассматривается в зрительную трубу, на сет-

чатке глаза происходит синтез цвета (Ц). Чтобы добиться пол-

ного тождества цвета с испытуемой пробой изменяют площади

секторов единичных цветов, а в ряде случаев для повышения

или понижения яркости добавляют белый или черный в виде

белого или черного диска. По лимбу диска, разделенному на

100 равных частей, замеряют доли единичных цветов (Ц =

= К + 3 + С), составляющих цвет исследуемой пробы ткани.

Хроматические цвета различают также и по чистоте, зави-

сящей от процентного содержания в них чистого спектрального

цвета. Например, окраска шерстяной костюмно-платьевой ткани

ультрамарином при доминирующей длине волны 0,46 мкм, ко-

эффициента яркости 0,05 и чистоте цвета, равной 78 %, дает

общее ощущение темно-синего цвета.

При художественно-эстетической оценке качества полотен

наряду с цветовым колоритом решающую роль играет восприя-

тие цвета, на которое помимо рисунка и окраски оказывает

влияние фактура материала, т. е. состояние окрашенной поверх-

ности, источник освещения и фон. Так, восприятие цвета капро-

новой и шерстяной тканей, окрашенных одним и тем же кра-

сителем, будет различно.

Это зависит также от оптических свойств волокон и их

строения. На прозрачных волокнах цвет ощущается более на-

237

Рис. 135. Схемы отра-

жения света от поверх-

ности:

б 6

а — зеркальное (направлен-

ное); б — диффузное (рас-

сеянное); в — смешанное

(диффузно направленное)

сыщенным, чем на непрозрачных, поэтому один и тот цвет

шелковых полотен всегда кажется более полноцветным, чем

хлопчатобумажных.

Восприятием цвета можно управлять, сосредоточивая вни-

мание либо на цвете, либо на фактуре материала. Теплые на-

сыщенные цвета оттеняют фактуру, позволяют сосредоточить

внимание на красивом переплетении нитей. Холодные и ахро-

матические цвета отвлекают внимание от фактуры (от дефек-

тов полотна), сосредоточивая его на цвете. При выборе цвета

изделия руководствуются его назначением и модой, также учи-

тывается цвет неокрашенного волокна, так как при крашении

отбеленных полотен получают большую чистоту цвета изделий.

При крашении технических тканей основное внимание обраща-

ют на практичность (маркость) и целевое назначение.

Цвет придается текстильным полотнам двумя основными

способами: крашением полотен в какой-либо один цвет и печа-

танием — нанесением на их поверхность цветного рисунка, узо-

ра. Кроме этого вырабатывают меланжевые и пестротканые

полотна, применяя соответственно окрашенные волокна и пря-

жу разных цветов. В небольшом ассортименте полотен исполь-

зуется природная окраска волокон и нитей, например сероши-

нельное сукно, ткани льняного ассортимента, чесуча из шелка

дубового шелкопряда.

При оценке качества текстильных полотен учитывают проч-

ность окраски к различным физико-механическим воздействиям

в зависимости от вида полотна и его назначения.

Блеск и глянец. Отражательная способность тел ограничи-

вается крайними состояниями их поверхностей — зеркальной и

абсолютно шероховатой. При направленном (зеркальном) от-

ражении падающий свет полностью (100%) отражается

(рис. 135, а). Если на гладкой поверхности есть частицы с дру-

гими коэффициентами преломления, то наблюдается диффузное

(рассеянное) отражение света в разных направлениях

(рис. 135, б) и поверхность имеет матовый вид. Смешанное или

диффузно направленное отражение (рис. 135, в) вызывает ощу-

щение блестящей поверхности.

Блеск является результатом отражения от неоднородной по-

верхности светового потока, состоящего из диффузно рассеива-

ющих и зеркально отражающих излучений под разными углами.

Для одних полотен блеск является обязательным, для других

нежелателен и требует устранения.

238

Для усиления блеска хлопчатобумажных тканей прибегают

к процессу мерсеризации. Блеск химических волокон и нитей

сильно изменяется в зависимости от содержания в них мати-

рующего вещества — диоксида титана, однако его наличие зна-

чительно понижает устойчивость к действию света и выносли-

вость при растяжении.

Нити креповой крутки дают повышенное рассеяние света,

тем самым уменьшая блеск. Увеличение интенсивности окраски,

особенно полотен из блестящих нитей, приводит к нарастанию

блеска.

Блеск поверхности сильно изменяется при изменении угла

наблюдения в зависимости от изменения расположения зер-

кально отражающих участков. Степень блеска К, %, определя-

ют на фотоэлектрическом блескомере ФБ-2 по отношению ко-

эффициентов отражения материала р

и эталона р

эт

* = р„. Ю0/р

эт

. (128)

В качестве эталона используют увиоловое стекло с коэффи-

циентом отражения 0,65.

Глянец является результатом отражения от однородной по-

верхности, обладающей большим коэффициентом зеркального

отражения. Для поверхностей с большим глянцем зеркальное

отражение превышает 70 %, средний глянец наблюдается при

зеркальном отражении от 30 до 70 %, а малый — от 6 до 30 %.

Глянец текстильным полотнам придается с помощью специаль-

ных операций при заключительной отделке.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Текстильные материалы в процессе переработки и эксплуатации

при соприкосновении и трении друг о друга, с деталями машин,

с телом человека приобретают статический заряд электричества

и способны реагировать на внешнее электрическое поле. Поэто-

му к текстильным полотнам как бытового, так и технического

назначения дредъявляются определенные требования относи-

тельно электрических свойств.

К электрическим свойствам относятся электростатические

(электризуемость) и диэлектрические, или электроизоляцион-

ные (пробивная напряженность, диэлектрическая проницаемость,

тангенс угла потерь).

Проводимость текстильных материалов в зависимости от

влажности изменяется на несколько порядков. Причиной таких

резких колебаний считают изменение общего количества ионов,

которые для большинства волокон являются носителями элек-

тричества. В связи с этим обязательно предварительное выдер-

живание текстильных материалов и определение их электриче-

ских свойств в одинаковых атмосферных условиях.

239

Электризуемость — это способность материалов к генерации

и накоплению зарядов статического электричества. Следствием

электризации текстильных материалов являются: нарушение

ориентации волокон в продуктах прядильного производства; по-

явление мшистости и ворсистости; увеличение обрывности в

ткачестве; заматывание материала на валы; его плохая уклад-

ка и раскладка в отделочном производстве; склонность к за-

грязнению (притягивание пыли). В эксплуатации наблюдается

«прилипание» к телу человека или частям одежды, что создает

большие неудобства при носке изделий, ухудшает их внешний

вид, повышает пиллингуемость и создает трудности при удале-

нии загрязнений.

Заряды с поверхности изделий (одежды, обуви, напольных

покрытий) перетекают на тело человека, образуя на нем по-

тенциал заряда U, В. Так, например, в условиях 50 % влажно-

сти при 20 °С при хождении в обуви из натуральной и искус-

ственной кожи потенциал заряда на теле изменяется от 1200 до

12 000 В в зависимости от вида коврового покрытия:

Натуральная кожа Искусственная кожа

Шерстяное 1200 3500

Полиамидное 12 000 10 000

Полиэфирное 7500 12 000

При этих величинах потенциала и наиболее вероятной ем-

кости человека С

, Ф, (350- Ю

), выделяющаяся электриче-

ская энергия W, Дж (энергия разряда, равная C

/2), вполне

достаточна не только для серьезных физиологических воз-

действий, но и воспламенения электрической искрой горючих и

взрывчатых веществ, используемых в промышленности и быту.

Допустимые значения потенциалов принимаются равными

400—1000 В.

Имеется определенная связь между химическим строением

полимеров и их способностью к образованию поверхностного

заряда при контакте с другими телами.

Наибольшая генерация на поверхности статического элек-

тричества наблюдается на полотнах из хлориновых, ацетатных,

триацетатных, капроновых, лавсановых, нитроновых и других

синтетических волокон и нитей.

Электризуемость текстильных материалов характеризуется

величиной заряда Q и его полярностью (+) или (—). Однако

более удобной мерой электризуемости является относительная

характеристика — поверхностная плотность заряда а, Кл/см,

а = Q/F, (129)

где F — площадь, см

Так как электризуемость связана с рассеиванием возникаю-

щих электростатических зарядов, то одной из основных ее ха-

240

рактеристик является удельное поверхностное электрическое со-

противление р/, Ом-м, полотна при прохождении тока через

его две противоположные стороны. Для правильного протекания

технологических процессов и нормального ношения одежды его

величина должна быть меньше или равна 10

—10

Ом-м.

При стандартном методе оценки электризуемости полотен

на приборе ИЭСТП-1 удельное поверхностное сопротивление

определяют по формуле

9s = KR

, (130)

где К — постоянная, определяемая геометрией электродов; Rf — электриче-

ское сопротивление пробы полотна, Ом.

Пробы для испытания вырезают размером 950 X 190 мм для

ткани и 750 X 100 мм для трикотажа. Прибор состоит из плос-

ких электродов, между которыми помещают токопроводящую

резиновую прокладку с расположенной вокруг нее испытуемой

пробой полотна лицевой стороной к электродам. С помощью

рукоятки создается давление верхнего электрода на пробу

0,15 Па, регистрируемое манометром. Электроды и токопрово-

дящая резина соединены с тераомметром. После подачи на

нижний электрод в течение 1 мин напряжения в 100 В по тера-

омметру определяют сопротивление Rf полотна прохождению

электрического тока.

Для измерения величины и знака электростатических заря-

дов применяют портативный прибор ИВЗ-1, который представ-

ляет тубусообразный корпус с рукояткой. Внутри корпуса смон-

тирована электрическая схема и установлен датчик-электрод,

на одном торце корпуса — сменные крышки с отверстиями раз-

личных диаметров для изменения диапазона измерений, на дру-

гом— миллиамперметр с безразмерной шкалой с 50 деления-

ми вправо (+) и влево (—) от нуля. В рукоятке прибора по-

мещены батареи питания и кнопка, с помощью которой снима-

ется заряд с электрода после каждого замера. Принцип работы

прибора основан на явлении электростатической индукции. При

внесении прибора в электростатическое поле, возникающее у

поверхности испытуемого материала, на электроде индуцирует-

ся электрический заряд. Между электродом и корпусом при-

бора возникает разность потенциалов, величина которой про-

порциональна напряженности измеряемого электростатического

поля. Для количественной оценки напряженности Е, В/см, и

поверхностной плотности заряда ст, Кл/см

, необходима пред-

варительная калибровка прибора.

Снижение электризуемости текстильных материалов, т. е.

придание им антистатических свойств, осуществляется рассеива-

нием (нейтрализацией) возникших зарядов статического элек-

тричества антистатическими препаратами и обеспечением малой

поверхностной плотности зарядов на материале.

241