Материаловедение классификация отделочных текстильных материалов. Международные символы по уходу за тканями. Технология обработки текстильных материалов

05.19.01 «Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности» по техническим наукам

ПРОГРАММА-МИНИМУМ

кандидатского экзамена по специальности

05.19.01 «Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности»

по техническим наукам

Введение

В основу настоящей программы положены следующие дисциплины: материаловедение для производств легкой промышленности; текстильное материаловедение.

Программа разработана экспертным советом Высшей аттестационной комиссии Министерства образования Российской Федерации по химии (по химической технологии) при участии Московского государственного текстильного университета имени А.Н. Косыгина и Московского государственного университета дизайна и технологии.

1. Материаловедение производств легкой промышленности

Материаловедение - наука о строении и свойствах материалов. Взаимосвязи материаловедения с физикой, химией, математикой, с технологией кожевенных, меховых, обувных и швейных изделий. Значение материаловедения в повышении качества и конкурентоспособности этих изделий. Основные направления развития материаловедения в легкой промышленности.

Полимерные вещества. Волокнообразующие, пленкообразующие и клеющие полимерные вещества: целлюлоза, белки (кератин, фиброин, коллаген), полиамиды, полиэтилентерефталаты, полиолефины, полиакрилонитрилы, полиимиды, полиуретаны, поливиниловый спирт и др., особенности их строения и основные свойства. Аморфное и кристаллическое состояние полимеров. Молекулярные и надмолекулярные структуры синтетических полимеров, иерархические структуры в природных полимерах. Ориентированное состояние полимеров.

Строение материалов. Текстильные материалы. Текстильные волокна, их классификация. Строение, состав и свойства основных видов волокон; растительного происхождения, животного происхождения, искусственных (из природных полимеров), синтетических (из синтетических полимеров), из неорганических соединений. Модифицированные текстильные волокна, особенности их строения и свойства. Текстильные нити, основные виды и разновидности, особенности их строения и свойства. Ткани, трикотажные и нетканые полотна; способы их получения и строение. Характеристики структуры текстильных материалов и методы их определения. Основные виды текстильных материалов для одежды, обуви и их характеристика.

Кожевенно-меховые материалы. Способы получения кожи и меха. Теории дубления. Состав и строение кожи и меха, основные структурные характеристики и методы их определения. Виды кож и мехов для одежды, обуви и их характеристика. Искусственные и синтетические кожи и меха, способы их получения и строение. Основные виды искусственных и синтетических кож и мехов, их характеристика. Биополимерные материалы. Материалы полученные с участием ферментативных систем.

Резины, полимерные композиции, пластикаты, картоны, применяемые в легкой промышленности, способы их получения и состав. Основные характеристики строения этих материалов и методы их определения.

Скрепляющие материалы: швейные нитки и клеевые материалы. Виды швейных ниток, способы их получения, особенности строения. Основные характеристики строения ниток и методы их определения. Клеевые материалы. Современные теории склеивания. Способы получения, состав и строение клеевых материалов, применяемых в швейном и обувном производствах. Основные виды клеевых материалов и их характеристика.

Геометрические свойства и плотность материалов.

Длина, толщина, ширина материалов, площадь шкур кожи и меха, методы определения этих характеристик.

Масса материала, линейная и поверхностная плотность материала, методы определения этих характеристик.

Плотность, средняя плотность, истинная плотность материалов.

Механические свойства материалов.

Классификация характеристик механических свойств. Теории прочности и разрушения твердых тел. Кинетическая теория прочности.

Полуцикловые разрывные и неразрывные характеристики, получаемые при растяжении материалов, приборы и методы их определения. Расчетные методы определения усилий при разрыве материалов. Двухосное растяжение. Прочность при раздирании. Анизотропия удлинений и усилий при растяжении материалов в различных направлениях.

Одноцикловые характеристики при растяжении. Составные части полной деформации. Ползучесть и релаксационные явления в материалах, методы определения спектров релаксации. Модельные методы изучения релаксационных явлений в материалах. Многоцикловые характеристики при растяжении, утомление и усталость материалов, приборы и методы определения характеристик усталости.

Полуцикловые и одноцикловые характеристики, получаемые при изгибе материалов, методы и приборы их определения. Многоцикловые характеристики, получаемые при изгибе материалов. Напряжения и деформации возникающие при сжимающих усилиях. Зависимость толщины материала от внешнего давления. Многократное сжатие материалов.

Трение материалов, современные представления о природе трения.

Факторы, определяющие трение материалов. Методы испытания трения для различных материалов. Раздвижка и осыпаемость нитей в тканях.

Физические свойства материалов.

Сорбционные свойства материалов. Формы связи влаги с материалами. Кинетика сорбции водяных паров материалами. Гистерезис сорбции. Тепловые эффекты и набухание материалов при сорбции влаги. Основные характеристики гигроскопических свойств материалов, приборы и методы их определения.

Проницаемость материалов. Воздухопроницаемость, паропроницаемость, водопроницаемость, методы и приборы определения этих характеристик. Проницаемость радиоактивных, ультрафиолетовых, инфракрасных лучей через материалы. Влияние состава, структуру и свойств материалов на их проницаемость.

Тепловые свойства материалов. Основные характеристики тепловых свойств материалов, приборы и методы их определения. Влияние параметров структуры и других факторов на тепловые свойства материалов. Влияние повышенных и пониженных температур на материалы.

Теплостойкость, термостойкость, огнестойкость материалов.

Оптические свойства. Основные характеристики оптических свойств, приборы и методы их определения. Влияние технологических и эксплуатационных факторов на оптические свойства материалов.

Электрические свойства материалов. Причины и факторы электризации и электропроводности материалов. Основные характеристики электризуемости и электропроводности материалов, приборы и методы их определения.

Акустические свойства материалов.

Изменение строения и свойств материалов в процессе переработки и при эксплуатации. Износостойкость материалов.

Изменение размеров материалов под воздействием влаги и тепла.

Усадка и притяжка материалов при замочке и влажно-тепловой обработке. Приборы и методы определения усадки материалов.

Формовочная способность материалов. Основные факторы и причины формообразования и формозакрепления материалов. Методы и приборы определения формовочной способности материалов.

Износостойкость материалов. Основные критерии износа. Причины износа. Истирание, стадии изнашивания и механизм истирания и факторы его определяющие. Пиллинг, причины его образования. Методы и приборы определения устойчивости материалов при истирании.

Физико-химические факторы износа. Воздействие света, светопогоды, стирки и др. факторов на материалы. Комбинированные факторы износа. Опытная носка. Лабораторное моделирование износа.

Надежность материалов, основные характеристики надежности. Оценка и прогнозирование характеристик надежности материалов.

Неразрушающие методы испытания материалов и их применение.

Качество и сертификация материалов.

Качество материалов. Отбор проб и выборок материалов. Сводные характеристики результатов испытаний, доверительные границы. Статистические модели. Вероятностная оценка качества. Методы статистического контроля и измерения качества, уровни качества. Номенклатура показателей качества для различных групп материалов.

Экспертный метод оценки качества. Системы управления качеством, отечественные и международные стандарты на управление качеством. Сертификация. Система и механизм сертификации. Основные условия сертификации. Обязательная и добровольная сертификация. Сертификация материалов и изделий в легкой промышленности.

2. Материаловедение производств текстильной промышленности

Текстильное материаловедение и его развитие.

Классификация текстильных материалов. Основные виды натуральных и химических волокон, нитей и изделий из них. Области их рационального использования. Волокна, нити и изделия технического и специального назначения. Их классификация, особенности строения и свойства. Современная стандартная терминология. Экономика и значение для различных отраслей промышленности основных видов текстильных материалов. Перспективы их производства.

Место текстильного материаловедения среди других технических наук, его связи с фундаментальными науками, с текстильной технологией.

Развитие текстильного материаловедения и задачи, стоящие перед ним.

Основные научные школы текстильного материаловедения направления выполненных ими научных работ. Выдающиеся отечественные и зарубежные ученые в области текстильного материаловедения, их работы. Роль кафедры текстильного материаловедения МГТУ в развитии отечественного текстильного материаловедения.

Текстильные волокна, их состав и строение.

Классификация текстильных волокон, полимерные вещества, составляющие волокна. Особенности их строения.

Развитие научных взглядов на строение полимерных веществ, составляющих волокна. Современные взгляды по этому вопросу.

Надмолекулярные структуры волокнообразующих полимеров.

Основные полимеры, составляющие волокна: целлюлоза, кератин, фиброин, полиамиды, полиэфиры, полиолефины, поливинилхлориды, полиакрилонитрилы, полиуретаны. Новые виды полимеров, используемые для высокомодульных, жаро- и теплостойких волокон и нитей. Их характеристики. Модифицированные химические волокна: мтилон, полинозные, трилобал, шелон, сиблон и другие. Особенности их строения и свойства.

Глава I.
СТРОЕНИЕ ВОЛОКОН И НИТЕЙ
1. СТРОЕНИЕ ВОЛОКОН И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ НИТЕЙ
Текстильные волокна (элементарные нити) имеют сложное физическое строение и большинство из них - высокую молекулярную массу.
Для текстильных волокон типична фибриллярная структура. Фибриллы - это объединения микрофибрилл ориентированных надмолекулярных соединений. Микрофибриллы представляют собой молекулярные комплексы, поперечное сечение их меньше 10 нм. Удерживаются они друг около друга межмолекулярными силами, а также вследствие перехода отдельных молекул из комплекса в комплекс. Переход молекул из одной микрофибриллы в другую зависит от их длины. Полагают, что длина микрофибрилл на порядок выше поперечника . Микрофибриллы и фибриллы некоторых волокон показаны па рис. I. 1.
Связи между фибриллами осуществляются в основном силами межмолекулярного взаимодействия, они значительно слабее микрофибриллярных. Между фибриллами имеется большое число продольных полостей, пор. Фибриллы располагаются в волокнах вдоль оси или под сравнительно небольшим углом. Лишь в некоторых волокнах расположение фибрилл имеет случайный, неправильный характер, однако и в этом случае их общая ориентация в направлении оси сохраняется. Фибриллы и микрофибриллы видны под микроскопом при увеличении 1500 раз и более.
Свойства волокон определяются не только надмолекулярной структурой, но и более низкими ее уровнями. Взаимосвязь структуры волокон па разных уровнях с их свойствами изучены еще недостаточно . Строение волокнообразующих полимеров, волокон и его взаимосвязь со свойствами рассмотрены в работе . Дальнейшее накопление данных о взаимосвязи структуры и свойств позволит решить важнейшую проблему о рациональном использовании волокон и изменении их структуры с тем, чтобы добиться управления процессом получения волокон с необходимым комплексом свойств.
Характеристика строения некоторых основных волокнообразующих полимеров приведена в табл. I. 1.
Химический состав волокон и некоторые другие характеристики строения волокон приведены в учебнике . Поэтому в данном учебнике сведения о строении волокон сокращены, описываются только его особенности (морфологические и др.).
Хлопковые волокна (рис. 1.2). Хлопковое волокно полое, имеет канал is месте отрыва от семени. Другой, заостренный, конец канала не имеет. Морфология различных волокон даже с одной летучки, существенно отличается. Например, канал зрелых и перезрелых волокон узкий, а форма поперечного среза изменяется от бобовидной у зрелых волокон до эллипсовидной и почти круглой у перезрелых волокон и сплющенной лентовидной у незрелых.
Волокно скручено вокруг своей продольной оси. Наибольшая извитость у зрелых волокон; у незрелых и перезрелых волокон она небольшая, малозаметная. Это связано с формой и взаимным расположением элементов надмолекулярной структуры волокна. Степка волокна имеет слоистое строение. Наружный слой толщиной менее 1 мкм называется первичной стенкой. Она состоит из сетки, образуемой редко расположенными и перекрещивающимися под большим углом целлюлозными фибриллами, пространство между которыми заполнено спутниками целлюлозы. Содержание целлюлозы в первичной стенке составляет, по имеющимся данным, несколько больше половины ее массы.
Наружная поверхность первичной стенки состоит из восковопектинового слоя.
В первичной стенке волокон некоторые исследователи различают два слоя, в которых фибриллы располагаются под разными углами. Вторичная основная стенка волокна достигает по толщине у зрелого волокна 6 - 8 мкм. Она состоит из пучков фибрилл, расположенных по винтовым линиям, поднимающимся под углом 20 - 45° к оси волокна. Направление винтовой липни меняется от Z до S.
Табл. I. 1. Характеристика строения волокнообразующих полимеров
Различные волокна имеют различные углы наклона фибрилл. У топких волокон углы наклона фибрилл малы. Наполнителем между пучками фибрилл являются спутники целлюлозы.
Пучки фибрилл располагаются концентрическими слоями (рис. 1.3), которые хорошо видны в поперечном срезе волокна. Их число достигает сорока, что соответствует дням отложения целлюлозы. Отмечается также наличие третичной, соприкасающейся с каналом части вторичной стенки. Эта часть отличается большой уплотненностью. Кроме того, в этом слое промежутки между целлюлозными фибриллами заполнены белковыми веществами и протоплазмой, состоящей из белковых веществ, простых углеводов, из которых синтезируется целлюлоза и др.
Целлюлоза хлопковых волокон имеет аморфно-кристаллическое строение. Степень ее кристалличности составляет 0,6 - 0,8, а плотность кристаллитов достигает 1,56 - 1,64 г/см3 (табл. 1.2).
Лубяные волокна (рис. 1.4). Получаемые с лубяных растений технические волокна представляют собой комплексы склеенных пектиновыми веществами элементарных волокон. Отдельные элементарные волокна - растительные клетки трубчатого строения. Однако в отличие от хлопкового волокна у лубяного оба конца закрыты. Лубяные волокна имеют первичные, вторичные и третичные стенки.
Поперечное сечение льняного волокна - неправильный многоугольник с узким каналом. Капал грубых волокон близок к овальной форме, он шире и слегка сплюснут. Особенностью морфологии льняных волокон является наличие сдвигов продольных штрихов поперек волокна, представляющих собой следы изломов или изгибов волокон в период роста, при механической обработке. Канал имеет постоянную ширину. Первичная стенка льняных волокон состоит из фибрилл, расположенных по винтовой линии направления S с наклоном 8 - -12° к продольной оси. Фибриллы во вторичной стенке расположены по винтовой линии направления Z. Угол их подъема в наружных слоях такой же, как и в первичной стенке, по постепенно уменьшается, достигая иногда 0°, при этом направление спиралей меняется на противоположное. Пектиновые вещества между фибриллами располагаются неравномерно, их содержание увеличивается в направлении к каналу.
Элементарное волокно пеньки, получаемой из конопли, имеет тупые или раздвоенные концы, канал волокон сплюснут и значительно шире, чем у льна. Сдвиги на волокнах пеньки выражены более резко, чем на льняном волокне, и волокно в этом
месте имеет изгиб. Пучки фибрилл в первичной и вторичной стенках располагаются по винтовой линии направления Z, но угол наклона фибрилл уменьшается с 20 - 35° в наружном слое до 2 - 3° во внутреннем. Наибольшее количество пектиновых веществ содержится в первичной стенке и наружных слоях вторичной.
Элементарные волокна джута, кенафа имеют закругленный конец, толстые стенки, неправильную форму поперечного сечения: с отдельными гранями и каналом, который то сужается до нитевидного, то резко расширяется.
Технические волокна джута, кенафа - это жестко склеенные комплексы волокон с высоким содержанием лигнина.
Волокна рами в стеблях растений формируются как отдельные элементарные волокна без образования пучков технического волокна. На волокнах рами заметны резкие сдвиги, продольные трещины. Фибриллы целлюлозы в первичной и вторичной стенках рами располагаются но наклонной линии направления S. Угол наклона в первичной стенке доходит до 12°, во вторичной - изменяется с 10 - 9° в наружных до 0° во внутренних слоях.
Листовые волокна (абака, сизаль и формиум) - комплексные, в них короткие элементарные волокна жестко склеены в пучки. Строение элементарных волокон подобно грубостебельным лубяным волокнам. Форма сечения овальная, канал широкий, особенно у абаки - манильской пеньки.
Химическое строение лубяных волокон разных видов близко к химическому строению хлопкового волокна. Они состоят из а-целлюлозы, содержание которой колеблется от 80,5 % у льна до 71,5 % У джута и 70,4 % У абаки. В волокнах высокое содержание лигнина (более 5%), имеются также жиры, воски, зольные вещества. Лубяные волокна обладают самой высокой степенью полимеризации целлюлозы (для льна она достигает 30000 и более).
Шерстяные волокна. Шерстяными являются волокна волосяного покрова овец, коз, верблюдов и других животных. Основным волокном является овечья шерсть (ее доля составляет почти 98%). В овечьей шерсти встречаются пух, переходный волос, ость, грубая ость или мертвый волос (рис. 1.5).
Волокна пуха состоят из наружного слоя - чешуйчатого и внутреннего - коркового (кортекс). Сечение пуха круглое. У переходного волоса есть еще третий слой - сердцевинный (ме-дулла), прерывающийся по длине волокна. В ости и мертвом волосе этот слой располагается по всей длине волокна.
В мертвом волосе или грубой ости сердцевинный слой занимает большую часть площади поперечного сечения. Рыхлый сердцевинный слой заполнен пластинчатыми клетками, расположенными перпендикулярно к веретенообразным клеткам коркового слоя. Между клетками имеются промежутки, заполненные воздухом (вакуоли), жировыми веществами, пигментом. Поперечное сечение ости и мертвого волоса неправильной овальной формы.
Шерстяные волокна имеют волнообразную извитость, характеризуемую числом извитков на единицу длины (1 см) и формой извитости. Тонкая шерсть имеет 4 - 12 и более извитков на 1 см длины, грубая шерсть извита мало. По форме или характеру извитости различают шерсть слабой, нормальной извитости и сильно извитую. При слабой извитости волокна имеют гладкую, растянутую и плоскую форму извитков (рис. 1.6). При нормальной извитости волокон извитки имеют форму полуокружности. Волокна сильно извитой шерсти имеют сжатую, высокую и петлистую форму извитков.
Чешуйки ости и мертвого волоса напоминают черепицу. Их на окружности волокна несколько. Толщина чешуек около 1 мкм, длина различна - от 4 до 25 мкм в зависимости от вида шерсти (на 1 мм длины волокон от 40 до 250 чешуек). Установлено, что чешуйки имеют три слоя - эпикутикула, экзокутикула и эндокутикула. Эпикутикула тонка (5 - 25 нм), устойчива к хлору, концентрированным кислотам и другим реактивам. В пес входят хитин, воски и др. Экзокутикула состоит из белковых соединений и эндокутикула - основной слой чешуйки - из модифицированных белковых веществ, обладает высокой хемостойкостыо.
Корковый слой волокон состоит из веретенообразных кдеток - надмолекулярных образований из фибрилл белка
кератина, промежутки между которыми заполнены ну-клепротеидом, пигментом. Веретенообразные клетки (рис. 1.7, а) - крупные надмолекулярные образования с заостренными концами, их длина до 90 мкм, размер поперечного сечения до 4 - 6 мкм. В кератине коркового слоя могут встречаться паракортекс и ортокортекс. Паракортекс по сравнению с ортокортексом содержит больше цисгина, он тверже, более стоек к воздействию щелочи. В топком пуховом волокне паракортекс располагается с наружной стороны, а ортокортекс - с внутренней. Однако козий пух однодольный и состоит только из ор-токортекса, человеческий волос - только из паракортекса.
Фибриллы (рис. 1.7,6) состоят из микрофибрилл кератина, который относится к протеинам. Макромолекулы протеинов слагаются из остатков а-амипокислот. Макромолекулы кератина шерсти разветвленные, так как радикалы ряда аминокислот представляют небольшие боковые цени. Возможно содержание в цепи макромолекул циклических группировок .
Макромолекулы в волокнах в обычном состоянии сильно изогнуты и скручены (а-спираль), однако протяженность макромолекул значительно (в сотни и даже тысячи раз) превышает ее поперечные размеры, у которых они менее 1 нм.
Молекулы кератина из-за наличия в них остатков аминокислот, содержащих различные радикалы, взаимодействуют между собой благодаря различным силам: межмолекулярным (силам Ван-дер-Ваальса), водородным, солевым (ионным) и даже валентным химическим связям. Подробно об этом сказано в учебнике .
Шерсть других животных (рис. 1.8 и 1.9). Козья шерсть состоит из пуха и грубой ости. В верблюжьей шерсти также встречаются пух и ость. В шерсти кроликов встречаются тонкие пуховые волокна, по более грубые, типа переходных и остевых.
Оленья, конская и коровья шерсть состоит в основном из грубых остевых волокон.
Шелковые волокна. Первичным шелковым волокном является коконная нить (рис. I. 10), выделяемая гусеницей бабочки-шелкопряда при завивке кокона. Коконная нить--это две шелковины из белка фиброина, склеенные низкомолекулярным белком сериципа. Шелковины неравномерны по поперечному сечению. Фибриллы фиброина располагаются вдоль оси шелковины, их длина до 250 нм, ширина до 100 им. Микрофибриллы состоят из белка фиброина, их поперечное сечение порядка 10 нм. Конфигурация цепи фиброина шелка - пологая спираль (см. табл. I. 1).
Асбест (рис. 1.11). Волокна асбеста - кристаллы природных водосодержащих магниевых силикатов (солей кремниевых кислот). Иглоподобные тончайшие кристаллиты асбеста, объединенные в более крупные агрегаты силами межмолскулярного взаимодействия, имеют вытянутую форму и обладают свойствами волокон. Элементарные волокна асбеста объединены в комплексы (технические волокна).
Химические волокна (рис. I. 12). Химические волокна весьма разнообразны по своему химическому составу и строению (см. табл. I. 1).
Из природных полимеров наибольшее распространение получили вискозные, ацетатные, триацетатные волокна и нити.
Вискозные волокна - группа одинаковых по химическому составу (из гидратцеллюлозы) волокон и нитей, но существенно отличающихся по строению и свойствам. В обычных вискозных волокнах степень полимеризации целлюлозы (до 200) значительно меньше, чем в хлопковых волокнах. Отличие также состоит в пространственном расположении элементарного звена целлюлозы. В гидратцеллюлозе глюкозные остатки повернуты друг к другу на 90°, а не на 180°, как это имеет место в целлюлозе хлопка, что оказывает существенное влияние на свойства волокон. Например, гидратцеллюлозные волокна сильнее поглощают разные вещества и глубже окрашиваются. Структура вискозных волокон аморфно-кристаллическая. Обычные вискозные волокна отличаются также неоднородностью, заключающейся в разной степени ориентации фибрилл и микрофибрилл. Микрофибриллы в наружном слое ориентированы в продольном направлении, тогда как во внутреннем слое степень ориентации их очень низкая.
При получении (формовании) волокон происходит их неодновременное затвердевание по толщине. В начале затвердевает наружный слой, под действием атмосферного давления стенки стягиваются внутрь, отчего поперечное сечение становится извилистым. Эти извилины (полосы) заметны на продольном виде волокон. Могут быть получены полые волокна или С-образного строения; первые формуются при продувке воздуха через раствор, вторые - при применении специальных фильер.
Кроме того, вискозные волокна матируют двуокисью титана (ТЮ2), вследствие чего частицы порошка, оказавшиеся на поверхности волокон, рассеивают лучи света и блеск уменьшается.
Вискозные высокомодулыгые (ВВМ) и особенно полииозные волокна отличаются высокой степенью ориентации и однородностью структуры, повышенной степенью кристалличности. Благодаря высокой ориентации, однородности структуры изменяется и морфология волокон. Поперечное сечение этих волокон в отличие от поперечного сечения обычных вискозных нитей не имеет извилин, оно овальное, близкое к кругу.
Медпо-аммиачные волокна имеют более однородное строение по сравнению с вискозными волокнами. Поперечное сечение волокон представляет собой овал, приближающийся к кругу.
Ацетатные волокна по химическому составу представляют собой ацетилцеллюлозу. Они разделяются на диацетатпые (их обычно называют ацетатными) и триацетатные по числу замещенных гидроксильных групп в целлюлозе уксусным ангидридом. Характеристика структуры триацетатных волокон приведена в табл. I. 1. Структура волокон аморфно-кристаллическая, с небольшой степенью кристалличности (см. табл. 1.2).
Синтетические волокна получили широкое распространение, и их баланс в общем производстве текстильных волокон все более увеличивается. Особенности химического строения синтетических волокон и элементарных нитей, их получения описаны в учебнике .
Из синтетических волокон большую группу представляют полиамидные волокна (капрон, перлон, дедерон, нейлон и др.)-Структура волокон из поликапроамидов аморфпо-кристалли-ческая, степень кристалличности может достигать 70%- Кристаллиты включают несколько звеньев, ориентированных вдоль волокон. Форма сечений волокон может быть разной, обычно сечение круглое, но может быть и другой формы (рис. I. 13).
К этой группе относятся и волокна из полиэнантоами-да - энант, нейлон 6.6, отличающиеся от поликапроамидных волокон химическим строением элементарного звена - NH - (СН2) 6 - (СН2) 6 - CONH - (СН2) 6 - СО - . Конфигурация молекулярной цепи волокон этого вида, как и у капроамидных, вытянутая, зигзаг с несколько большей длиной элементарного звена.
Полиэфирные волокна (терилен, лавсан и др.) получают из полиэтилентерефталата. Волокна имеют аморфно-кристаллическую структуру. Конфигурация цепи близка к прямой. Особенностью химического строения волокон является соединение элементарных звеньев цепи сложноэфирной группой - С - . По морфологии волокна близки к полиамидным.
К полиакрилонитрильным волокнам относятся нитрон и многие другие разновидности, имеющие собственное наименование в разных странах, например акрилан, орлон (США), пре-лан (ГДР) и т. д. По внешнему виду поперечное сечение имеет овальную форму. Элементарное звено макромолекул волокон нитрона имеет следующий химический состав - СН2 - СН - CN
Структура полиакрилонитрильпых волокон аморфно-кристаллическая. Доля кристаллической фазы малая. Конфигурация макромолекул волокон вытянутая, трансзигзаг.
Полипропиленовые и полиэтиленовые волокна относятся к полиолефиновым волокнам. Элементарное звено макромолекул полипропиленовых волокон имеет вид - СН - СН2 - СН3
Форма поперечного сечения волокон овальная, фибриллы ориентированы вдоль оси.
Структура макромолекул стерсорегулярная. Степень полимеризации волокон может меняться в широких пределах (1900 - 5900). Структура надмолекулярных образований - аморфнокристаллическая. При этом кристаллическая фракция достигает 85 - 95 %.
Морфология полиэтиленовых волокон существенно не отличается от морфологии полипропиленовых волокон. Надмолекулярная структура их также фибриллярная. Макромолекулы с элементарными звеньями - СН2 - СН2 - образуют аморфнокристаллическую структуру с преобладанием кристаллической.
Полиуретановые волокна состоят из макромолекул, элементарные звенья которых содержат уретановую группу - NH - С - О - . Строение волокон аморфное, температура стеклования низкая. Гибкие сегменты макромолекул при обычной температуре находятся в высокоэластическом состоянии. Благодаря такому строению волокна обладают очень большой растяжимостью (до 500 - 700%) при нормальной температуре.
Волокна галогенсодержащих полимеров - это волокна из поливинилхлорида, поливинилидена, фторлона и др. Поливинилхлоридные волокна (хлорин, перхлорвинил) - волокна аморфные, с малой степенью кристалличности. Конфигурация макромолекул вытянутая. Элементарное звено макромолекул - СН2 - СНС1. Морфологическая особенность волокон - неравномерно стянутая поверхность.
Волокна из поливинилиденхлорида имеют аморфно-кристаллическое строение с высокой степенью кристалличности. Химическое строение волокон также отличается: в элементарном звене увеличивается содержание хлора (- СН2 - СС12 -), повышается плотность волокон.
В волокнах из фторсодержащих полимеров по сравнению с винилиденхлоридом водород и хлор замещаются фтором. Элементарные звенья волокон тефлон - CF2 - , волокон фторлон - СН2 - CHF - . Особенность структуры этих волокон - значительная энергия связи атомов углерода и фтора, ее полярность, определяющая высокую стойкость к действию агрессивных сред.
Углеродные волокна - жаропрочные волокна, конфигурация. цепи макромолекул слоистоленточная, степень полимеризации очень высокая.

2. СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ ВОЛОКОН И НИТЕЙ

Сведения о структуре волокон, об особенностях ее изменений в результате воздействий технологических процессов, условий эксплуатации становятся все более необходимыми при повышении качества текстильных материалов, совершенствовании технологических процессов, определении условий рационального использования волокон. Бурное развитие и совершенствование методов экспериментальной физики создали фундаментальную базу для изучения структуры текстильных материалов.
Далее рассматриваются лишь некоторые, наиболее распространенные, методы структурного анализа - оптическая световая и электронная микроскопия, спектроскопия, рентгеноструктурный анализ, диэлектрометрия и термический анализ.

СВЕТОВАЯ МИКРОСКОПИЯ
Световая микроскопия - один из самых распространенных методов изучения структуры текстильных волокон, нитей и изделий. Разрешающая способность оптического микроскопа, в котором используется свет видимой области спектра, может достигать 1 - 0,2 мкм.
Разрешающую способность объектива б0 и микроскопа бм определяют по приближенным формулам:
где X - длина волны света, мкм; А - апертура, числовая характеристика разрешающей силы, объектива (способность изображать мельчайшие детали объекта); А - апертура осветительной части - конденсора микроскопа.
где п - показатель преломления среды, находящейся между препаратом и первой фронтальной линзой объектива (для воздуха 1; для воды 1,33; для глицерина М7; для кедрового масла 1,51); а - угол отклонения крайнего луча, попадающего в объектив от точки, находящейся на оптической оси.
Разрешающая способность и апертура могут быть увеличены при иммерсии, т. е. замене воздушной среды жидкостью с большим коэффициентом преломления.
Микрообъективы разделяются по спектральным характеристикам (для видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной области спектра света), длине тубуса, среде между объективом и препаратом (сухие и иммерсионные), характеру наблюдения и типу препаратов (для препаратов с покровным стеклом и без стекла и др.).
Окуляры выбираются в зависимости от объектива, так как общее увеличение микроскопа равно произведению углового увеличения окуляра и объектива. Для фиксирования особенностей структуры и удобства в работе используют микрофотонасадки и микрофотоустановки, рисовальные аппараты, бинокулярные тубусы. Кроме биологических микроскопов, широко применяемых при изучении морфологии текстильных волокон и нитей, используются люминесцентные, ультрафиолетовые и инфракрасные, стереомикроскопы, микроскопы сравнения, измерительные микроскопы.
Люминесцентный микроскоп оснащен набором сменных светофильтров, с помощью которых можно выделить в излучении осветителя часть спектра, возбуждающую люминесценцию исследуемого объектива. При работе на этом микроскопе необходимо подбирать светофильтры, пропускающие от объекта только свет люминесценции.
Ультрафиолетовые, инфракрасные микроскопы позволяют проводить исследования в невидимых для глаза областях спектра. Линзы таких микроскопов изготовлены из материалов, прозрачных для ультрафиолетовых (кварц, флюорит) или инфракрасных (кремний, германий, флюорит, фтористый литий) лучей. Преобразователи превращают невидимое изображение в видимое.
Стереомикроскопы обеспечивают объемное восприятие микрообъекта, а микроскопы сравнения позволяют сравнивать одновременно два объекта.
Все большее распространение получают методы поляризационной, интерференционной микроскопии. При поляризационной микроскопии микроскоп дополняют специальным поляризационным приспособлением, включающим два поляроида: нижний неподвижный и верхний - анализатор, свободно вращающийся в оправе . Поляризация света позволяет изучить такие свойства анизотропных структур волокон, как силу двойного лучепреломления, дихроизм и др. Свет от осветителя проходит через поляроид и поляризуется в одной плоскости. Однако при прохождении через препарат (волокна) поляризация изменяется и возникшие изменения изучаются с помощью анализатора и различных компенсаторов оптических систем.

Приведены общие сведения о свойствах волокон, нитей, тканей, трикотажных и нетканых материалах. Рассмотрены особенности их строения, способы получения, методы определения показателей качества. Освещены контроль и управление качеством текстильных материалов. Для студентов высших учебных заведений по специальностям «Технология текстильных изделий» и «Стандартизация и сертификация».

ПРЕДМЕТ ТЕКСТИЛЬНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ.
Текстильное материаловедение является наукой о строении, свойствах и оценке качества текстильных материалов. Такое определение было дано в 1985 г. С учетом изменений, которые произошли с того времени, а также особенностей развития подготовки специалистов-материаловедов более полным и глубоким может быть следующее определение: текстильное материаловедение является наукой о строении, свойствах, оценке, контроле качества текстильных материалов и управлению им. Основополагающими началами данной науки является изучение текстильных материалов, используемых человеком в различных видах его деятельности.

Текстильными называют и материалы, состоящие из текстильных волокон, и сами текстильные волокна. Изучение различных материалов и составляющих их веществ всегда являлось предметом естественных наук и было связано с техническими средствами получения и переработки этих материалов и веществ. Поэтому текстильное материаловедение относится к группе технических наук прикладного характера. Большинство текстильных волокон состоит из высокомолекулярных веществ, в связи с чем текстильное материаловедение тесно связано с использованием теоретических основ и практических методов таких фундаментальных дисциплин, как физика и химия, а также физикохимия полимеров. Так как текстильное материаловедение является технической наукой, для ее изучения необходимы и общеинженерные знания, получаемые при изучении таких дисциплин, как механика, сопротивление материалов, электротехника, электроника, автоматика и др. Особое место занимает физико-химическая механика (реология) волокнообразующих полимеров.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Глава 1. Общие положения (С. М. Кирюхин)
1.1.Предмет текстильного материаловедения
1.2.Свойства и показатели качества текстильных материалов
1.3.Испытания текстильных материалов
1.3.1.Отбор образцов и проб. Подготовка к испытанию
1.3.2.Проведение испытаний
1.3.3.Запись и обработка результатов испытаний
Глава 2. Текстильные волокна (С. М. Кирюхин)
2.1.Классификация и основные виды текстильных волокон
2.1.1.Натуральные волокна растительного происхождения
2.1.2.Натуральные волокна животного происхождения
2.1.3.Химические волокна
2.2.Вещества текстильных волокон
2.3.Получение, особенности строения и свойства натуральных волокон
2.4.Производство, особенности строения и свойства химических волокон и нитей
2.5.Показатели качества волокон и методы их определения
2.5.1.Геометрические свойства волокон
2.5.2.Механические свойства волокон
2.5.3.Физические свойства волокон
2.5.4.Чистота волокон
Глава 3. Текстильные нити (Ю. С. Шустов)
3.1.Классификация текстильных нитей
3.2.Показатели качества текстильных нитей и методы их определения
3.2.1.Геометрические свойства нитей
3.2.2.Механические свойства нитей
3.2.3.Гигроскопические свойства нитей
3.2.4.Чистота нитей
Глава 4. Текстильные изделия (Ю. С. Шустов)
4.1.Общие сведения
4.2.Показатели качества текстильных полотен и изделий
4.3.Ткани
4.4.Трикотаж
4.5.Нетканые материмы
4.6.Механические свойства текстильных изделий
4.7.Изгиб текстильных изделий
4.8.Трение и цепкость текстильных изделий
4 9. Осыпаемость и раздвижка текстильных изделий
4.10.Пиллингуемость текстильных изделий
4.11.Изменение линейных размеров текстильных полотен
4.12.Физические свойства текстильных изделий
4.12.1.Гигроскопичность
4.12.2.Проницаемость
4.12.3Тепловые свойства
4.12.4.Электризуемость
4.12.5.Оптические свойства
4.13.Износостойкость текстильных изделий
Глава 5. Качество текстильных материалов (С. М. Кирюхин)
5.1.Квалиметрия текстильных материалов
5.2.Оценка качества текстильных материалов
5.2.1.Выбор номенклатуры определяющих показателей качества
5.2.2.Определение числовых значений показателей качества продукции
5.2.3.Выбор и установление базовых показателей качества
5.2.4. Сравнение фактических показателей качества с базовыми
5.3.Контроль качества текстильных материалов
5.3.1.Входной ТК
5.3.2.Приемочный ТК
5.3.3.Производственный ТК
5.4.Управление качеством текстильных материалов
5.4.1.Управление качеством продукции. Основные положения
5.4.2.Системы управления качеством
5.4.3.Международные стандарты ИСО 9000
Список литературы.

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Текстильное материаловедение, Кирюхин С.М., Шустов Ю.С., 2011 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

Скачать pdf
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России. Купить эту книгу


Скачать - pdf - Яндекс.Диск.

Шерстью называют волосяной покров животных, обладающий прядильными качествами или свойлачиваемостью.

Шерсть является одним из основных натуральных текстильных волокон.

Различают шерсть натуральную, заводскую и восстановленную.
Натуральная шерсть — шерсть, состригаемая с животных шерсть (овечья, козья и др.), вычёсываемая (верблюжья, собачья, козий и кроличий пух) или собираемая при линьке (коровья, конская, сарлычья) Эта шерсть наиболее высокого качества.

Заводская шерсть — это шерсть, снятая со шкур животных, она менее прочная, чем натуральная.
Восстановленная шерсть – шерсть, получаемая расщипыванием шерстяного лоскута, тряпья, обрывков пряжи. Эти волокна шерсти наименее прочные.
Заводская и восстановленная шерсть может использоваться в текстильной промышленности для изготовления недорогих суконных тканей.

Шерстные волокна представляют собой роговые производные кожи.

Волокно шерсти состоит из трех слоев:

1 — Чешуйчатый (кутикула) — наружный слой, состоит из отдельных чешуек, защищает тело волоса от разрушения. От вида чешуек и их расположения зависит степень блеска волокна и его способность свойлачиваться (скатываться, сваливаться).

2 — Корковый — основной слой, образует тело волоса, определяет его качества.

3 — Сердцевинный — находится в центре волокна, состоит из клеток, заполненных воздухом.

В зависимости от соотношения отдельных слоев волокна шерсти подразделяются на 4 типа:

а — пух: очень тонкое, мягкое, извитое волокно, у которого сердцевинный слой отсутствует.

б — переходный волос: более толстый и жесткий, чем пух. Сердцевинный слой встречается местами.

в — ость: толстое, жесткое волокно со значительным сердцевинным слоем.

г — мертвый волос: толстое, грубое, прямое, ломкое волокно, у которого сердцевинный слой занимает большую часть.
Шерсть состоит из покровного волоса и подпуши (подшёрстка). У овец покровный волос составляют: ость, переходный и кроющий волос; подпушь — пух.
Овечья шерсть в зависимости от типа, составляющих её волокон, делится на однородную , представленную волокнами одного типа, и неоднородную . В однородной шерсти пуховые и переходные волокна, соединяясь в группы, образуют штапели (переходные волокна шерсти овец длинношёрстных пород — однородные косицы). В неоднородной шерсти пуховые, переходные и остевые волокна соединяются в косички.

Виды шерсти

Виды шерсти различают в зависимости от типа волокон, образующих волосяной покров овцы. Выделяют следующие виды:

• Тонкая — состоит из пуховых волокон, используется для выработки высококачественных шерстяных тканей.
• Полутонкая — состоит из пуховых волокон и переходного волоса, используется для выработки костюмных и пальтовых тканей.
• Полугрубая — состоит из ости и переходного волоса, используется для выработки полугрубых костюмных и пальтовых тканей.
• Грубая — содержит все типы волокон, в том числе и мертвый волос, используется для изготовления шинельного сукна, войлока, валенок.

Первичная обработка шерсти: сортировка по качеству, разрыхление и удаление мусора, промывка от грязи и жира, сушка горячим воздухом.

Средняя тонина волокон: пуха 10 — 25 мкм, переходного волоса - 30 — 50 мкм, ости - 50 мкм и более.

Длина волокон шерсти: от 20 до 450мм, различают:
— коротковолокнистая: длина до 55мм, используется для производства толстой и пушистой аппаратной пряжи;
— длинноволокнистая: длина более 55мм, используется для производства тонкой и гладкой гребенной пряжи.

Внешний вид волокон: матовые, теплые, цвет от белого (слегка желтоватого) до черного (чем толще волокно, тем оно темнее окрашено). Цвет шерсти определяется наличием в корковом слое пигмента меланина. Для технологического использования наиболее ценна белая шерсть, пригодная для окраски в любой цвет

Свойлачиваемость — это способность шерсти в процессе валки образовывать войлокообразный застил. Это свойство объясняется наличием на поверхности шерсти чешуек, препятствующих перемещению волокна в направлении обратном расположению чешуек. Наибольшей способностью свойлачиваться обладает тонкая упругая сильно извитая шерсть

Особенности горения : горит медленно, при вынесении из пламени само затухает, запах жженого рога, остаток — черный пушистый хрупкий пепел.

Химический состав: природный белок кератин

Действие химических реагентов на волокна: Разрушается под действием сильной горячей серной кислоты, другие кислоты не действуют. Растворяется в слабых растворах щелочей. При кипячении шерсть растворяется уже в 2%-ном растворе едкого натра. Под действием разбавленных кислот (до 10%) прочность шерсти несколько увеличивается. Под действием концентрированной азотной кислоты шерсть желтеет, под действием концентрированной серной кислоты — обугливается. Не растворяется в феноле и ацетоне.

***************************************

Про сложности и нюансы пошива из шерстяных материалов можно узнать из Мастер-класса «Нестареющая классика. Особенности работы с шерстяными тканями»

Изучив материалы мастер-класса, вы:

• Выясните, откуда у шерстяной ткани такие замечательные свойства
• Как отличить настоящую шерстяную ткань от ее имитации, даже самой искусной
• Удивитесь, узнав, какое количество шерсти должно быть в чистошерстяных и полушерстяных тканях
• Узнаете, когда недостатки шерстяной ткани превращаются в ее достоинства
• Как недостатки шерстяной ткани можно использовать себе во благо
• Получите ценные советы по выбору способа декатировки и правильной утюжки шерстяной ткани
• Разберетесь в различных видах шерстяных тканей и научитесь подбирать для них наилучшие способы обработки

Для получения мастер-класса приобретайте Абонемент в библиотеку швейных МК «Хочу все знать!» и получайте доступ к этому и 100 другим мастер-классам.

Ассортимент платьев многообразен, соответственно разнообразны и предъявляемые к платьевым материалам требования, так как разнообразны условия, в которых они эксплуатируются.

Гигиенические требования особенно важны для тканей, используемых для пошива домашних и повседневных платьев. Ткани повседневных платьев должны обладать хорошими гигроскопическими свойствам: влагопоглощением и влагоотдачей. Для летних платьев материалы должны обладать хорошей воздухопроницаемостью, для зимних платьев – хорошими теплозащитными свойствами.

Для нарядных и вечерних платьев гигиенические требования менее значимы, поэтому их не соблюдение можно компенсировать выбором соответствующей модели и конструкции изделия.

Повседневная одежда требует практичных немнущихся формоустойчивых материалов. Ткани для повседневных платьев должны быть устойчивы к истиранию, к многократным стиркам, к пиллингообразованию, должны сохранять линейные размеры во время эксплуатации.

Эстетические требования меняются от сезона к сезону в зависимости от направления моды. Изменение требований к внешнему виду, структуре, цвету, пластическим свойствам материала влечет за собой постоянную смену ассортимента материалов для платьев. При этом неизменными остаются следующие требования: небольшая масса, повышенные гибкость и упругость материалов, ограниченная жесткость.

Ткани для летних платьев могут быть яркими и разноцветными, для повседневных платьев – спокойных немарких расцветок, для нарядных платьев – необходимы необычные по внешним эффектам материалы.

Характеристика основных видов материалов для платьев.

Хлопчатобумажные ткани широко используются для детских платьев, для женских домашних и летних платьев, это такие классические х/б ткани, как ситец, бязь, фланель, сатин.
Джинсовая ткань облегченной структуры с пониженной жесткостью используется для пошива женских и детских сарафанов и платьев.

Льняные ткани используются для пошива летних платьев. Чистольняные ткани обладают повышенной сминаемостью, поэтому в пряжу добавляют нитроновые, лавсановые, полинозные, сиблоновые штапельные волокна. Такие ткани сохраняют эффект льняных тканей, имеют достаточную гигроскопичность, износостойкость и формоустойчивость. Вырабатываются полотняным, мелкоузорчатыми и жаккардовыми переплетениями, по отделке бывают гладкокрашеными, набивными, пестроткаными, меланжевыми.

Шерстяные платьевые ткани вырабатывают из шерстяной пряжи с добавлением химических волокон: нитроновых, лавсановых, капроновых, вискозных. Эти ткани предназначены для зимнего и демисезонного ассортимента платьев.
Классическими являются . Они легкорастяжимы, хорошо драпируются, обладают небольшой сминаемостью, осыпаются по срезам.

Для пошива платьев-костюмов используют тонкосуконные ткани, пушистые, мягкие и теплые.

Также используются камвольные ткани из гребенной пряжи. Они суховаты на ощупь, имеют четкий рисунок переплетения, осыпаются по срезам.

Структура и отделка тканей чрезвычайно разнообразны. Выпускаются гладкокрашеными, пестроткаными, набивными, с добавлением козьего или кроличьего пуха, ангорской шерсти, из пряжи вприкрутку с комплексными химическими нитями, с использованием текстурированных нитей, с эффектами непса (разноцветными комочками, впряденными в пряжу).

Шелковые ткани наиболее многочисленны и разнообразны в ассортименте платьевых тканей.

Отличительные свойства полиакрилнитрильного волокна

Обладают хорошим комплексом потребительских свойств. По своим механическим свойствам ПАН волокна очень близки к и в этом отношении они превосходят все остальные . Их нередко называют «искусственной шерстью».
Обладают максимальной светостойкостью, достаточно высокой прочностью и сравнительно большой растяжимостью (22-35%). Благодаря низкой гигроскопичности, эти свойства во влажном состоянии не изменяются. Изделия из них после стирки сохраняют форму
Характеризуются высокой термостойкостью и стойкостью к ядерным излучениям.
Обладают инертностью к загрязнителям, поэтому изделия из них легко очищаются. Не повреждаются молью и микроорганизмами.

Кирюхин Сергей Михайлович - доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ. После окончания в 1962 г. Московского текстильного института (МТИ) успешно работал в области материаловедения, стандартизации, сертификации, квалиметрии и управления качеством текстильных материалов в ряде отраслевых научно-исследова- тельских институтов. Постоянно сочетал научно-исследовательскую работу с преподавательской деятельностью в высших учебных заведениях.

	по настоящее
С. М. Кирюхин работает в Московском	государственном

стильном университете им. А. Н. Косыгина профессором кафедры текстильного материаловедения, имеет более 150 научных методических работ по качеству текстильных материалов, в том числе учебники и монографии.

Шустов Юрий Степанович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой текстильного материаловедения Московского государственного текстильного университета имени А. Н. Косыгина. Автор 4 книг по текстильной тематике и более 150 научно-методических публикаций.

Область научно-педагогической деятельности - оценка качества и современные методы прогнозирования физико-механических свойств текстильных материалов различного назначения.

УЧЕБНИКИ И УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИИ

С. м. КИРЮХИН, Ю. С. ШУСТОВ

ТЕКСТИЛЬНОЕ

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Рекомендовано УМО по образованию в области технологии и проектирования текстильных изделий в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям 260700 «Технология и проектирование текстильных изделий», 240200 «Химическая технология полимерных волокон и текстильных материалов», 071500

_> «Художественное проектирование изделий текстильной и легкой промышленности» и специальности 080502 «Эконо-

мика и управление на предприятии»

МОСКВА «КопосС» 2011

4r Ь

К 43

Р е д а к т о р И. С. Тарасова

Р е ц е н з е н т ы: д-р техн. наук, проф.А. П. Жихарев (МГУДТ), д-р. техн. наук, проф.К. Э. Разумеев (ЦНИИшерсти)

Кирюхин С. М., Шустов Ю.С.

К 43 Текстильное материаловедение. - М.: КолосС, 2011. - 360 е.: ил. - (Учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений).

ISBN 978 - 5 - 9532 - 0619 - 8

Приведены общие сведения о свойствах волокон, нитей, тканей, трикотажных и нетканых материалах. Рассмотрены особенности их строения, способы получения, методы определения показателей качества. Освещены контроль и управление качеством текстильных материалов.

Для студентов высших учебных заведений по специальностям «Технология текстильных изделий» и «Стандартизация и сертификация».

Учебное издание

Кирюхин Сергей Михайлович, Шустов Юрий Степанович

ТЕКСТИЛЬНОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Учебное пособие для вузов

Художественный редактор В. А.Чуракова Компьютерная версткаС. И. Шаровой Компьютерная графикаТ. Ю. Кутузовой

Корректор Т. Д.Звягинцева

УДК 677-037(075.8) ББК 37.23-3я73

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее учебное пособие предназначается для студентов высших учебных заведений, изучающих дисциплину «Текстильное материаловедение» и смежные с ней курсы. Это прежде всего будущие инженеры-технологи, работа которых связана с получением и переработкой текстильных материалов. Инженер может успешно управлять технологическими процессами и совершенствовать их только при условии, что он хорошо знает особенности строения и свойства перерабатываемых материалов и специфику требований, предъявляемых к качеству выпускаемой продукции.

Учебное пособие содержит необходимые сведения о строении, свойствах и оценке качества основных видов текстильных волокон, нитей и изделий, основные сведения о стандартных методах испытаний текстильных материалов, об организации и проведении технического контроля на предприятии.

Показатели и характеристики свойств, по которым оценивается качество текстильных материалов, нормируются действующими стандартами. Знание, правильное применение и строгое соблюдение стандартов, распространяющихся на текстильные материалы, обеспечивает выпуск продукции заданного качества. При этом особое место занимают стандарты на методы испытания свойств текстильных материалов, с помощью которых оценивают и контролируют показатели качества продукции.

Контроль качества продукции не ограничивается только правильным применением стандартных методов испытаний. Большое значение имеет рациональная организация и эффективное функционирование всей системы контрольных операций на производстве, что на предприятии осуществляется отделом технического контроля.

Технический контроль обеспечивает выпуск продукции заданного качества, осуществляя входной контроль исходного сырья и вспомогательных материалов, конт-

исходного сырья и вспомогательных материалов, контроль и регулирование свойств полуфабрикатов и комплектующих изделий, параметров технологического процесса, показателей качества вырабатываемой продукции. Однако для планомерного и систематического повышения качества необходимо постоянно выполнять комплекс различных мероприятий целенаправленного воздействия на условия и факторы, определяющие качество продукции на всех стадиях его формирования. Это приводит к необходимости разработки и внедрения на предприятиях систем управления качеством.

Способы получения и особенности переработки текстильных материалов излагаются кратко и только по мере необходимости. Более глубокое изучение этих вопросов должно осуществляться в специальных курсах по технологии получения и переработки отдельных видов волокон, нитей и текстильных изделий.

«Текстильное материаловедение» может быть использовано в качестве базового для студентов-материаловедов, заканчивающих обучение на соответствующих кафедрах по различным специальностям и специализациям. Для углубленного изучения строения, свойств, оценки и управления качеством текстильных материалов студентам-ма- териаловедам рекомендуются специальные курсы.

Студенты-экономисты, дизайнеры, конфекционеры и др., обучающиеся в вузах текстильного профиля, тоже могут использовать это пособие.

Настоящее учебное пособие подготовлено на основе опыта работы кафедры текстильного материаловедения МГТУ им. А. Н. Косыгина. В нем используются материалы ранее изданных известных и широко применяемых аналогичных учебных изданий, прежде всего «Текстильного материаловедения» в трех частях профессоров Г. Н. Кукина,

А. Н. Соловьева и А. И. Коблякова.

В учебном пособии пять глав, в конце которых приведены контрольные вопросы и задачи. Список литературы включает в себя основные и дополнительные источники. Основные литературные источники приведены в порядке их значимости для изучения курса.

Г л а в а 1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. ПРЕДМЕТ ТЕКСТИЛЬНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

Текстильное материаловедение является наукой о строении, свойствах и оценке качества текстильных материалов. Такое определение было дано в 1985 г. С учетом изменений, которые произошли с того времени, а также особенностей развития подготовки специалистов-материаловедов более полным и глубоким может быть следующее определение:текстильное материаловедение является наукой о строении, свойствах, оценке, контроле качества текстильных материалов и управлению им.

Основополагающими началами данной науки является изучение текстильных материалов, используемых человеком в различных видах его деятельности.

Текстильными называют и материалы, состоящие из текстильных волокон, и сами текстильные волокна.

Изучение различных материалов и составляющих их веществ всегда являлось предметом естественных наук и было связано с техническими средствами получения и переработки этих материалов и веществ. Поэтому текстильное материаловедение относится к группе технических наук прикладного характера.

Большинство текстильных волокон состоит из высокомолекулярных веществ, в связи с чем текстильное материаловедение тесно связано с использованием теоретических основ и практических методов таких фундаментальных дисциплин, как физика и химия, а также физикохимия полимеров.

Так как текстильное материаловедение является технической наукой, для ее изучения необходимы и общеинженерные знания, получаемые при изучении таких дисциплин, как механика, сопротивление материалов, электротехника, электроника, автоматика и др. Особое место занимает физико-химическая механика (реология) волокнообразующих полимеров.

В текстильном материаловедении, как и в других научных дисциплинах, широко применяются высшая математика, математи-

ческая статистика и теория вероятностей, а также современные вычислительные методы и средства.

Знание строения и свойств текстильных материалов необходимо при выборе и совершенствовании технологических процессов их получения и переработки, а в конечном счете - при получении готового текстильного изделия заданного качества, оцениваемого специальными методами. Таким образом, для текстильного материаловедения необходимы Методы измерения и оценки качества, являющиеся предметом сравнительно новой самостоятельной дисциплины - квалиметрии.

Переработка текстильных материалов невозможна без контроля качества полуфабрикатов на отдельных этапах технологического процесса. Разработкой методов контроля качества также занимается текстильное материаловедение.

И наконец, последним из широкого круга вопросов, связанных

с текстильным материаловедением, является вопрос управления качеством продукции. Такая связь очень естественна, ведь без знания строения и свойств текстильных материалов, методов оценки и контроля качества невозможно управлять технологическим процессом и качеством вырабатываемой продукции.

Текстильное материаловедение следует отличать от текстильного товароведения, хотя между ними много общего. Товароведение является дисциплиной, основные положения которой предназначены для изучения потребительских свойств готовой продукции, используемой как товар. Товароведение уделяет внимание и таким вопросам, как способы упаковки товаров, их транспортирование, хранение и т. п., которые в задачи материаловедения обычно не входят.

Из других родственных дисциплин следует еще сказать о материаловедении швейного производства, имеющем много общего с текстильным материаловедением. Отличие заключается в том, что строению и свойствам волокон и нитей в швейном производстве уделяется меньше внимания, чем текстильным полотнам, зато добавляются сведения об отделочных материалах нетекстильного характера (натуральной и искусственной коже, мехе, клеенках и т. п.).

Обратим внимание на значение текстильных материалов в жизни человека.

Считается, что жизнь человека невозможна без пищи, жилья и одежды. Последняя преимущественно состоит из текстильных материалов. Портьеры, занавески, постельное белье, покрывала, полотенца, скатерти и салфетки, ковры и напольные покрытия, трикотажные изделия и нетканые материалы, шнурки, шпагаты и многое, многое другое - все это текстильные материалы, без которых жизнь современного человека невозможна и которые во многом делают эту жизнь комфортной и привлекательной.

Текстильные материалы используются не только в быту. Статистические данные показывают, что в промышленно развитых странах умеренного климата из общего количества потребляемых текстильных материалов на одежду и белье расходуется 35...40 %, на бытовые и хозяйственные потребности 20...25 %, в технике потребляется 30...35 %, на прочие потребности (тару, культурные нужды, медицину и др.) до 10 %. Конечно, в отдельных странах эти соотношения могут существенно колебаться в зависимости от социальных условий, климата, развития техники и др. Но можно смело утверждать, что нет практически ни одной материальной, а в отдельных случаях и духовной сферы деятельности человека, где бы не использовались текстильные материалы. Это обусловливает весьма значительный объем их производства и достаточно высокие требования к их качеству.

Из многообразных вопросов, решаемых в рамках текстильного материаловедения, можно выделить следующие:

исследование строения и свойств текстильных материалов, позволяющее целенаправленно проводить работу по повышению их качества;

разработка методов и технических средств измерения, оценки и контроля показателей качества текстильных материалов;

разработка теоретических основ и практических методов оценки качества, стандартизации, сертификации и управления качеством текстильных материалов.

Как и любая другая научная дисциплина, текстильное материаловедение имеет свой генезис, т. е. историю образования и развития.

Интерес к строению и свойствам текстильных материалов, вероятно, появился в то время, когда они стали использоваться в различных целях. История этого вопроса уходит в глубокую древность. Например, овцеводство, которое использовалось, в частности, для получения волокон шерсти, было известно не менее чем за 6 тыс. лет до н. э. Льноводство было широко распространено в Древнем Египте еще около 5 тыс. лет назад. Примерно к этому же времени относятся найденные при раскопках изделия из хлопка в Индии. В нашей стране в местах раскопок стоянок древнего человека вблизи Рязани археологи обнаружили древнейшие текстильные изделия, представляющие собой нечто среднее между тканью и трикотажем. Сегодня такие полотна называют трикотканью.

Первые документально дошедшие до нашего времени сведения об изучении отдельных свойств текстильных материалов относятся к 250 г. до н. э., когда греческий механик Филон Византийский исследовал прочность и упругость канатов.

Однако вплоть до эпохи Возрождения были сделаны только самые первые шаги в изучении текстильных материалов. В начале XVI в. великий итальянец Леонардо да Винчи исследовал трение канатов и влажность волокон. В упрощенной форме он сформулировал известный закон о пропорциональности между нормально приложенной нагрузкой и силой трения. Ко второй половине XVII в. относятся работы известного английского ученого Р. Гука, который изучал механические свойства различных материалов, в том числе нитей из волокон льна и

шелка. Он описал строение тонкой шелковой ткани и был одним из первых, кто высказал идею о возможности изготовления химических нитей.

Потребность в систематических исследованиях строения и свойств текстильных материалов начала ощущаться все больше и больше с возникновением и развитием мануфактурного производства. Пока господствовало простое товарное производство и производителями выступали мелкие ремесленники, они имели дело с небольшим количеством сырья. Каждый из них ограничивался преимущественно органолептической оценкой свойств и качества материалов. Концентрация в мануфактурах больших количеств текстильных материалов потребовала другого отношения к их оценке и вызвала необходимость их изучения. Этому же способствовало и расширение торговли текстильными материалами, в том числе между различными странами. Поэтому с конца XVII - начала XVIII в. в ряде стран Европы устанавливаются официальные требования к показателям качества волокон, нитей и тканей. Эти требования утверждаются правительственными учреждениями в виде различных регламентов и даже законов. Например, итальянские (пьемонтские) регламенты 1681 г. о работе шелковых фабрик устанавливали требования к шелковому сырью - коконам. Согласно этим требованиям коконы в зависимости от содержания шелка в их оболочке и способности разматываться делились на несколько сортов.

В России законы о качестве и способах сортировки исходных волокон, поставляемых на экспорт и на снабжение мануфактур, вырабатывающих пряжу и парусину для флота, а также сукна для снабжения армии, появились в XVIII в. Первым известным по времени издания был закон № 635 от 26 апреля 1713 г. «О браковании пеньки и льна у города Архангельска». Затем последовали законы о ширине, длине и весе (т. е. массе) льняных полотен (1715 г.), о контроле толщины, крутки и влажности пеньковой пряжи (1722 г.), усадке сукон после замачивания (1731 г.), их длине и ширине (1741 г.), о качестве их окраски и об их долговечности (1744 г.) и др.

В этих документах стали упоминаться первые простейшие инструментальные методы измерения отдельных показателей качества текстильных материалов. Так, изданный в России при Петре I в 1722 г. закон требовал контролировать толщину пеньковой пряжи для канатов путем протаскивания ее образцов через отверстия различных размеров, сделанных в железных досках, чтобы установить «такой ли она толстоты, как надлежит быть».

В XVIII в. зарождаются и развиваются первые объективные инструментальные способы измерения и оценки свойств и показателей качества текстильных материалов. Тем самым закладывается фундамент будущей науки - текстильного материаловедения.

В первой половине XVIII в. французский физик Р. Реомюр сконструировал одну из первых разрывных машин и исследовал прочность пеньковых и шелковых

крученых нитей. В 1750 г. в Турине (Северная Италия) появилась одна из первых в мире лабораторий по испытанию свойств текстильных материалов, получившая название «кондицион» и осуществлявшая контроль влажности шелка-сырца. Это был первый прототип ныне действующих сертификационных лабораторий. Позднее «кондиционы» стали появляться и в других странах Европы, например во Франции, где исследовали шерсть, пряжу различных видов и т. п. В конце XVIII в. появились приборы для оценки толщины нитей путем отматывания моточков постоянной длины на специальных мотовилах и взвешивания их на рычажных весах - квадрантах. Подобные мотовила и квадранты выпускали в Санкт-Петер- бурге механические мастерские Александровской мануфактуры - крупнейшего русского текстильного комбината, основанного в 1799 г.

В области изучения свойств текстильного сырья и поисков новых видов волокон следует отметить работы первого члена-корреспондента Российской академии наук П. И. Рычкова (1712-1777 гг.) - видного историка, географа и экономиста. Он был одним из первых русских ученых, работавших в области текстиль-

ного материаловедения. В ряде своих статей, напечатанных в «Трудах Вольного экономического общества к поощрению в России земледелия и домостроительства», он поставил вопросы об использовании козьей и верблюжьей шерсти, о некоторых растительных волокнах, разведении хлопка и др.

В XIX в. текстильное материаловедение активно развивалось практически во всех странах Европы, в том числе в России.

Отметим лишь некоторые основные даты развития отечественного текстильного материаловедения.

В первой половине XIX в. в России возникли учебные заведения, выпускавшие специалистов, которым в учебных курсах уже сообщались сведения о свойствах текстильных материалов. К числу таких средних учебных заведений можно отнести открытую в Москве в 1806 г. Практическую академию коммерческих наук, выпускавшую товароведов, а к числу высших - Технологический институт

в Петербурге, основанный в 1828 г. и открытый для занятий в 1831 г.

В середине XIX в. в Московском университете и Московской практической академии развернулась деятельность выдающегося русского товароведа проф.

М. Я. Киттары, уделявшего в своих работах большое внимание изучению текстильных материалов. Он организовал кафедру технологии, техническую лабораторию, читал лекции, где приводилась общая классификация товаров, в том числе текстильных, руководил разработкой методов испытания и правил приемки текстильных изделий для русской армии.

В конце XIX в. в России при учебных заведениях, а затем на крупных текстильных фабриках стали создаваться лаборатории испытания текстильных материалов. Одной из первых была лаборатория при Московском высшем техническом училище (МВТУ), начало деятельности которой было положено в 1882 г. проф. Ф. М.Дмитриевым. Его преемник, один из крупнейших русских ученыхтекстильщиков проф. С.А.Федоров в 1895-1903 гг. организовал большую лабораторию механической технологии текстильных материалов и при ней испытательную станцию. В своей работе «Об испытании пряжи» в 1897 г. он писал: «В практике, при исследованиях пряжи, до сих пор обыкновенно руководствовались привычными впечатлениями осязания, зрения, слуха. Такого рода определения требовали, конечно, большого навыка. Всякий, кто знаком с практикой бумагопрядения и кто работал с измерительными приборами, знает, что приборы эти во многих случаях подтверждают наши выводы, сделанные на взгляд и на ощупь, иногда же говорят совсем противное тому, что нам кажется. Приборы, таким образом, исключают случайность и субъективизм, и посредством их мы получаем данные, на которых можно построить вполне беспристрастное суждение». В работе «Об испытании пряжи» были обобщены все основные применявшиеся тогда методы исследования нитей.

Лаборатория МВТУ сыграла большую роль в развитии русского текстильного материаловедения. В 1911-1912 гг. в этой лаборатории проводила исследования «Комиссия по переработке описаний, условий приемки и всех кондиций поставки тканей в интендантство», возглавлявшаяся проф. С. А. Федоровым. При этом были проведены многочисленные испытания тканей и уточнены методы этих испытаний. Указанные исследования были опубликованы в работе проф. Н. М. Чиликина «Об испытании тканей», напечатанной в 1912 г. С 1915 г. этот ученый начал в МВТУ чтение особого курса «Материаловедение волокнистых веществ», явившегося первым в России вузовским курсом по текстильному материаловедению. В 1910-1914 гг. в МВТУ был проведен ряд работ выдающимся русским уче- ным-текстилыциком проф. Н. А. Васильевым. Среди них были исследования по оценке методов испытания пряжи и тканей. Глубоко понимая значение испытаний свойств материалов для практической работы фабрики, этот замечательный ученый писал: «Испытательная станция должна быть также одним из отделов фабрики, не добавочной каморкой с двумя-тремя аппаратами, а отделом, оборудованным всем необходимым для успешного контролирования производства, с целесо-

образными аппаратами, по возможности автоматически испытывающими образцы и ведущими записи, и наконец, должна иметь заведующего, могущего не только поддерживать все устройства в состоянии постоянной надлежащей работоспособности, но и систематизировать полученные результаты сообразно преследуемым целям. От такой постановки дела испытаний производство, конечно, только выиграет». Эти замечательные слова следует всегда помнить инженерам-техноло- гам текстильного производства.

В 1889 г. в России организовалось первое научное общество текстильщиков, получившее название «Общество для содействия улучшению и развитию мануфактурной промышленности». В «Известиях» общества, издававшихся под редакцией Н. Н. Кукина, был напечатан ряд работ по изучению свойств текстильных материалов, в частности работы инженера А. Г. Разуваева. В период 1882-1904 гг. этот исследователь провел многочисленные испытания различных тканей. Результаты этих испытаний были обобщены в его работе «Исследование сопротивления волокнистых веществ». А. Г. Разуваев и австрийский инженер А. Розенцвейг были первыми текстильщиками, одновременно (1904 г.) впервые применившими методы математической статистики к обработке результатов испытаний текстильных материалов.

В 1914 г. выдающийся педагог и крупный специалист в области испытаний текстильных материалов проф. А. Г. Архангельский выпустил книгу «Волокна, пряжи и ткани», ставшую первым систематическим руководством на русском языке, в котором описывались свойства этих материалов. Большое значение для развития русского материаловедения имели работы и курсы, читавшиеся в конце XIX - начале XX в. в различных товароведно-экономических высших и средних учебных заведениях Москвы профессорами Я. Я. Никитинским и П. П. Петровым и др. Широкое использование в учебном процессе сведений о текстильных материалах позволяло говорить о достаточно большом накопленном опыте изучения их строения и свойств.

В 1919 г. в Москве на базе прядильно-ткацкого училища был организован текстильный техникум, который 8 декабря 1920 г. был приравнен к высшему учебному заведению и преобразован в Московский практический текстильный институт. История этого высшего учебного заведения началась еще в 1896 г., когда на торго- во-промышленном съезде во время Всероссийской выставки в Нижнем Новгороде было принято решение организовать в Москве школу при Обществе для содействия улучшению и развитию мануфактурной промышленности. В соответствии с данным решением в Москве было открыто прядильно-ткацкое училище, существовавшее с 1901 по 1919 г.

Чтение курса «Текстильное материаловедение» осуществлялось уже с первых лет образования Московского текстильного института (МТИ). Одним из первых преподавателей текстильного материаловедения был проф. Н. М. Чиликин. В 1923 г. в институте доц. Н. И. Слобожаниновым была создана лаборатория испытания текстильных материалов, а в 1944 г. - кафедра текстильного материаловедения. Организатором кафедры и ее первым заведующим был выдающийся ученый текстильщик-материаловед засл. деятель науки проф. Г. Н. Кукин (1907-1991 гг.)

В 1927 г. в Москве был создан первый в нашей стране Научно-исследователь- ский текстильный институт (НИТИ), в котором под руководством Н. С. Федорова развернула свою работу большая испытательная лаборатория «Бюро испытания текстильных материалов». Исследования НИТИ позволили улучшить методы испытания различных текстильных материалов. Так, проф. В. Е. Зотиковым, проф. Н. С. Федоровым, инж. В. Н. Жуковым, проф. А. Н. Соловьевым была создана отечественная методика испытания хлопкового волокна. Изучались строение хлопка, свойства шелка и химических нитей, механические свойства нитей, неровнота пряжи по толщине, широко применялись математические методы обработки результатов испытаний.

В конце 20-х - начале 30-х годов работы по текстильному материаловедению

в нашей стране получили практический выход, заключающийся в стандартизации текстильных материалов. В 1923-1926 гг. в МТИ под руководством проф.

Н. Я. Канарского были проведены исследования, связанные со стандартизацией шерсти. Проф. В. В. Линде и его сотрудники занимались стандартизацией шелкасырца. Были разработаны и утверждены первые стандарты на основные виды нитей, тканей и на другие текстильные изделия. С тех пор работы по стандартизации стали неотъемлемой частью материаловедческих исследований текстильных материалов.

В 1930 г. в Иванове был открыт Ивановский текстильный институт, отделившийся от Иваново-Вознесенского политехнического института, организованного

в 1918 г. и имевшего прядильно -ткацкий факультет. В этом же году в Ленинграде на базе Механико-технологического института им. Ленсовета (бывшего СанктПетербургского технологического института им. Николая I) для удовлетворения потребности отечественной текстильной промышленности в квалифицированных инженерных кадрах был создан Ленинградский институт текстильной и легкой промышленности (ЛИТЛП). Оба этих высших учебных заведения имели кафедры текстильного материаловедения.

В 1934 г. НИТИ был разделен на отдельные отраслевые институты: хлопчатобумажной промышленности (ЦНИИХБИ), промышленности лубяных волокон (ЦНИИЛВ), шерстяной промышленности (ЦНИИшерсти), шелковой (ВНИИПХВ), трикотажной промышленности (ВНИИТП) и др. Во всех этих институтах имелись испытательные лаборатории, отделы или лаборатории текстильного материаловедения, проводившие фундаментальные и прикладные исследования строения и свойств текстильных материалов, а также работы по их стандартизации.

Особенностью работ по текстильному материаловедению является то, что они носят самостоятельный характер и в то же время являются обязательными в науч- но-исследовательских работах инженеров-технологов текстильного и швейного производства. Это связано с получением новых текстильных материалов, совершенствованием технологии их переработки, введением новых видов обработки и отделки и т. п. Во всех этих случаях необходимы тщательное изучение свойств текстильных материалов, исследование влияния различных факторов на изменение свойств и показателей качества исходного сырья, полуфабрикатов и готовых текстильных изделий.

В первой половине XX в. была создана мощная база отечественного текстильного материаловедения, успешно решавшая различные задачи, которые стояли в то время перед текстильной и легкой промышленностью нашей страны.

Во второй половине XX в. развитие отечественного текстильного материаловедения получило новые качественные признаки и направления. Формировались научные школы ведущих ученых-текстильщиков-материаловедов. В Москве (МТИ) это профессора Г. Н. Кукин и А. Н. Соловьев, в Ленинграде (ЛИТЛП) - М. И. Сухарев, в Иваново (ИвТИ) - проф. А. К. Киселев. Начиная с 1950-х годов систематически один раз в четыре года проводились международные научнопрактические конференции по текстильному материаловедению, инициатором которых был заведующий кафедрой текстильного материаловедения МТИ проф. Г. Н. Кукин. В 1959 г. эта кафедра осуществила первый выпуск инженеров-техно- логов со специализацией «текстильное материаловедение». Позднее с учетом требований промышленности и экономической ситуации в стране в МТИ на кафедре текстильного материаловедения стали подготавливать инженеров-технологов по специализациям «метрология, стандартизация и управление качеством продукции». Инженеры-материаловеды становились дипломированными специалистами широкого профиля по качеству текстильных материалов. Аналогичная работа проводилась и на кафедрах материаловедения ЛИТЛП в Ленинграде и ИвТИ

в Иванове. Эти тенденции нашли отражение в работах отделов и лабораторий материаловедения отраслевых научно-исследовательских институтов текстильной и легкой промышленности. Начиная с 1970-х годов существенно увеличился объем материаловедческих работ по стандартизации и управлению качеством текстильных материалов, стали широко применяться методы теории надежности и квалиметрии.

Конец XX в. внес существенные изменения в развитие отечественного текстильного материаловедения. Переход страны на новые формы экономического развития, резкий спад производства в текстильной и легкой промышленности, значительное снижение государственного финансирования науки и образования привели к существенному замедлению темпов развития материаловедческих работ в отраслевых НИИ текстильной и легкой промышленности и на кафедрах материаловедения соответствующих высших учебных заведений, но появилось новое содержание работ по текстильному материаловедению.

Текстильное материаловедение конца XX - начала XXI в. - это автоматические и полуавтоматические испытательные приборы с программным управлением на базе ПК, включая испытательные комплексы типа «Spinlab» для оценки показателей качества хлопкового волокна; это фундаментальные и прикладные комплексные исследования традиционных и новых текстильных материалов, в том числе ультратонких волокон органического и неорганического происхождения, сверхпрочных нитей технического и специального назначения, композиционных материалов, армированных текстилем, так называемых «умных и думающих» (smart) тканей, которые могут изменять свои свойства в зависимости от температуры тела человека или окружающей среды, и многое, многое другое.

Футурологи считают XXI в. веком текстиля как одного из обязательных компонентов комфортной жизни человека. Поэтому можно предположить появление в XXI в. большого разнообразия принципиально новых текстильных материалов, успешная переработка и эффективное использование которых потребуют глубоких материаловедческих исследований.

Развитие текстильного материаловедения, безусловно, базируется на последних достижениях фундаментальных наук, упомянутых выше. В то же время в отдельных публикациях отмечается, что исследования текстильных материалов определили некоторые направления современной науки. Например, считают, что изучение аминокислот кератина волокон шерсти послужило основанием для развития исследований ДНК и генной инженерии. Работа английского материаловеда К. Пирса по изучению влияния зажимной длины на характеристики прочности хлопчатобумажной пряжи (1926 г.) сформировала современную статистическую теорию прочности различных материалов, получившую название «теории слабейшего звена». Контроль и ликвидация обрывности текстильных нитей в технологических процессах текстильного производства были практической основой развития математических методов статистического контроля и теории массового обслуживания и др.

Подробно и детально развитие текстильного материаловедения описано Г. Н. Кукиным, А. Н. Соловьевым и А. И. Кобляковым в их учебниках, в которых дается анализ развития текстильного материаловедения не только в России и в бывших республиках СССР,

но и в странах Европы, в США и в Японии.

Работы по материаловедению будут находить все большее практическое применение в стандартизации, контроле, технической экспертизе, сертификации текстильных материалов и управлении их качеством.

1.2. СВОЙСТВА И ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Текстильные материалы - это прежде всего текстильные волокна и нити, изготовленные из них текстильные изделия, а также получаемые в процессах текстильного производства различные промежуточные волокнистые материалы - полуфабрикаты и отходы.

Текстильное волокно - протяженное тело, гибкое и прочное, с малыми поперечными размерами, ограниченной длины, пригодное для изготовления текстильных нитей и изделий.

Волокна могут быть натуральными, химическими, органическими и неорганическими, элементарными и комплексными.

Натуральные волокна образуются в природе без непосредственного участия человека. Иногда их называют природными волокнами. Они бывают растительного, животного происхождения и из минералов.

Натуральные волокна растительного происхождения получают из семян, стеблей, листьев и плодов растений. Это, например, хлопок, волокна которого образуются на семенах растения хлопчатника. Волокна льна, конопли (пенька), джута, кенафа, рами залегают в стеблях растений. Из листьев тропического растения агавы получают волокно сизаль, а из абаки - так называемую манильскую пеньку - манилу. Из плодов кокоса аборигены получают волокно койр, используемое в кустарных текстильных изделиях.

Натуральные волокна растительного происхождения еще называют целлюлозными, так как все они состоят в основном из природного органического высокомолекулярного вещества - целлюлозы.

Натуральные волокна животного происхождения образуют волосяной покров различных животных (шерсть овец, коз, верблюдов, лам и др.) или выделяются насекомыми из специальных желез. Например, натуральный шелк получают от тутовых или дубовых шелкопрядов на стадии развития гусеница - куколка, когда они завивают вокруг своего тела нити, образующие плотные оболочки - коконы.

Волокна животного происхождения состоят из природных органических высокомолекулярных соединений - фибриллярных белков, поэтому их еще называют белковыми или «животными» волокнами.

Натуральное неорганическое волокно из минералов - это асбест, получаемый из минералов группы серпентинов (хризотиласбест) или амфиболов (амфибол-асбест), которые при переработке способны расщепляться на тонкие гибкие и прочные волокна длиной 1...18 мм и более.

В настоящее время в мире производится около 27 млн т натуральных волокон. Рост объемов производства этих волокон объективно ограничен реальными ресурсами природной среды, которые оцениваются в 30...35 млн т ежегодно. Поэтому постоянно увеличивающаяся потребность в текстильных материалах, которая сегодня составляет 10... 12 кг на человека в год, будет удовлетворяться преимущественно за счет химических волокон.

Химические волокна изготовляют при непосредственном участии человека из природных или предварительно синтезированных веществ путем проведения химических, физико-химических и других процессов. В англоязычных странах эти волокна называют man made, т. е. «сделанные человеком». Основным веществом для изготовления химических волокон являются волокнообразующие полимеры, поэтому их иногда называют полимерными.

Различают искусственные и синтетические химические волокна. Искусственные волокна изготовляют из веществ, которые есть в природе, а синтетические - из материалов, которых в природе нет и которые предварительно синтезируют теми или иными способами. Например, искусственное вискозное волокно получают из природной целлюлозы, а синтетическое капроновое волокно - из капролактама полимер;"., получаемого путем синтеза из продуктов нефтеперегонки.

Химические волокна группируют и иногда называют по виду высокомолекулярного вещества или соединения, из которых их получают. В табл. 1.1 приведены наиболее распространенные из них, там же даны принятые в различных странах некоторые наименования химических волокон и их условные обозначения.

Химические волокна для переработки, в том числе в смеси с натуральными волокнами, разрезают или разрывают на отрезки определенной длины. Такие отрезки называются штапельными и обозначаются символом F, а в зависимости от назначения делятся на типы: хлопчатобумажные (Ы), шерстяные (wt), льняные (И), джутовые (jt), ковровые (tt) и меховые (pt). Например, полиэфирное штапельное волокно льняного типа имеет обозначение PE-F-lt.

Высокомолекулярные вещества и соединения

Полиэфирные

Полипропиленовые

Полиамидные

		Т а б л и ц а 1.1
	Наименование волокон	Условное
		обозначение
	Лавсан (Россия), элана (Польша),
	дакрон (США), терилен (Великобрита-
	ния, Германия), тетлон (Япония)
	Меркалон (Италия), пропен (США),
	проплан (Франция), ульстрон (Вели-
	кобритания), холстлен (Германия)
	Капрон (Россия), капролан (США),
	стилон (Польша), дедерон, перлон
	(Германия), амилан (Япония), нейлон
	(США, Великобритания, Япония и др.)

Полиакрилонитр ильные

Поливинилхлоридные, поливинилиденхлоридные Целлюлозные

Нитрон (Россия), дралон, предана
(Германия), анилана (Польша), акри-
лон (США), кашмилон (Япония)
Хлорин (Россия), саран (США, Be-
ликобритания, Япония, Германия)
Вискозное (Россия), виллана, данулон
(Германия), вискон (Польша), виско-
лон (США), дайафил (Япония)
Ацетатное (Россия), фортейнез (США,
Великобритания), риалин (Германия),
миналон (Япония)

Химические волокна в большинстве своем органические, но могут быть и неорганические, например стеклянные, металлические, керамические, базальтовые и т. п. Как правило, это волокна технического и специального назначения.

Различают элементарные и комплексные текстильные волокна. Элементарное волокно - это первичное одиночное волокно, не делящееся вдоль оси на мелкие отрезки без разрушения самого волокна.Комплексное волокно - волокно, состоящее из элементарных волокон, склеенных между собой или связанных межмолекуляр-

ными силами.

Примерами комплексных волокон являются лубяные растительные волокна (лен, пенька и др.) и минеральное волокно асбест. Иногда комплексные волокна называют техническими, так как их разделение на элементарные происходит при технологических процессах их переработки.

Мировое производство химических волокон бурно развивается. Возникнув в начале XX в., только в период 1950-2000 гг. оно выросло с 1,7 млн т до 28 млн т, т. е. более чем в 16 раз.

Волокна являются исходным сырьем для изготовления текстильных нитей и изделий.

Подробная классификация текстильных нитей и изделий, особенности их строения, основные этапы получения и свойства даны в гл. 3 и 4.

Рассмотрим свойства и показатели качества текстильных материалов.

Свойства текстильных материалов - это объективная особенность текстильных материалов, проявляющаяся при их получении, переработке и эксплуатации.

Свойства основных видов текстильных материалов подразделяют на следующие группы.

Свойства строения и структуры - строение и структура веществ, образующих текстильные волокна (степень полимеризации, кристалличности, особенности надмолекулярной структуры и т. п.), а также структура и строение самих волокон (порядок расположения микрофибрилл, наличие или отсутствие оболочки, канала у волокон и т. п.). Для нитей это взаимное расположение составляющих их волокон и элементарных нитей, определяемое круткой пряжи и нитей. Строение и структура тканей характеризуются переплетением составляющих ее нитей, их взаимным расположением и числом в элементе структуры тканей (фазы строения тканей, плотность по основе и утку и т. п.).

Геометрические свойства определяют размеры волокон и нитей (длину, линейную плотность, форму поперечного сечения и т. п.), а также размеры тканей и штучных изделий (ширину, длину, толщину и т. п.).

Механические свойства текстильных материалов характеризуют их отношение к действию различно приложенных к ним сил и деформаций (растяжение, сжатие, кручение, изгиб и т. п.).

В зависимости от способа осуществления испытательного цикла «нагрузка - разгрузка - отдых» характеристики механических свойств текстильных волокон, нитей и изделий подразделяются на полуцикловые, одноциюговые и многоцикловые. Полуцикловые характеристики получают при осуществлении части испытательного цикла - нагрузки без разгрузки или с разгрузкой, но без последующего отдыха. Эти характеристики определяют отношение материалов к однократному нагружению или деформированию (например, растяжением материала до разрушения определяется разрывная нагрузка). Одноцикловые характеристики получают в процессе осуществления полного цикла «нагрузка - разгрузка - отдых». Они определяют особенности прямой и обратной деформации материалов, их способность сохранять начальную форму и т. п. Многоцикловые характеристики получают в результате многократного повторения испытательного цикла. По ним можно судить об устойчивости материала к многократным силовым воздействиям или деформациям (стойкости к многократному растяжению, изгибу, стойкости к истиранию и т. п.).

Физические свойства - это масса, гигроскопичность, проницаемость текстильных материалов. Физическими свойствами являются также тепловые, оптические, электрические, акустические, радиационные и другие свойства текстильных волокон, нитей и изделий.

Химические свойства определяют отношение текстильных материалов к действию различных химических веществ. Это, например, растворимость волокон в кислотах, щелочах и т. п. или устойчивость к их действию.

Свойства материалов могут быть простыми и сложными. Сложные свойства характеризуются несколькими простыми свойствами. Примерами сложных свойств текстильных материалов являются усадка волокон, нитей и тканей, износостойкость текстильных изделий, прочность окраски и т. п.

В особую группу следует выделить свойства, определяющие внешний вид текстильных материалов, например цвет ткани, чистота и отсутствие посторонних включений у текстильных волокон, отсутствие пороков внешнего вида у нитей и тканей и т. п.

Одной из важных характеристик свойств текстильных материалов является их однородность или равномерность.

В товароведении текстильной продукции свойства подразделяют на функциональные, потребительские, эргономические, эстетические, социально-экономические и др. Такое подразделение основано главным образом на требованиях, предъявляемых к текстильным товарам потребителем.

Свойства текстильных материалов следует отличать от требований к ним, выражаемым через показатели качества.

Показатели качества - это количественная характеристика одного или нескольких свойств текстильного материала, рассматриваемая применительно к определенным условиям его получения, переработки и эксплуатации.

Существует общая классификация групп показателей качества. Группа показателей назначения характеризует свойства, определяющие правильность и рациональность использования материала и обусловливающие область его применения. К этой группе относят: классификационные показатели, например усадку тканей после стирки, в зависимости от которой ткани подразделяются на безусадочные, малоусадочные и усадочные; показатели функциональной и технической эффективности, например эксплуатационные показатели качества тканей; конструктивные показатели, например линейную плотность нитей, ширину ткани и т. п.; показатели состава и структуры, например волокнистый состав, крутку

нитей, плотность ткани по основе и утку и т. п.

Показатели надежности характеризуют безотказность, долговечность и сохраняемость во времени свойств материала в заданных пределах, обеспечивающих его эффективное использование по назначению. К этой группе относятся такие показатели качества текстильных материалов, как устойчивость к истиранию, многократным деформациям, прочность окраски и т. п.

Эргономические показатели учитывают комплекс гигиенических, антропометрических, физиологических и психологических свойств, проявляющихся в системе человек - изделие - среда. Например, воздухопроницаемость, паропроницаемость и гигроскопичность тканей.