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

Подождите немного. Документ загружается.

Антистатические препараты, обеспечивающие стойкую (пер-

манентную) обработку, добавляются непосредственно в раствор

(расплав) при производстве химических волокон, однако добав-

ки такого рода приводят к образованию жесткого грифа, по-

желтению и ухудшению ряда других важных физико-механиче-

ских свойств. Антистатические препараты, дающие временную

(нестойкую) обработку, получили широкое распространение, к

ним относятся ОП17, стеарокс-6, алкамон ОС-2 и эпамин. При

омылении триацетатных полотен на поверхности возникает

тонкая пленка регенерированной целлюлозы, которая анало-

гично антистатикам повышает поверхностную проводимость

материала, за счет чего резко возрастает скорость рассеяния

зарядов.

Однако более широкие возможности предоставляет второй

путь снижения электризации, основанный на подборе волокон

(нитей) для тканей, трикотажных, нетканых полотен и ковров,

электризующихся разноименно. С этой целью в мировой прак-

тике разработаны трибоэлектрические ряды материалов, как

например:

(+) Стекло

Шерсть

Шелк натуральный

Полиамидное волокно

Ацетатное волокно

Вискозное волокно

Хлопок

Лен

Дерево

Кожа человека

Триацетатное волокно

Полиэфирное волокно

Полиакрилонитрильное волокно

Полипропиленовое волокно

(—) Хлориновое волокно

Материалы, занимающие верхнюю часть такого ряда, во

всех случаях имеют положительный заряд, а занимающие пре-

имущественно нижнюю часть — отрицательный. Изделия из сме-

си волокон (нитей), электризующихся зарядами противополож-

ных знаков (например, ковры из полиамидных и полипропиле-

новых волокон) во всех климатических условиях обладают по-

ниженной способностью к электризации.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

В процессах отделки, эксплуатации, в меньшей степени при

хранении и транспортировке текстильные материалы подверга-

ются действию химических реагентов, характер воздействия

которых необходимо учитывать. Химические свойства текстиль-

ных материалов, зависящие от химического состава, строения

242

полимера и агрессивности среды, имеют решающее значение

для выбора и качественного протекания технологических про-

цессов химической технологии: отварки, беления, крашения, пе-

чатания и заключительной отделки.

Химические свойства текстильных полотен из хлопка и льна.

Они определяются химическими свойствами целлюлозы.

Под действием кислот происходит разрушение целлюлозы с

образованием гидроцеллюлозы, которая представляет собой

смесь продуктов различной степени деструкции целлюлозы в

результате гидролиза с разрывом цепи по глюкозидным связям.

Образование гидроцеллюлозы снижает прочность изделий. Бо-

лее интенсивное воздействие в одинаковых условиях обработки

(концентрации, температуры) оказывают минеральные кислоты

(серная, соляная) по сравнению с органическими (уксусной,

муравьиной). При обработке целлюлозных материалов слабы-

ми растворами органических и минеральных кислот концентра-

цией 5—6 г/л при относительно невысоких температурах (до

70 °С) с последующей промывкой первоначальные свойства

целлюлозы не изменяются.

К действию щелочей (разбавленных растворов) целлюлоз-

ные материалы устойчивы. Растворы едкого натра, имеющие

концентрацию 10—25 г/л, применяются при щелочной отварке

хлопчатобумажных и льняных суровых тканей для удаления

примесей целлюлозы, остатков шлихты и их облагораживания.

Концентрированные растворы щелочи (250 г/л) при понижен-

ной температуре (25°С) используют при мерсеризации хлопча-

тобумажных тканей, пряжи (мулине). Отмытая затем целлю-

лоза носит название гидратцеллюлозы, которая отличается от

исходной более рыхлой структурой, за счет чего улучшаются

ее адсорбционные свойства и, следовательно, повышается гигро-

скопичность. В одинаковых условиях мерсеризованные полотна

поглощают красителей на 40 % больше, чем немерсеризованные,

они отличаются мягкостью, шелковистостью и повышенной

прочностью.

Целлюлозные полотна, особенно в процессах беления, под-

вергаются действию окислителей (пероксид водорода, гипохло-

рит натрия и др.), которые придают материалам белизну, но

оказывают разрушающее действие, снижая их прочность. В ре-

зультате окислительной деструкции образуется оксицеллюлоза

(гидроксильные группы окисляются в альдегидные и карбо-

ксильные с одновременным разрывом цепей по глюкозидным

связям). Некоторые льняные ткани дополнительно подвергают

обработке слабыми растворами кислот (кислуют) для удале-

ния примесей целлюлозы и придания им повышенной мягкости

и светло-серого цвета. В кислой среде окисление происходит

медленнее, чем в щелочной. Концентрация окислителя, темпе-

ратура, длительность и среда обработки должны выбираться

так, чтобы окислители действовали в основном на спутники цел-

243

люлозы. Среди окислителей пероксид водорода оказывает на

целлюлозу более щадящее воздействие.

Восстановители (сернистый натрий, гидросульфит и др.), ко-

торые применяют при вытравной и резервной печати, не изме-

няют первоначальных свойств целлюлозы.

В органических растворителях (спирте, бензоле, эфире) цел-

люлозные материалы не растворяются.

Химические свойства полотен из шерсти и натурального

шелка. Они близки между собой, так как фибриллярные белки

кератина шерсти и фиброина шелка синтезируются в природе

из аминокислот. Белковые волокна устойчивы к действию рас-

творов кислот малой и средней концентрации. Однако, если

длительное воздействие слабых растворов органических кислот

не повреждает шерсть и шелк даже при кипячении в течение

2—3 ч, то продолжительное воздействие минеральных кислот

при температуре кипения может вызвать деструкцию в резуль-

тате разрыва пептидных связей. Концентрированные растворы

кислот разрушают шерсть и шелк.

В отделке чистошерстяные ткани подвергают карбониза-

ции— обработке 4—5%-м раствором серной кислоты для очи-

стки их от растительных примесей.

Крашение шерстяных тканей кислотными и хромовыми кра-

сителями осуществляют в кислой среде, содержащей серную

и уксусные кислоты, а для закрепления окраски шерстяные

ткани могут обрабатываться хромовыми протравами. Соли хро-

ма, химически взаимодействуя с красителями, прочно связыва-

ются с волокном, повышая прочность окраски тканей к дей-

ствию воды, света и трения.

К действию щелочей белковые волокна неустойчивы. Даже

весьма слабые растворы щелочей при температуре кипения пол-

ностью растворяют и шерсть, и шелк; концентрированные щело-

чи разрушают их даже на холоду. Меньшее деструктирующее

действие вызывается растворами соды и аммиака при одинако-

вой концентрации, температуре и длительности обработки. Шел-

ковые ткани отваривают в растворе мыла, промывают слабыми

растворами аммиака, а затем обрабатывают раствором органи-

ческой кислоты. Это придает тканям хрустящий эффект, а по-

сле крашения в слабокислой среде они приобретают и более

сочную, яркую окраску.

Шерсть и шелк очень чувствительны к действию окислите-

лей. Они полностью растворяются в течение 3 сут даже в 3 %-м

растворе пероксида водорода при температуре 60 °С.

Восстановители (гипосульфит, бисульфит, ронгалит) оказы-

вают сильное разрушающее воздействие на шерсть и практиче-

ски безвредны для натурального шелка.

Химические свойства полотен из искусственных волокон. Они

обусловлены как целлюлозной природой веществ (вискозные —

гидратцеллюлозой; ацетатные и триацетатные — ацетилцеллю-

244

лозой), так и меньшей энергией связей цепей, что оказывает

влияние на повышенную реакционную способность.

Эти полотна неустойчивы к действию минеральных кислот

и щелочей. Взаимодействие с разбавленными растворами этих

кислот даже при обычных температурах приводит к уменьше-

нию степени полимеризации и прочности. Однако слабые рас-

творы органических кислот не оказывают заметного влияния

на свойства волокна, особенно ацетатного.

Вискозные полотна в щелочах сильно набухают, теряют

прочность, но менее чувствительны к ним, чем ацетатные. Окис-

лители разрушают их. В процессе химчистки следует учитывать,

что ацетатные изделия разрушаются под действием таких рас-

творителей, как ацетон, фенол.

Химические свойства полотен из синтетических волокон и

нитей. Полиамидные полотна разрушаются под действием кис-

лот средних концентраций, к воздействию щелочей они устой-

чивы. Окислители оказывают на них сильное действие и не мо-

гут быть использованы для беления изделий. При действии

света и фотоокислительных процессов они неустойчивы и теряют

прочность быстрее, чем натуральный шелк.

Полиэфирные полотна устойчивы к действию слабых кислот

(даже при температуре кипения) и щелочей, за исключением

серной, соляной кислот и едкого натра. На холоду кислоты и

щелочи средних концентраций гетероцепные волокна не разру-

шают. К действию окислителей эти волокна более устойчивы,

чем полиамидные.

Полиакрилонитрильные волокна и полотна из них обладают

достаточной стойкостью к действию кислот, окислителей, но

малой устойчивостью к щелочам.

Различие химических свойств волокон используют в отделке

и для расширения ассортимента полотен. Например, получение

вытравного фасонного ворса основано на различной кислотоус-

тойчивое™ вискозных, капроновых волокон и натурального

шелка. На участках ткани, покрытых через шаблон загущен-

ным раствором серной кислоты, ворсинки вискозного волокна

становятся хрупкими и удаляются при механическом воздей-

ствии. А эффект гофре на шелковых тканях, помимо выработ-

ки их из нитей с различной степенью усадки (полиамидно-вис-

козные, полиамидно-хлориновые), получают нанесением на

ткань раствора фенола или резорцина. Эти участки имеют зна-

чительную усадку и образуют эффект гофре в виде мелких

волнистых складок. В отделке совокупность химических обра-

боток наряду с физико-механическими процессами позволяет из

одной и той же суровой ткани получить готовые ткани с раз-

личными физико-механическими свойствами и туше.

Химические свойства текстильных материалов, определяющие

их устойчивость к действию кислот, щелочей, окислителей и дру-

гих химических веществ, необходимо учитывать не только в

245

процессе отделки, но и при эксплуатации изделий бытового на-

значения и особенно специального, для которых в ряде случаев

эти свойства имеют решающее значение.

6. ИЗНОС И ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ

В процессе эксплуатации изделий, изготовленных из текстиль-

ных полотен, происходит постепенное ухудшение их свойств и,

в конце концов, они становятся непригодными к дальнейшему

использованию, т. е. изнашиваются.

Причиной изнашивания является совместное действие раз-

личных факторов, основными из которых являются:

механические — истирание о различные предметы (изнаши-

вание сопровождается уменьшением массы материала) и мно-

гократное растяжение, изгиб, вызывающие утомление материа-

ла (изнашивание не сопровождается существенным изменением

его массы);

физико-химические — действие света, светопогоды, пота,

моющих средств, применяемых при стирке, многократных сти-

рок, химической чистки;

биологические — действие различного рода микроорганизмов

при длительном хранении изделий при повышенной влажности

воздуха (70—80 %).

Износ изделий происходит при комплексном воздействии не-

скольких факторов, зависящих от условий их эксплуатации.

Так, для бельевых основными являются истирание и многократ-

ные стирки, подкладочных — истирание, гардин и занавесей —

свет, одежных — помимо истирания, действие светопогоды, ат-

мосферных условий (температуры, влаги) и химической чистки.

Износостойкость характеризует способность изделий сопро-

тивляться разрушающему действию перечисленных факторов и

зависит от волокнистого состава полотен, их структуры и ха-

рактера заключительной отделки.

О степени износа можно судить по следующим критериям:

уменьшение разрывной нагрузки после определенного числа

воздействий по сравнению с разрывной нагрузкой исходного об-

разца;

уменьшение выносливости к многократному растяжению, из-

гибу и др.;

уменьшение вязкости растворов веществ, составляющих во-

локно изделия;

уменьшение массы;

наличие видимых дыр и потертостей.

Выбор критериев оценки следует производить с учетом на-

значения изделия и факторов, определяющих износ.

Так, например, при износе под действием света и светопо-

годы происходит разрушение молекулярной структуры вещества

волокон, поэтому целесообразно брать за критерий износа

246

уменьшение вязкости растворов вещества волокон или умень-

шение выносливости к многократным деформациям; при износе

от истирания имеет место изменение массы, но в тонких тканях

абсолютная величина уменьшения массы будет ничтожно мала

и этот критерий целесообразно использовать только при износе

толстых тканей типа сукон, драпов и др. При эксплуатации

текстильных материалов бытового назначения чаще всего имеет

место износ от истирания, действия света, светопогоды, стирок и

химических чисток.

Для определения износостойкости изделий проводят опытные

носки до полного износа изделий (костюмов, пальто, брюк

и других изделий) с регулярной оценкой состояния последних

путем оценки визуальным осмотром и испытаниями в лаборато-

рии на приборах. По результатам опытных носок проверяют

правильность оценки качества изделий испытаниями в лабора-

тории.

Для получения правильных результатов опытная носка дол-

жна проводиться в одинаковых условиях, поэтому обычно ее

проводят в условиях больниц, детских садов, воинских частей

и др. Недостатком этого метода является большая длитель-

ность наблюдений (год и более).

Для изделий разного назначения разработаны лабораторные

методы испытания, включающие комплекс воздействий, имити-

рующих износ при эксплуатации.

ИЗНОС ОТ ИСТИРАНИЯ

Износ от истирания сопровождается уменьшением массы про-

бы в результате отщепления, отламывания, выпадения из из-

делия мелких частиц волокон или нитей. Эти явления начина-

ются с опорной поверхности, т. е. поверхности контакта испы-

туемого материала и истирающие плоскости.

Выносливость к истиранию характеризуется чаще всего чис-

лом циклов истирания до разрушения (образования дыры),

иногда — ухудшением свойств (например, уменьшением разрыв-

ной нагрузки) после заданного числа циклов истирания.

Приборы, используемые для определения выносливости к ис-

тиранию, делятся на две группы: осуществляющие ориентиро-

ванное истирание в одном направлении (например, в ткани —

вдоль основных нитей или уточных, в трикотаже — вдоль пе-

тельных рядов или столбиков) по всей поверхности пробы или

по сгибу и неориентированное истирание, т. е. в разных на-

правлениях. Разработаны приборы, в которых в каждой точке

поверхности пробы истирающие воздействия направлены по-

переменно под любым углом к нитям, составляющим полотно.

В любом случае очень важным является правильный выбор

абразива и давления его на испытуемую пробу. Правильнее

проводить испытания не жесткими (наждачцая бумага), а мяг-

247

CZJ

s ь.

77777?

Рис. 136. Принципиальная схема

прибора ДИТ-М. для неориентиро-

ванного истирания ткани

Рис. 137. Схема узла истирания

прибора ТИ-1 для неориентиро-

ванного истирания по плоскости

шерстяных и полушерстяных тка-

ней

кими абразивами (суконные ткани или капроновые щетки).

При этом характер изнашивания материала близок к тому,

который имеет место в условиях эксплуатации и для разных

методов испытаний регламентирован в стандартах. Приборы,

осуществляющие неориентированное истирание, получили широ-

кое применение.

При испытаниях всех видов тканей, за исключением шерстя-

ных, применяют прибор ДИТ-М (рис. 136). Он имеет головку 1

с укрепленными на ней двумя бегунками 2, столик 3 и груз 4

на правом конце двуплечего рычага 5.

При испытаниях льняных и полульняных тканей испытуемая

проба закрепляется на неподвижном столике 3, а абразив —

на нижней плоскости бегунков 2. С помощью двуплечего рыча-

га 5 столик 3 прижимается к бегункам с давлением абразива

на пробу, равным 98 кПа. Благодаря вращению в одну сторону

головки 1 с частотой вращения 200 мин

-1

и бегунков, осущест-

вляется истирание пробы во всех направлениях по плоскости.

Устойчивость к истиранию характеризуется числом оборотов го-

ловки 1 до образования дыры.

При испытаниях хлопчатобумажных, шелковых и смешанных

тканей, а также тканей из химических нитей и пряжи испыта-

ния проводятся в несколько иных условиях: испытуемая проба

закрепляется на бегунках 2, абразив — на столике 3, а частота

вращения головки составляет 100 мин

-1

Устойчивость к истиранию шерстяных тканей определяют на

приборах ТИ-1, осуществляющих неориентированное истирание

по поверхности. На верхнем диске 1 закрепляется абразив 2, а

на нижних головках 3 (их три штуки) закрепляется круглой

формы проба 4 испытуемого изделия, натяжение которой со-

248

здается массой кольцевого зажима 5 (рис. 137). Под действием

сжатого воздуха (26,6 кПа), подаваемого в головки 3, пробы 4

получают выпуклую форму и прижимаются к поверхности абра-

зива 2. Благодаря тому, что диск 1 и головки 3 вращаются в

одну и ту же сторону (каждый относительно своей оси) с оди-

наковой скоростью, пробы 4 получают неориентированное исти-

рание во всевозможных направлениях. Частота вращения дис-

ка / и головок 3 равна 150 мин

-1

. В обоих случаях абразив —

серошинельное сукно арт. 6405.

Представляет интерес и определение устойчивости к истира-

нию по сгибам, имитирующее износ в эксплуатации одежды по

краям манжет рукавов, брюк, карманов и т. п.

Следует учитывать, что в процессе истирания проб проис-

ходит истирание и изменение поверхности и самого абразива,

поэтому после определенного числа испытаний абразив меняют

на новый.

ИЗНОС ПОД ДЕЙСТВИЕМ

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Физико-химические факторы, вызывающие износ текстильных

изделий, чрезвычайно разнообразны. Основными из них явля-

ются свет и светопогода (см. с. 246).

Ухудшение свойств текстильных материалов под действием

света и светопогоды обусловлено в основном окислительными

процессами, активизируемыми светом, теплом и влагой. Так, в

процессе эксплуатации изделий из целлюлозных волокон умень-

шение прочности во многом является следствием окисления цел-

люлозы под действием кислорода воздуха и превращения ее в

оксицеллюлозу. Было выявлено, что в фотохимическом процес-

се наибольшее разрушающее действие оказывают лучи с корот-

кой длиной волны: видимые (синие и фиолетовые) и особенно

невидимые (ультрафиолетовые). Ухудшение свойств полотен ха-

рактеризуют уменьшением их разрывной нагрузки, удлинения

при разрыве, выносливости к многократному растяжению, изги-

бу и истиранию после воздействия света или светопогоды в те-

чение заданного времени.

Данные, характеризующие изменение выносливости к много-

кратному изгибу целлюлозных тканей под действием светопого-

ды, приведены в табл. 15, а потеря разрывной нагрузки тканей

из разных видов волокон — на рис. 138.

Следует иметь в виду, что устойчивость к действию света и

светопогоды текстильных полотен зависит не только от их во-

локнистого состава и строения (толстые и плотные полотна

разрушаются не так интенсивно, как тонкие и менее плотные),

но в очень большой мере от характера заключительной отдел-

ки, температуры и относительной влажности воздуха, а также

спектрального состава источника облученря.

249

Табл. 15. Изменение выносливости к многократному изгибу

(по основе) при инсоляции, % к выносливости исходной пробы

Ткань

Выносливость к многократному изгибу по основе,

% от выносливости исходной просты при инсоляции

в течение

Ткань

15 дней

30 дней 45 дней

60 дней

75 дней

Бязь отбеленная арт. 55

83,4

53,5

40,8

23,8

7,6

Ситец арт. 15

77,5 42,6 29,3

18,5

Вискозное полотно арт. 4212

66,1

20,1 5,3

2,9

2,2

В частности, суровые хлопчатобумажные ткани разрушаются

менее интенсивно по сравнению с отваренными, поскольку вос-

ковые вещества на поверхности хлопка и крахмал, содержащий-

ся в шлихте, быстро разрушаясь под действием света, экрани-

руют целлюлозу. Отваренные ткани разрушаются быстрее по

сравнению с суровыми, но менее интенсивно по сравнению с

отбеленными.

Соответствующим выбором красителя (здесь не затрагива-

ется вопрос о прочности окраски, т. е. устойчивости ее к вы-

цветанию) можно повлиять на устойчивость тканей к действию

света и светопогоды: одни красители защищают ткани от раз-

рушающего действия света и светопогоды, другие, наоборот,

ускоряют их разрушение. Характер влияния красителя зависит

главным образом от его химической структуры, определяющей,

как используется поглощенная им световая энергия: красители,

молекулы которых будучи возбужденными квантами света,

трансформируют (превращают) электронную энергию возбуж-

дения в тепловую, рассеивающуюся в окружающее простран-

ство, оказывают защитное действие; красители, в которых зна-

чительная часть поглощенной ими световой энергии трансфор-

мируется в химическую, оказывают разрушающее действие.

Известно, что кубовые красители (особенно желтые и оран-

жевые), широко применяемые для крашения тканей из целлю-

лозных волокон без применения дополнительных обработок,

ухудшают свойства этих тканей под действием светопогоды.

Потеря разрывной нагрузки вискозных нитей (в %

от

исход-

ной) при естественной инсоляции под стеклом составила при

крашении кубовым красителем желтым и оранжевым 16 %, зе-

леным 11,5%, синим и коричневым 11 %; в то же время не-

окрашенная нить в аналогичных условиях потеряла 10 % раз-

рывной нагрузки.

На рис. 139 приведены кривые, характеризующие изменения

(уменьшение) разрывной нагрузки под действием света не

окрашенных и окрашенных разными красителями.

Таким образом, умело подбирая соответствующие отделку и

краситель (с учетом условий, в которых будет эксплуатировать-

250

Рис. 138. Кривые зависимости уменьшения разрывной нагрузки тканей от

длительности инсоляции:

/ — шелковое полотно арт. 1160; 2 — вискозное полотно арт. 3221; 3 — капроновое по-

лотно арт. 1516; 4 — креп чистошерстяной арт. 1831; S — бязь арт. 59; 6 — коломенок

полульняной арт. 239

Рис. 139. Кривые зависимости разрывной нагрузки, % от разрывной на-

грузки исходных нитей, от продолжительности инсоляции неокрашенных

нитей и окрашенных различными красителями:

> — неокрашенных; 2 — кислотным одкохромкрасным 4Ж; 3 — прямым красным Х4;

4 — прямым коричневым ЖХ; 5 — прямым желтым ЖХ; 6 — отбеливающим препара-

том (3%-м); 7—кубовым тиоиндиго оранжевым КХ

ся данное изделие), можно добиться увеличения срока службы

его за счет уменьшения износа от действия света и светопо-

годы.

Оценивать устойчивость текстильных изделий к действию

света и светопогоды можно в естественных условиях или с по-

мощью приборов. В первом случае пробы закрепляют на дере-

вянных рамах. Лицевая сторона изделия должна быть обраще-

на на юг под углом 45° к горизонту. При исследовании только

светостойкости изделия пробу закрывают стеклом.

Пробы исследуемых полотен облучают естественным светом,

затем по истечении заданного времени снимают и испытывают

в лаборатории с целью определения уменьшения разрывной

нагрузки и других показателей свойств.

Недостаток определения устойчивости изделий к действию

света и светопогоды в естественных условиях заключается в

большой продолжительности испытаний (наблюдения ведутся в

течение нескольких недель или месяцев), в невозможности про-

водить испытания в любое время года и в заданных, точно

контролируемых метеорологических условиях.

Общая продолжительность естественной инсоляции в часах

или неделях не позволяет точно оценить результаты фотоде-

струкции, так как Доза облучения зависит от времени года,

251