Волокна растительного происхождения.

Основным веществом, слагающим волокна растительного происхождения, является α - целлюлоза, которая относится к классу высших углеводов. Это твердое, трудно растворимое вещество. Структурная формула целлюлозы (С₆Н₁₀ОН)n. Коэффициент полимеризации у хлопка n=5±6 тысяч, у льна n= 20±30 тысяч. Кроме целлюлозы в растительных волокнах содержаться жировосковые и красящие вещества, лигнин и др.

К натуральным волокнам растительного происхождения относят: лен, хлопок, пеньку, джут, кенаф, ваточник, канатник, кендырь, волокна абаки, ананаса, генекена, рами, сизаля, сесбании, сиды, юкки, кокосовой пальмы, капок.

Лубяными называют волокна, которые содержаться в стеблях, листьях или плодах растений. Их подразделяют на:

- тонкие стеблевые (лен, рами, кендырь), из них вырабатывают тонкие и средние бытовые, мешочные и технические ткани;

- грубые стеблевые (пенька, джут, кенаф), из них вырабатывают грубые тарные ткани и крученые изделия (веревки, канаты);

- жесткие листовые (манила, сизаль, генекен, драцена, юкка), из них вырабатывают крученые изделия (морские канаты) и циновки;

- плодовые (койр), получают из наружного покрова скорлупы орехов кокосовой пальмы, они используются для изготовления веревок, циновок, плетеных изделий.

Для производства бытовых швейных изделий в основном используются хлопковые и льняные волокна.

Хлопок - это тонкие волоконца, покрывающие семена растения хлопчатника.

Хлопчатник - кустарниковое однолетнее теплолюбивое растение, высотой 70-150 см. Наиболее распространены два ботанических вида хлопчатника: косматый и барбадосский.

Косматый (волосистый) хлопчатник дает средневолокнистый хлопок (Т=0, 16-0, 22 текс) с длиной волокна до 35 мм. Продолжительность его вегетационного периода составляет 130-150 дней. Волокно используется для изготовления пряжи средней толщины, идущей для выработки тканей типа ситец, бязь и др.

Барбадосский хлопчатник дает тонковолокнистый (Т=0, 13-0, 15 текс) хлопок с длиной волокна до 55 мм. Вегетационный период длится 140-200 дней. Из него вырабатывают тонкую пряжу, идущую для выработки тканей типа батиста, поплина, маркизета и др.

Через 11-12 недель после посева хлопчатник зацветает. Период цветения длится больше месяца, но каждый цветок цветет только один день. После его опадания образуется завязь - коробочка, состоящая из 4-5 долек, в каждой находится по 6-9 семян. Некоторые поверхностные клетки растущих семян начинают удлиняться, каждая такая клетка является волокном хлопка.

В своем развитии волокно проходит два периода. В первый период (30-40 дней) волокно растет в длину и представляет собой тонкостенную (0, 2-0, 5 мкм) трубочку, заполненную протоплазмой. Во втором периоде (25-30 дней) происходит созревание волокна. Толщина стенок волокна увеличивается за счет отложений целлюлозы от периферии к центру. Макромолекулы целлюлозы откладываются по винтовым линиям под углом 25-40° к оси волокна. Направление винтовых линий каждый день меняется и делается то правым (обозначается Z), то левым (обозначается S). Канал уменьшается. Отношение внешнего диаметра волокна к диаметру канала является показателем зрелости волокна.

Когда созревание закончено, волокно подсыхает и стенки его спадают, волокно приобретает вид извитой ленточки. Наличие извитости повышает цепкость волокна, что способствует повышению

прочности нитей при прядении.

Коробочки раскрываются не одновременно, поэтому хлопок (рис. 1.2) собирают в несколько приемов вручную и хлопкоуборочными машинами.

 

Рис.1.2 - Коробочка хлопка

Волокна, собранные вместе с семенами, называются хлопком - сырцом. Первичная обработка заключается в очистке от растительных и сорных примесей, отделении волокон от семян и прессовании их в кипы.

Установлено 11 степеней зрелости хлопкового волокна, от 0, 0 (незрелое волокно) до 5, 0 (предельно зрелое волокно) с интервалом 0, 5. На рис.1.3 представлены продольный вид и поперечные срезы волокон хлопка различной степени зрелости.

Волокна с длиной более 20 мм называю хлопок-волокно, из него вырабатывают пряжу и текстильные полотна. Волокна с длиной от 5 до 20 мм называют пухом и используют при производстве ваты, нетканых полотен и искусственных волокон. Волокна с длиной до 5 мм называют подпушком (применяют при изготовлении лаков, красок).

Рис.1.3 - Волокна хлопка под микроскопом: а-незрелое волокно, б-волокна средней зрелости, в-волокна предельной зрелости, 1-первичная стенка, 2 - вторичная стенка, 3- канал.

Свойства хлопка. Плотность хлопка 1, 52 - 1, 56 мг/мм³.

Длина и толщина волокон. Средний размер диаметра поперечного сечения волокон 15-25 мкм (Т=0, 12-0, 2 текс). По длине волокна хлопок подразделяют на коротковолокнистый (длина до 30 мм), средневолокнистый (длина 30÷ 35мм) и длинноволокнистый (длина 35-50 мм).

Прочность волокон зависит от степени их зрелости, в среднем относительная разрывная нагрузка 27-36 сН/текс. Удлинение при разрыве - 7-8%. В мокром состоянии прочность увеличивается на 10-20%. Хлопчатобумажные ткани легко сминаются, т.к. приблизительно 50% от общей деформации составляет пластическая ее часть.

Цвет. Волокна имеют белый или слегка кремовый цвет. Существуют сорта хлопчатника, дающие волокна зеленоватого или бежевого цветов.

Кондиционная влажность хлопка установлена 8-12% в зависимости от его сорта, гигроскопичность достигает 20%. Хлопок быстро впитывает влагу и быстро ее отдает, т.е. быстро высыхает.

Действие кислот и щелочей. Под действием кислот хлопок разрушается, при длительном их воздействии прочность волокна резко снижается. Под действием концентрированной серной кислоты волокна обугливаются.

Под действием щелочи (процесс мерсеризации) волокна набухают, их извитость исчезает, поверхность становится гладкой, блестящей, повышается прочность и улучшается способность к окрашиванию.

Хлопок растворяется под действием медно-аммиачного комплекса, т.е. раствора гидроокиси меди в нашатырном спирте. Органические растворители, применяемые при химчистке, на хлопок не действуют.

Под действием светопогоды хлопок постепенно теряет прочность, так в результате действия солнечного света в течение 940 часов прочность снижается на 50%.

Волокна хлопка имеют хорошую термостойкость. Нагревание до 140-150°С вызывает лишь незначительное ухудшение механических свойств. При нагреве свыше 170-180°С разрушение их идет более интенсивно и при 250°С волокна обугливаются.

Волокна хлопка горят желтым пламенем и сгорают полностью, образуя серый пепел. При сжигании волокна ощущается запах жженой бумаги.

ЛЕН - однолетнее травянистое растение высотой 60-100 см. Его выращивают в России, Белоруссии, Польше, Германии, Франции, Китае и др. странах. Наиболее распространены лен-кудряш (масличный лен рис.1.4, а) и лен-долгунец (прядильный лен рис.1.4, б).

Вегетационный период льна 75-90 дней. Примерно через месяц после всходов начинается бутонизация, а затем цветение льна. В это время происходит наиболее интенсивный рост длины стеблей растений и массовое развитие в них волокнистых пучков. Убирают лен в период ранней желтой спелости. Снаружи стебель льна (рис.1.4, в) покрыт тонкой пленкой 1 (кутикулой), пропитанной воскообразным веществом. Под ней расположена кожица 2 и кора 3, которые вместе называют лубяным слоем. В коре располагаются клетки двух видов: паренхимные и прозенхимные. Паренхимные клетки развивают равномерно во всех направлениях, они содержат запасы питательных веществ и служат для связывания всех элементов коры.

в г

Рис.1.4. – Внешний вид и строение льна: а – лен-кудряш; б – лен-долгунец, в - срез стебля льна, г - элементарное волокно льна

Прозенхимные клетки 4 в процессе роста значительно удлиняются, они располагаются вдоль стебля и являются элементарными волокнами льна. Прозенхимные клетки склеиваются между собой пектиновыми веществами в пучки по 15-30 волокон, образуя комплексные (технические) волокна льна. В поперечном сечении стебля обычно 20-25 пучков, общее число волокон 250-650. Волокнистые пучки хорошо развиты по всей длине стебля и за счет боковых ответвлений, переходящих из одного пучка в другой, образуют в стебле сетчатый волокнистый слой. Плотно сформировавшиеся пучки волокон с граненой формой сечения обычно свидетельствуют о хорошем качестве технического волокна.

Следующий слой 5 называется камбий, затем идут древесина, сердцевина 7 и полость 8.

Элементарное волокно (рис. 1.4, г) представляет собой растительную клетку веретенообразной формы с узким каналом и заостренными концами. В первичной и вторичной стенках фибриллы расположены по спирали с углом наклона 8-12° к оси волокна. По мере приближения к каналу угол наклона фибрилл уменьшается и может достигать 0°.

Слоистая структура волокна образуется в результате постепенного отложения целлюлозы на его стенках. Длина элементарного волокна составляет в среднем 10-38мм, поперечник - 12-37 мкм.

Первичная обработка льна заключается в получении тресты, когда в результате расстила на полях в поле нарушаются связи пучков волокон с окружающими их тканями. Затем сухая треста подвергается мятью, для измельчения и удаления древесного слоя, и трепанию. Выделенные волокна подвергают гребнечесанию, в результате чего получают пряди длинных очищенных комплексных (технических) волокон чесаного льна и короткие волокна - очесы. Чесаный лен используют на получение гребенной пряжи, из которой изготавливают качественные бытовые ткани. Очесы, вместе с короткими волокнами, полученными из отходов трепания, используют для получения оческовой пряжи, идущей на производство грубых тканей и крученых изделий, либо для получения котонина - хлопкоподобного льняного волокна.

В процессе котонизации длина пучков очеса уменьшается и технические волокна разделяются до уровня элементарных. В настоящее время применяются несколько способов котонизации: химический (за счет разрушения пектина и лигнина химическими реагентами); механический (путем разрезания или разрыва волокнистой ленты); механохимический и биологический (путем расщепления химических веществ ферментами). Котонизированные волокна получают длиной 25-35 мм и тониной 14-100 мкм, их используют в смеси с хлопком, шерстью, вискозой и другими волокнами. Наряду со льном в странах Азии для изготовления бытовых тканей используют волокно рами. В некоторых странах Европы возобновился интерес к получению волокон из крапивы, ткани из этих волокон, по данным некоторых производителей, выглядят как льняные, блестят как шелковые, и обладают теплозащитными свойствами как шерстяные.

Свойства льна. Плотность льна 1, 50 мг/мм³.

Длина и толщина волокон. Комплексное волокно чесаного льна имеет длину в среднем 170-250 мм и поперечник 150-250 мкм. Линейная плотность элементарного волокна 0, 17-0, 3 текс, комплексного - 5-8 текс.

Относительное разрывное усилие элементарного волокна 54-72 сН/текс, комплексного 40-60 сН/текс.

На долю остаточной деформации (при нагрузках 25% от разрывной) приходится 60-70%. В результате льняные ткани сильно сминаются.

Цвет волокон - от светло-серого до темно-серого.

Физико-химические свойства льна близки к свойствам хлопка. Гигроскопичность льна при нормальных условиях равна 12-17%. Лен быстро впитывает и отдает влагу. Под действием воды прочность элементарных волокон увеличивается на 10-20%, а технического льна – уменьшается, т.к. ослабляется связь между отдельными пучками волокон. Особенностью льна является его высокая теплопроводность, поэтому на ощупь волокна льна всегда прохладны. Эти свойства делают лен незаменимым для летней одежды.

Действие кислот и щелочей на лен аналогично их действию на хлопок. Волокна льна труднее окрашиваются и труднее отбеливаются, чем хлопок, т.к. имеют интенсивную природную окраску. Кроме того, элементарные волокна имеют толстые стенки и узкий канал, закрытый с двух сторон. Эффект мерсеризации менее заметен, чем у хлопка, т.к. волокна имеют природный блеск.

При кипячении в мыльно-содовых растворах из-за растворения пектиновых веществ волокна становятся светлее и мягче.

Под действием прямых солнечных лучей в течение 990 часов прочность льна снижается на 50%, т.е. стойкость льна к свету несколько выше, чем хлопка. Горит лен так же, как хлопок.

Кроме льна в текстильном производстве используются и другие растительные лубяные волокна.

К наиболее распространенным лубяным растениям относят: растения, содержащим волокна в стеблях - конопля, кенаф, джут, рами, канатник, кендырь, сесбания, юкка (рис. 1.5); содержащие волокна в листьях - агава, новозеландский лен (формиум), прядильный банан (абака), юкка (рис. 1.6).

Рис. 1.5 - Лубяные растения, используемые для добычи волокон из стеблей.

Зоны произрастания их различны: лен-долгунец, конопля, канатник и сида - растения умеренных широт, остальные - тропических и субтропических и прилегающих к ним зон.

Пенька - грубое лубяное волокно из стеблей конопли. Мужское растение конопли называются посконь, или замашка, женские - матерка. Из поскони и зеленца (матерка, убранная в период технической спелости) получают волокно (пеньку), из которого изготавливают ткани. Из волокна матерки, убранной на семена, делают морские канаты, веревки, парусину. Выход волокна из сухих стеблей поскони 20-25%, матерки - 12-20%. Техническое волокно пенька состоит из склеенных элементарных волокон длиной 14 - 15 мм.

Рис.1.6- Лубяные растения, используемые для получения волокон из листьев.

На заводах первичной обработки в результате мятья и трепания вымоченных и высушенных стеблей конопли получается пенька длиной более 700 мм; при очистке отходов трепания и из короткой, спутанной (низкосортной) тресты выделяется короткое волокно средней длины 175-250 мм. Часто пенькой называют также лубяные волокна других растений, например манильской пеньки (абака), сизальской пеньки (сизаль).

Джут - наиболее распространенное грубостеблевое влагоемкое волокно получаемое из стеблей растения джут. Содержание его в сухих стеблях 20-25%. Крупнейшие поставщики джута на мировой рынок Индия и Пакистан. Волокно используют для изготовления технических, упаковочных, мебельных тканей, ковровых изделий.

Кенаф - волокно из стеблей однолетнего растения кенаф. Стебель прямой высотой 1 - 5м. Растение тепло - и влаголюбиво. Содержание волокна в сухих стеблях сортов кенафа 16 - 20%. Волокно отличается высокой гигроскопичностью и прочностью, из него изготовливают мешковину, брезент, шпагат, веревки. Из костры делают бумагу и строительные плиты. Наибольшие площади посева кенафа в Индии, выращивают его также в Китае, Иране, Бразилии, США.

Ваточник, ласточник - род преимущественно травянистых растений семейства ластовневых. Существует более ста видов в Америке и несколько в Африке. Наиболее известен ваточник сирийский, или эскулапова трава - многолетник, родом из Америки. Одичавший ваточник встречается в Прибалтике, Белоруссии, на Украине и Кавказе. Высокое растение (до 2 м) с плотными, большей частью продолговато-эллиптическими листьями. Из стеблей получают прочное волокно для изготовления грубых тканей и веревок.

Канатник - однолетнее травянистое растение. В сухих стеблях канатника содержится до 25% волокна, используемого для выработки пряжи, из которой изготовляют мешковину, шпагат, веревки и др. Волокно канатника прочное, но ломкое. Для улучшения свойств его обычно подвергают варке в слабых растворах едкого натра. Из отходов изготовляют бумагу, изоляционные материалы. Родина и древний центр культуры канатника Китай, где его выращивают на больших площадях. Посевы канатника есть в Монголии, Японии, Египте, США.

Кендырь - многолетнее травянистое растение. В стеблях содержится до 20—27% луба, в лубе — до 10% волокна, отличающегося гибкостью, прочностью и стойкостью к загниванию, пригодно для изготовления веревок, рыболовных сетей. Произрастает преимущественно в Северной Америке, Южной Европе и Юго-Восточной Азии.

Рами – волокно из стебля многолетнего растения рами семейства крапивных. Волокно прочное, эластичное, длинное (62—95мм), оно отличается тониной, блеском и почти не подвержено гниению. Волокно рами идет на изготовление высококачественных бельевых и технических тканей, рыболовных сетей, высших сортов бумаги (в частности, для денежных знаков). Главный поставщик рами - Китай, в меньшей степени другие страны Южной и Восточной Азии. В странах СНГ растение известно под названием «Китайския крапива».

Сесбания - род растений семейства бобовых. Из коры сесбании получают грубое волокно для производства веревок, канатов и сетей.

Сида - род травянистых растений и полукустарников. В мировом земледелии (преимущественно в Северной Америке и Европе) возделывают сиду острую, кубинский джут, содержащие в стеблях 15—20% волокна. Волокно сиды белое, по крепости не уступает джутовому, но более хрупкое.

Новозеландский лен или формиум - многолетнее травянистое растение с мечевидными листьями длиной до 3м. Листья содержат прочное волокно, используемое для производства шпагата, веревок, морских снастей, циновок, матов. Новозеландский лен произрастает на островах Новая Зеландия и Норфолк, образуя обширные заросли на влажных равнинах и склонах гор; выносит морозы до —10 °С. Культивируется во многих субтропических странах как техническое и декоративное растение. На Черноморском побережье Кавказа новозеландский лен выращивают в садах, парках и на небольших плантациях.

Юкка - род древовидных вечнозеленых растений семейства агавовых. Стебли достигают высоты до 12 м, листья мечевидные, жесткие, длина часто более 1м. Из листьев получают волокно, используемое на мешковину, веревки, плетеные изделия. В Крыму и на Кавказе выращивают как декоративные растения.

Абака – жесткое лубяное волокно, извлекаемое из листьев многолетнего тропического растения абака (текстильный банан). Волокно абака еще называют манильской пенькой.

Сизаль - жесткое, грубое натуральное волокно, получаемое из листьев агавы (sisalana), иногда сизалем называют само растение. Волокна выделяют из свежих листьев без какой-либо обработки, выход составляет около 3, 5 %. длина элементарного волокна 2, 5 см, технического 0, 6-1, 5 м. Волокна блестящие, желтоватого цвета, по прочности сизаль уступает абаке и характеризуется большей ломкостью, чем пенька. Идет на изготовление канатов, сетей, веревок, шпагата, половиков, упаковочных и других грубых тканей; из отходов производят бумагу, главным образом оберточную. Главные экспортеры - Танзания, Кения, Ангола, Бразилия.

Из листьев близкого вида агавы fouteroydes добывают мексиканский сизаль, который также называют юкатанский сизаль или генекен. Из листьев агавы cantala добывают волокно канталу.

Часть волокон растительного происхождения получают с поверхности семян, плодов, к ним относят хлопок, капок, койр.

Капок - это волоски из плодов сейбы (Ceiba pentandra). Сейбу часто называют хлопчатым или хлопковым деревом. Культивируют сейбу в тропических странах обоих полушарий, особенно много выращивают ее в Азии. Волокна образуются на внутренней стороне створок плодов - коробочек (не на саменах). Длина волокон 10-35 мм, диаметр 0, 02 - 0, 04 мм. Волокна мягкие, белые или буроватые, не смачиваются водой и не сваливаются. К действию воды капок в несколько раз более стоек чем пробка. Волокно применяют для набивки спасательных кругов и жилетов, мягкой мебели, матрацев и подушек, а также как звукоизоляционный и теплоизоляционный материал.

Койр - волокно из оболочек плодов кокосовой пальмы. Это одревесневшие сосудистые пучки красно-коричневого цвета, длиной 15-33 см, толщиной 0, 05 - 0, 3 мм. Лучшее волокно получают из недозревших орехов, которые вымачивают в морской воде, затем волокна вычесывают. Самые длинные (25, 4 -30, 5 см) и средние (20, 3 - 25, 4 см) волокна идут на изготовление койровой нити, из которой делают маты, циновки, не намокающие и не тонущие в воде веревки и канаты, рыболовные сети.

Грубое одревесневшее волокно зрелых орехов идет на изготовление щеточных изделий, короткое и запутанное волокно - на набивку матрацев и подушек.

Из волокон листьев изготовляют канаты, циновки, щетки. Производят койр главным образом в Индии и на о. Шри-Ланка (Цейлон).

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: