Текстильные нити. Виды нитей, их производство и строение

Для производства текстильных материалов используют пряжу, комплексные нити и мононити (монофиламентные нити).

Пряжей называют нить (ГОСТ 13784—94), состоящую из волокон ограниченной длины (штапельных), соединенных скручиванием. Комплексная нить (мультифиламент) состоит из двух или более элементарных нитей. Мононить (монофиламентная нить) представляет собой элементарную нить, пригодную для непосредственного использования в текстильных изделиях. Пряжа образуется из волокнистой массы в процессе прядения. Существует три основных способа прядения: кардное, гребенное и аппаратное.

Пряжа кардного прядения (кардная пряжа) является наиболее распространенной. Она вырабатывается из средневолокнистого хлопка и химических волокон. Процесс кардного прядения слагается из операций разрыхления и трепания, чесания, выравнивания и вытяжки, предпрядения и прядения. Хлопок поступает на фабрику в кипах. Спрессованная волокнистая масса здесь разрыхляется в специальных разрыхлительно-трепальных агрегатах на мелкие клочки и очищается от крупных примесей. Мелкие примеси и пыль удаляются сетчатыми барабанами, к которым хлопок подсасывается тягой воздуха. На кардочесальных машинах клочки хлопка расчесываются игольчатыми (кардными) поверхностями. Из прочесанного хлопка формируется жгут, называемый лентой. Ленты передаются на ленточные машины. Для выравнивания лент по толщине, а также при выработке смешанной пряжи из хлопка и химических волокон несколько лент соединяется в одну. В вытяжном аппарате полученная лента утоняется, волокна распрямляются и ориентируются вдоль ленты. В процессе предпрядения на ровничных машинах ленты вытягиваются, становясь тоньше. Для скрепления волокон между собой их слегка подкручивают, и образуется ровница. При окончательном прядении на кольцепрядильных машинах ровница утоняется вытяжным аппаратом до требуемой линейной плотности и, скручиваясь в пряжу, наматывается в форме початка на патрон, установленный на веретено. Кардная пряжа с кольцепрядильных машин состоит из относительно распрямленных и ориентированных волокон. Каждое волокно не лежит в одном слое пряжи, а переходит от центра к периферии и обратно, располагаясь по винтовым линиям переменного шага и радиуса. Участки волокон, находящиеся в наружных слоях пряжи, напрягаются сильнее, чем участки в центре, что создает неуравновешенность структуры пряжи.

Широко распространены безверетенные машины пневмомеханического прядения. Такие машины работают по принципу механического и аэродинамического воздействия на волокна. Пряжа пневмомеханического прядения по своей структуре отличается от пряжи кольцевого прядения. Плотность расположения волокон в сечении такой пряжи неодинакова: высокая плотность центрального слоя (сердечника), волокна в котором сжаты круткой, снижается к наружным слоям. Неравномерное распределение волокон в пряже приводит к снижению ее прочности.

Пряжа гребенного прядения (гребенная пряжа) вырабатывается из длинноволокнистого хлопка, льна, длинной тонкой полугрубой и грубой шерсти, а также из отходов шелководства, кокономотания, шелкокручения и шелкоткачества. По гребенной системе прядения волокна проходят наиболее длинный путь. После трепания и кардочесания волокна подготовляются к гребнечесанию, затем следуют сам процесс гребнечесания и снова выравнивание и вытяжка, предпрядение и прядение. Цель гребнечесания для всех волокон одна: удалить из волокнистой массы короткие волокна, распрямить и сориентировать длинные. Гребенная пряжа имеет наиболее правильную структуру. Волокна, тща тельно прочесанные, равномерно распределенные по длине и поперечному сечению, образуют плотную нить, равномерную по толщине, менее ворсистую, чем кардная. Так как в гребенной пряже волокна длиннее, чем в кардной, то соответственно больше и степень их закрепления. Поэтому прочность гребенной пряжи выше, чем кардной из волокон того же происхождения.

Пряжа аппаратного прядения (аппаратная пряжа) вырабатывается из коротковолокнистого хлопка, шерсти и добавляемых к ним химических волокон, а также отходов прядильного производства и регенерированных волокон (превращенных в волокнистую массу из лоскута). Большое распространение в аппаратном прядении имеет смешивание волокон разных видов. Процесс аппаратного прядения наиболее короткий. После разрыхления волокнистая масса поступает на чесание, которое осуществляется на двух или трех последовательно соединенных кардочесальных машинах. На последней кардочесальной машине прочес разделяется на полосы, которые скатываются (ссучиваются) в ровницу. Из ровницы на прядильных машинах образуется пряжа. Аппаратная пряжа наименее равномерна по толщине, волокна в ней почти не распрямлены и недостаточно ориентированы. Рыхлая слабо скрученная аппаратная пряжа придает изделиям из нее хорошие теплозащитные свойства.

По волокнистому составу пряжа может быть однородной и смешанной. Однородная пряжа состоит из волокон одной природы (хлопковых, шерстяных, льняных, химических одного вида), смешанная — из смеси разных по природе волокон. При соединении разноименных волокон их подбирают с таким расчетом, чтобы отрицательные качества одного волокна компенсировались положительными другого.

По строению различают пряжу однониточную, трощеную и крученую.

Трощеная пряжа состоит из двух или более продольно сложенных нитей, не соединенных между собой круткой. Трощеная пряжа широко распространена в трикотажном производстве. Однониточная пряжа образуется на прядильных машинах путем правого и левого скручиваний элементарных волокон. При вращении веретена или прядильной камеры по часовой стрелке образуется пряжа правой крутки Z (рис. 1а), при вращении против часовой стрелки — пряжа левой крутки S (рис. 1, б).

Рис.1 – Направления крутки пряжи

Крученая пряжа образуется на крутильных машинах и по способу кручения подразделяется на однокруточную, многокруточмую, фасонную, армированную, текстурированную и комбинированную.

Рис.2 – Строение комплексных нитей: а – одиночная нить; б – однокруточная нить; в – эластик; г – мэлан; д – аэрон

Однокруточная пряжа получается при скручивании двух или более нитей одинаковой длины. Она имеет гладкую поверхность. Однокруточная пряжа часто бывает недостаточно уравновешенной по крутке. Сматываясь с паковки, она может образовывать сукрутины и петли. Уравновешенную по крутке пряжу получают чередованием направлений прядильной и окончательной круток (Z/S или S/Z) при определенном соотношении их значений. При окончательной крутке в направлении, обратном направлению прядильной, составляющие нити раскручиваются до тех пор, пока не оказываются закрепленными витками повторной крутки. Благодаря этому, соединяясь, они образуют плотную нить округлой формы, равномерно заполненную волокнами. Располагаясь спиральными витками, составляющие нити огибают друг друга, в результате чего волокна приобретают дополнительное укрепление, пряжа — большую прочность, а изделия из нее — большую износостойкость.

Многокруточная пряжа получается в результате двух и более следующих друг за другом процессов кручения. Чаще всего соединяют две однокруточные нити, скручивая их в направлении, обратном направлению предварительной крутки.

Пряжа фасонной крутки (фасонная пряжа) состоит из сердцевинной нити, которую обвивает нагонная (эффектная) нить большей длины, чем сердцевинная. Нагонная нить может образовывать по длине сердцевинной нити равномерно расположенные спирали (рис. 3,а). Спиральный эффект может быть получен и скручиванием ровницы линейной плотности около 1000 текс с однониточной пряжей линейной плотности 25...30 текс (рис. 3,б). Прерывистый эффект образуется в узелковой пряже (рис. 3,в) с плотными равномерно распределенными круглыми или продолговатыми одноцветными или многоцветными (при нескольких нагонных нитях) узелками и в пряже эпонж (рис. 3,г) с неравномерными рыхлыми узелками. Фасонная пряжа из волокон всех видов широко используется при выработке платьевых, костюмных, пальтовых тканей и трикотажных полотен. Она позволяет получать эффектные материалы.

Армированная пряжа имеет сердечник (чаще всего из комплексных химических нитей), обвитый снаружи хлопковыми, шерстяными или штапельными химическими волокнами. Волокна наружного слоя должны быть прикреплены к сердечнику и не перемещаться вдоль него. Прочность прикрепления волокон наружного слоя определяется их длиной, прочностью, коэффициентом трения и величиной крутки.

Рис. 3. Строение фасонной пряжи: а — спиральной; б — спиральной, образованной кручением с ровницей; в — узелковой; г — эпонж

Текстурированная пряжа обладает увеличенным объемом, пористостью, пушистостью, мягкостью и высокой растяжимостью. Пряжа такой структуры может быть получена:

· путем укорочения высокоусадочных волокон;

· аэродинамическим способом, при котором пряжа поступает в пневмофорсунку, где подвергается воздействию турбулентных потоков воздуха, разрыхляющих ее структуру.

Комбинированная пряжа может быть эластичной и ворсистой. Эластичная пряжа образуется скручиванием стержневой комплексной синтетической нити с хлопковой или шерстяной мычкой. При последующей термообработке в термокамере, нагреваемой электрическим способом, стержневая нить усаживается. Скручиванием двух таких нитей получают комбинированную пряжу.

Ворсистая пряжа получается аэродинамическим способом. При воздействии на хлопковые или шерстяные волокна струей сжатого воздуха они перепутываются с комплексными синтетическими нитями, в результате чего создается пушистая пряжа повышенной объемности.

Непосредственно с заводов-изготовителей поступают первичные комплексные нити. Они состоят из параллельных или слабо скрученных элементарных нитей, переплетенных в процессе формирования с помощью сжатого воздуха. Такие нити имеют достаточно гладкую поверхность и напоминают обычную нить пологой крутки.

Нити вторичной крутки получают при скручивании двух и более первичных комплексных нитей. При скручивании комплексных нитей разного волокнистого состава образуется неоднородная комплексная нить. При скручивании комплексной нити с пряжей получают крученые комбинированные нити.

В зависимости от степени крутки различают нити пологой крутки (до 230 кр./м), используемые в трикотажном производстве, а также при выработке подкладочных и некоторых видов платьевых тканей, нити средней крутки — муслины (230...900 кр./м), применяемые в производстве платьевых тканей, и нити высокой крутки—крепы (1500...2500 кр./м). Нити высокой (креповой) крутки расширяют возможность получения структурных эффектов тканей, характеризуются жесткостью и упругостью, что снижает сминаемость тканей.

Нити фасонной крутки, как и пряжа, бывают со спиральными нитками, петлями, узелками и широко используются в шелковом ткачестве при выработке платьевых и костюмных тканей. Одной из разновидностей комплексных нитей фасонной крутки является мооскреп, представляющий собой нить креповой крутки, обвитую нитью пологой крутки, образующей мелкие петли. Из мооскрепа получают шерстоподобные ткани.

Текстурированные нити отличаются от гладких объемностью, рыхлостью и распушенностью. Благодаря извитости их поперечные размеры по сравнению с размерами составляющих их нитей значительно увеличены. Образовавшиеся между нитями воздушные прослойки улучшают теплозащитные свойства изделий из них. Текстурированные нити под действием внешних сил деформируются вследствие распрямления извитков. Устойчивая извитость заставляет их после снятия нагрузки быстро восстанавливать первоначальную форму. Согласно классификации, предложенной Ф.Х.Садыковой, текстурированные комплексные нити по своей структуре подразделяются на три вида: высокой (100 % и более), повышенной (до 100%) и обычной (до 30%) растяжимости.

К высокорастяжимым относятся нити, полученные методом вязания-распускания, и нити эластик. Методом вязания-распускания получают нити с плоской извитостью. Процесс их изготовления слагается из операций вязания трубчатой ленты, фиксации в изогнутом положении путем термообработки и распускания ленты.

Нити эластик образуются из двух полиамидных термопластичных нитей с высокой правой и левой круткой. После фиксации термообработкой спирального расположения витков нити раскручиваются, стращиваются и слегка скручиваются между собой. Образуется нить со спиральными извитками, отдельные из которых скручиваются и петляют (рис. 4, а).

К нитям повышенной растяжимости относятся мэрон из полиамидных нитей и мэлан, белан из полиэфирных нитей, имеющие спиральную извитость. Их получают способом, описанным для нитей эластик, но для уменьшения растяжимости подвергают дополнительной обработке в термокамере или автоклаве. Внешне нити мэрон и белан (рис. 4, б) мало отличаются от нитей эластик.

К нитям обычной растяжимости относится аэрон, получаемый аэродинамическим способом. Комплексная нить в ненатянутом состоянии подвергается действию турбулентных потоков, которые разделяют ее на отдельные элементарные нити. Изгибаясь, они образуют мельчайшие петельки, перепутывающиеся между собой (рис. 4, в).

Рис. 4. Текстурированные нити: а — эластик; б — мэлан и белан; в — аэрон

Комбинированные нити состоят из комплексных нитей и пряжи, или из мононитей и пряжи или из комплексных нитей, различающихся по химическому составу или структуре, или из различной по волокнистому составу и структуре пряжи.

Комплексные нити из натурального шелка могут быть получены путем склеивания и скручивания. При склеивании коконных нитей серицином при разматывании коконов образуется шелк-сырец. Крученый натуральный шелк может быть получен при одно- или двукратной крутке. Как и комплексные нити из химических волокон, крученый натуральный шелк бывает пологой крутки, средней крутки (муслин), высокой крутки (креп); при двукратном скручивании образуется основа.

Мононити могут быть разной толщины и иметь круглую, плоскую или профилированную форму поперечного сечения. Алюнит (люрекс) — ленточки шириной 1...2 мм из алюминиевой фольги с разноцветными (чаще под золото или серебро) покрытиями полиэфирной пленкой. Алюнит используется в тканях для декоративного эффекта. К его недостаткам относится небольшая прочность. Пластилекс — ленточки из полиэтиленовой пленки, на которые в вакууме нанесен распыленный металл. Пластилекс прочнее алюнита и обладает некоторой эластичностью. Метанит — металлизированные нити прямоугольного сечения. Из них вырабатывают платьевые и декоративные ткани с мерцающим блеском.

Основные характеристики строения и свойств текстильных нитей. К основным показателям свойств текстильных нитей относятся линейная плотность, разрывное усилие и разрывное удлинение, число кручений и коэффициент крутки, величина укрутки. Имеет также большое значение неравномерность показателей по перечисленным характеристикам.

Различают линейную плотность фактическую, номинальную, номинально-расчетную и нормальную.

Фактическую линейную плотность нитей Т_ф находят путем их взвешивания и последующих вычислений по формуле:

Тф = 1000Σm l n,

где 1000 — коэффициент для перевода метров в километры;

Σm — сумма масс отрезков нити, г;

l — длина отрезка нити, м;

п — число отрезков.

Линейная плотность запроектированной к выработке нити называется номинальной. По номинальной линейной плотности нити Т_н рассчитывают массу материала. Отклонение фактической линейной плотности нити от номинальной, %, определяют по формуле:

Т=100(Т_ф-Т_н)/ Т_н;.

Для некоторых расчетов необходимо знать диаметр нити. Зная линейную плотность нити (или ее номер), можно найти диаметр нити по формуле:

d = A√T/31,6.

Экспериментально найденные коэффициенты А приведены ниже.

Сырье Коэффициент А

Пряжа:

хлопчатобумажная............................................. 1,19... 1,26

льняная............................................................ 1,00... 1,19

шерстяная.......................................................... 1,26... 1,76

вискозная.................................................................. 1,26

капроновая........................................................ 1,19... 1,46

Нити комплексные вискозные............................ 1,03... 1,26

При скручивании нитей одной толщины номинально-расчетная линейная плотность нити определяется по формуле:

Т_р =Т_оn,

где Т₀ — линейная плотность одиночной нити, текс; п — число скручиваемых нитей.

При скручивании нитей различной толщины номинально-расчетная линейная плотность нити устанавливается по формуле:

Т_р=Т₁+Т₂+…+Т_n

Так как при скручивании составляющие нити располагаются спиральными витками, происходит укрутка, т.е. укорочение длины исходной нити. При этом из нитей длиной l₁ получается крученая нить длиной l₂. Величина укрутки U определяется по формуле:

U=100(l₁-l₂) / l₁

В результате укрутки линейная плотность нити возрастает. С учетом укрутки линейная плотность нити называется нормальной.

Крутка нитей определяется числом кручений (витков) периферийного слоя нити на единицу ее длины. При скручивании волокна или нити располагаются по винтовым линиям с заданным углом кручения. Чем больше угол кручения b, тем сильнее скручена нить. При одинаковом угле b число кручений на единицу длины толстой нити меньше, чем тонкой. Это наглядно видно на рис. 2.16, где схематически показаны развернутые витки периферийного слоя нити с диаметрами d₁ и d₂. Чем больше высота шага h₁, или h₂ тем меньше число кручений K на единицу длины нити.

Рис. 4. Схема развертывания витков периферийного слоя нити

Степень скручивания нитей разной линейной плотности Т характеризуется коэффициентом крутки. Коэффициент крутки α подсчитывается по формуле:

α=0,01К√Т,

где К — число кручений на 1 м нити.

При постоянной плотности нити δ_Н коэффициент крутки α пропорционален тангенсу угла кручения b. Угол кручения b является универсальной характеристикой крутки нитей любой линейной плотности Т и плотности нити δ_Н. Число кручений К определяется по формуле:

К=8911tg b √ δ_Н /Т.

В зависимости от назначения пряжи и комплексных нитей, а также свойств составляющих их волокон изменяется коэффициент крутки.

При пологой крутке нить получается менее прочной, но более мягкой, при высокой крутке - прочной и жесткой. Под действием радиальных напряжений, возникающих в процессе скручивания, волокна сжимаются плотнее, диаметр нити уменьшается, трение между волокнами растет и прочность пряжи повышается. Таким образом, с увеличением коэффициента крутки и угла кручения прочность пряжи увеличивается. Однако это происходит до определенного предела, называемого критической круткой. Дальнейшее скручивание приводит к падению прочности нити вследствие перенапряжения растянутых круткой волокон.

К основным характеристикам механических свойств нитей относятся разрывное усилие Рр — наибольшее усилие, сН, выдерживаемое нитью к моменту разрыва, и разрывное удлинение — приращение длины нити к моменту ее разрыва, выражаемое в абсолютных единицах или процентах. Для сопоставления прочности нитей различной толщины вводится понятие относительного разрывного усилия, приходящегося на единицу линейной плотности нити:

Ро=Рр/Т

Сопротивление нитей разрушающим усилиям определяется структурой и свойствами составляющих их волокон: молекулярной и надмолекулярной структурой полимеров, прочностью связей в молекулярных цепях и между ними, формой и длиной молекул, степенью их распрямленности и ориентацией относительно оси волокна, а также структурой самих нитей.

Прочность и удлинение комплексных нитей зависят в основном от механических свойств составляющих их элементарных нитей. Однако если элементарные нити неодинаково распрямлены и ориентированы, обладают различными прочностью и удлинением, то на отдельных участках нитей возникают перенапряжения, происходит ступенчатый разрыв, что значительно снижает прочность нитей.

В пряже волокна ограниченной длины удерживаются трением, поэтому прочность пряжи зависит не только от механических свойств и равномерности волокон, но и от вида их поверхности, формы и длины, степени ориентированности, распрямленности и закрепления волокон в пряже круткой. При обрыве пряжи разрывается только часть волокон, остальные растаскиваются. Прочность волокон в кардной пряже используется на 40..50%, в аппаратной – на 20..30%. Этим в значительной степени объясняется большая прочность комплексных нитей, чем пряжи. Показатели разрывных характеристик пряжи и нитей (по данным Ф.Х. Садыковой) приведены в табл. 1.

Таблица 1 - Показатели разрывных характеристик пряжи и нитей

Сырье	Относительное усилие, сН/текс	Разрывное удлинение, %
Пряжа: хлопчатобумажная льняная шерстяная аппаратная шерстяная гребенная вискозная Комплексные нити: шелк-сырец вискозные ацетатные капроновые Текстурированные нити: эластик (капроновый) мэрон (капроновый)	10...16 15...20 3...3.5 5...7 8...10 30...35 15...18 14...15 38...45 9...16 30...32	6,5 170...290

Контрольные вопросы

Дайте классификацию текстильных волокон и нитей.
Какие волокна относятся к натуральным?
Какие волокна относятся к искусственным?
Какие надмолекулярные структуры волокнообразующих полимеров вам известны?
Назовите основные характеристики свойств волокон и нитей.
Какие единицы измерения линейной плотности вы знаете?
Что такое кондиционная влажность?
Назовите натуральные волокна, основой которых является целлюлоза.
Назовите натуральные волокна, основой которых являются белки.
Как по характеру строения подразделяются шерстяные волокна?
Назовите основные этапы получения химических волокон и нитей.
Какие разновидности гидратцеллюлозных волокон вам известны?
В чем особенности строения ацетилцеллюлозных волокон?
Какие полимеры используются для производства синтетических волокон?
Какие способы прядения вам известны?
Чем характеризуется степень скручивания нитей?
Что такое относительное разрывное усилие?