1.2. Основные характеристики свойств волокон

 
  Свойство это объективная особенность продукции, которая проявляется при ее создании, эксплуатации или потреблении. Различают качественные и количественные характеристики (признаки) свойств, имеющие размерность. Показатель (параметр) – количественное (численное) выражение характеристики свойств продукции.
  Текстильные волокна характеризуются геометрическими, механическими, физическими и химическими свойствами.
  Геометрические свойства. Основными геометрическими свойствами волокон являются длина, толщина и формы поперечного сечения и продольной оси, которые имеют соответствующие характеристики.
  Длина волокна L, мм, – расстояние между концами распрям ленного волокна. Измеряется в миллиметрах, сантиметрах. От длины волокна зависит выбор способа прядения, а также толщина и прочность полученной пряжи. Из длинных волокон вырабатывается более тонкая и гладкая пряжа, а из коротких более толстая и пушистая [4].
  Единица линейной плотности, выраженная в миллиграммах/метр или граммах/километр, принята как международная и называется текс (Т). При расчете линейной плотности волокон используют единицу миллитекс – это размерность миллиграмм/километр.
Линейная плотность Т, – текс, выражается массой единицы длины волокна и определяется по формуле:

Т = m / L, (1.1)

где m – масса волокна, мг; L – длина волокна, м.

  Если длина волокна L измеряется в метрах, то Т (текс) определяют по формуле:
 

T = 1000 m / L , (1.2)

где m – масса, г; L – длина, м.
  В системе текс наблюдается прямо пропорциональная зависимость между толщиной волокна и линейной плотностью, чем толще волокно, тем больше текс [11].
  Высота волокна Н, мм – расстояние между концами не распрямленного волокна.
  Протяженность волокон – это отношение высоты волокна к его длине.
  Площадь поперечного сечения S, мм2, также является характеристикой толщины волокна или нити и рассчитывается по формуле:

S = 0,001T / γ, (1.3)

где γ – плотность вещества волокна, мг/мм3

.Если принять поперечное сечение волокна близким к круглой форме, можно определить его условный диаметр dусл , мм, который определяется по формуле:

dусл = 0,0357 корень (T/y) (1.4)

  Продольная форма волокна характеризуется извитостью – числом витков на 1 см длины, подсчитанной при натяжении, соответствующем массе 10 м волокна.
  Удлинение, возникающее в момент разрыва волокон, называется разрывным. Упругое и эластическое удлинение образует обратимую часть полного удлинения, пластическое удлинение – необратимую часть.
  Механические свойства. Механические свойства волокон проявляются при приложении внешних сил, среди которых растягивающие и изгибающие силы имеют наибольшее значение. При приложении растягивающего усилия до полного разру шения волокна определяют следующие характеристики.
  Разрывное усилие (нагрузка) Рр , сН (сотые доли Ньютона) (rс), – наибольшее усилие, испытываемое волокном к моменту его разрыва. Разрывной нагрузкой характеризуется прочность волокон.
  Разрывное напряжение σр , МПа, характеризует разрывную нагрузку, приходящуюся на единицу площади поперечного сечения; оно определяется по формуле:

σр = 0, 01 Рр / S. (1.5)

  Удельное разрывное усилие (нагрузка) Ру , сН / текс (гс / текс), характеризует разрывную нагрузку, приходящуюся на единицу толщины:

Pу = Pр / T. (1.6)

  При приложении растягивающей нагрузки волокно деформируется, изменяя свои размеры. Деформация оценивается следующими характеристиками.
  Абсолютное разрывное удлинение lр , мм, показывает увеличение длины волокна к моменту разрыва:

lp = Lp – Lo , (1.7)

где Lp – длина образца к моменту разрыва, мм; Lo – начальная длина образца волокна, мм.

Относительное разрывное удлинение εр , %, показывает, какую часть от первоначальной длины образца составляет его абсолютное удлинение к моменту разрыва:

εр = 100 lр / Lo . (1.8)

  При приложении растягивающих усилий меньше разрывных и последующей разгрузке и отдыхе определяют полную деформацию и ее составные части (компоненты).
  Полная деформация εпол , %,– деформация, которую приобретает волокно к концу периода нагружения. Полная деформация (удлинение) волокна, возникающая под действием нагрузки близкой к разрывной (без доведения волокна до разрыва).
  Упругая деформация εу , %, – часть полной деформации, кото рая практически мгновенно (за десятитысячные доли секунды) исчезает при прекращении действия внешней силы. Она является следствием действия небольших изменений средних расстояний между звеньями и атомами макромолекул при сохранении связей между ними.
  Эластическая деформация εэ , %, – часть полной деформации, которая возникает при нагружении и исчезает после разгрузки постепенно. Она связана с перегруппировкой и изменением кон фигурации макромолекул, что, как известно, протекает во време ни с различной скоростью.
  Эластичность волокна показывает, какую долю в полной деформации составляет ее обратимая часть; чаще всего она выража ется в процентах.
  Пластическая деформация εп , %, – неисчезающая часть полной деформации. Она обусловлена необратимыми смещениями струк турных элементов волокон и отдельных макромолекул, а также возможным
разрывом макромолекул под действием внешних сил.
  Упругая деформация и часть эластической деформации с очень высокой скоростью проявления составляют быстро обратимую компоненту полной деформации, пластическая и часть эластической с очень малой скоростью исчезновения – остаточную компонен ту, остальная часть деформации – медленнообратимую.
  От соотношения упругого, эластического и пластического удлинения, которыми обладает волокно, зависит степень сминаемости текстильных изделий, их способность сохранять форму [4].
  Физические свойства. К основным физическим свойствам волокон относятся гигроскопические, термические свойства, устойчивость к светопогоде и др. Гигроскопические свой ства – способность текстильных волокон к поглощению влаги – оцениваются фактической, кондиционной, максимальной влаж ностью.
  Фактическая влажность Wф , %, показывает, какую часть от массы сухого волокна составляет влага, содержащаяся в нем при данных атмосферных условиях:

Wф = 100 · (т – тс ) / mс , (1.9)

  где m и mс – соответственно масса, г, волокна до и после сушки до постоянной массы.

  Кондиционная влажность Wк , %, – влажность волокна при нормальных атмосферных условиях (температуре воздуха 20 °С и относительной влажности воздуха 65 %).
  Максимальная влажность (гигроскопичность) W100 – это влаж ность волокна при относительной влажности воздуха, близкой к 100%, и температуре 20 °С.
  Гигроскопические свойства входят в группу гигиенических свойств.
  Гигиенические свойства волокон – это свойство, способствующее сохранению здоровья. Гигиенические свойства волокон характеризуются в основном показателями гигроскопичности и воздухопроницаемости, а так же их теплозащитными свойствами. Гигиенические свойства волокон зависят от молекулярной структуры волокнообразующих полимеров (химического состава) и морфологического строения волокон. Натуральные волокна имеют более высокие показатели гигиенических свойств, чем химические [14].
  Воздухопроницаемость – способность волокон пропускать воздух.
  В процессе жизнедеятельности организма с поверхности кожи выделяются углекислый газ, пот и различные вредные вещества. Волокна для изготовления одежды и особенно бельевых изделий должны обладать хорошей гигроскопичностью и воздухопроницаемостью. Волокно, используемое для изготовления зимней одежды, должно
обладать высокими теплозащитными свойствами.
  Термические свойства волокон характеризуют их поведение при изменении температуры. Они оцениваются по изменению механических свойств волокон.
  Теплостойкость – максимальная температура нагрева, при которой наблюдаются обратимые изменения механических свойств волкон; с понижением температуры эти изменения исчезают. Теплостойкость характеризуется предельными температурами, которые выдерживает волокно без ухудшения свойств, она определяется при повышенной температуре.
  Термостойкость температура, выше которой происходят необра-тимые изменения в структуре и свойствах волокон. Термостойкость характеризуется температурами, при которых происходит ухудшение свойств волокон, она определяется после их охлаждения.
  Устойчивость к светопогоде характеризует способность волокон сопротивляться разрушающему действию света, кислорода воздуха, влаги и тепла. Обычно она оценивается по изменению показа телей основных механических свойств после длительных воздей ствий всех факторов светопогоды.
  Химические свойства волокон. Химические свойства волокон характеризуются их устойчивостью к действию кислот, щелочей и различных химических реагентов, которые используются при производстве текстильных материалов (например, в процессе отделки) и при эксплуатации изделий (стирка, химчистка и др.) [4].
  Значения показателей свойств различных текстильных волокон
приведены в табл. 1.1.