2.3 Физико-механические свойства волокна

К физико-механическим свойствам хлопкового волокна относятся: линейная плотность (толщина), длина, прочность, удлинение и упругость, сопротивление истиранию, изгибу, сжатию, кручению и скольжению волокна по волокну, гигроскопичность, цвет, электро- и теплопроводность.

Линейная плотность—одно из важнейших свойств волокна. Эта величина показывает, какую массу имеет волокно определенной длины. Измеряется линейная плотность в единицах, называемых тексом.

Текс — это масса в граммах, отнесенная к 1 км волокна (пряжи), или в миллиграммах на 1 м (г/км, мг/м).

Линейная плотность волокна определяет, в конечном счете его поперечные размеры.

Чем больше площадь поперечного сечения волокна, тем больше его линейная плотность. Плотность вещества хлопка составляет 1,5 г/см³.

Линейная плотность волокон имеет очень большое значение. Прочность пряжи, изготовленной из волокон, зависит от прочности самих волокон и от сил трения между ними. А эти силы будут тем больше, чем больше контактов между волокнами в поперечном ее сечении, что в свою очередь зависит от количества волокон. Следовательно, чем тоньше волокна, т. е. чем меньше их линейная плотность, тем больше их будет в поперечном сечении данной пряжи и тем прочнее будет пряжа. С другой стороны, чем тоньше волокна, тем более тонкую пряжу с нормальной прочностью можно из них получить.

Длинна волокна — тоже очень важная характеристика хлопка, определяющая его качество. Чем длиннее волокно, тем больше оно соприкасается с другими волокнами в пряже и тем труднее их растащить. Следовательно, из длинных волокон можно получить более прочную пряжу одной и той же линейной плотности или, с другой стороны, из более длинных волокон можно получить более тонкую пряжу с нормальной прочностью. В данном случае речь идет о некоей отвлеченной длине волокна.

Прочностью волокна называется его способность противостоять растягивающим усилиям. Для оценки прочности пользуются величиной разрывной нагрузки, т. е. наибольшим усилием, выдерживаемым волокном до разрыва. Разрывная нагрузка волокна определяется на динамометрах типа ДШ-ЗМ2.

Для сравнения прочности волокон разной линейной плотности используют не абсолютную, а относительную прочность. Для этого разрывную нагрузку необходимо отнести к единице площади поперечного сечения волокна или его линейной плотности. Для оценки относительной прочности волокон пользуются величиной разрывной длины волокна, т. е. такой длины, при которой масса волокна равна численно его разрывной нагрузке.

Для оценки качества хлопковых волокон как сырья для производства пряжи большое значение имеет равномерность его основных свойств.

Равномерность волокон имеет большое значение для производства пряжи, так как чем равномернее волокна, тем легче выработать из них равномерную пряжу, что в свою очередь в значительной степени определяет производительность процессов ее переработки и качество вырабатываемых тканей.

Важными свойствами волокон являются также удлинение и упругость. При приложении к волокну растягивающих усилий оно удлиняется, т. е. получает деформацию.

Различают два вида деформации: обратимую, которая в свою очередь включает упругую и эластическую, и необратимую, или пластическую.

Упругое удлинение (упругость) связано с небольшими изменениями расстояний между частицами полимеров, составляющих волокна, и немедленно исчезает после снятия нагрузки.

Эластическое—это такое удлинение (деформация), которое исчезает после снятия нагрузки не сразу, а с течением времени.

Пластическое (остаточное) удлинение не исчезает и после снятия нагрузки. Эластическое удлинение связано с изменением конфигурации и перегруппировкой макромолекул полимеров волокон. Пластическое удлинение вызывается тем, что между звеньями макромолекул происходят необратимые смещения на сравнительно большие расстояния.

Удлинение волокон и особенно упругое является очень ценным свойством. Чем больше удлиняется волокно при данной нагрузке, тем лучше оно выдерживает внезапные ударные воздействия. Чем больше упругое удлинение волокна, тем лучше волокно выдерживает многократные нагрузки и тем дольше сохраняют свой вид и свойства изделия из него.

Большое значение также имеют такие механические свойства волокон, как сопротивление истиранию, сжатию, изгибу и скольжению одного волокна по другому. Сопротивляемость волокон истирающим воздействиям важна по двум причинам. Во-первых, пряжа, изготовленная из волокон с большей сопротивляемостью к истиранию, будет лучше перерабатываться в ткань на ткацком станке, где она подвергается многочисленным истирающим воздействиям. Во-вторых, изделие (ткань) из таких волокон будет иметь больший срок носки.

Сопротивляемость сжатию имеет значение для транспортировки хлопка, так как рыхлая масса его прессуется в кипы.

Сопротивляемость волокон скольжению определяется их поверхностью и формой самих волокон. Другими словами, сопротивление скольжению зависит от коэффициента трения и цепкости волокон. Чем больше эти величины, тем большую силу надо приложить, чтобы растащить волокна в пряже. Следовательно, при разрыве пряжи она разорвется только тогда, когда разорвутся волокна. Если бы волокна были совершенно гладкими, т. е. между ними не возникали силы трения, то из них невозможно было бы получить пряжу.

Хлопковое волокно обладает сравнительно большим коэффициентом трения и большой цепкостью. Поэтому из хлопка получается пряжа высокого качества самых различных линейных плотностей. Взаимному сцеплению хлопковых волокон способствует их извитость, которая у зрелых волокон достигает в среднем 70—100 извитков на 1 см.

Из физических свойств волокон наиболее важными являются гигроскопичность, цвет, тепло- и электропроводность.

Гигроскопичность — это свойство материала изменять содержание влаги в зависимости от влажности и температуры окружающей среды. Волокна содержат определенное количество влаги. При увеличении влажности воздуха или повышении его температуры влажность волокон повышается, и наоборот. Если волокно обладает таким свойством, то оно гигроскопично. Это замечательное свойство волокон в значительной степени определяет гигиенические и эксплуатационные свойства тканей.

Теплопроводность хлопкового волокна низкая и она тем ниже, чем рыхлее масса. Это свойство, в частности, используется для изготовления хлопчатобумажного ватина.

В сухом виде хлопковое волокно имеет низкую электропроводность, что позволяет использовать хлопчатобумажные ткани в качестве изоляции. При увеличении влажности электропроводность повышается. При механических воздействиях на хлопок возникают электростатические заряды, которые затрудняют его переработку. Поэтому на фабриках ведется борьба с этим явлением.