Общая характеристика волокнистого состава, строения и свойств искусственного меха

      1. Общая характеристика волокнистого  состава, строения и свойств  искусственного меха.

     Искусственный мех представляет собой текстильный  материал в виде ворсовых тканей, трикотажных полотен и нетканых материалов, которые по внешнему виду имитируют натуральные меха.

     Структура искусственного меха включает грунт (тканей или трикотажных) и ворсовый застил.

     По  способу производства искусственный  мех бывает:

• на тканой основе;
• на трикотажной основе;
• нетканый.

     Для лучшей имитации натурального меха искусственный  подвергают различным отделкам, в том числе:

• крашению окунанием;
• крашению намазью  (поверхностно);
• набивке рисунка;
• стрижке гладкой и рельефной;
• имитации остевых и пуховых волос путем разноусадочности волокон ворсового покрова;
• аэрографному напылению краски с получением нисходящих тонов и т.п.

     Тканый искусственный мех получают на ткацких станках по принципу изготовления тканей с разрезным ворсом.

     Трикотажный (вязаный) мех получают на кругловязальных  машинах, позволяющих ввязывать  в петли трикотажного полотна  чесаную волокнистую ленту. Для её закрепления с изнанки полотна наносят латексную плёнку.

     Нетканый  искусственный мех может быть клеевого способа изготовления, при  котором на бязевую, покрытую клеем основу, укладывают завитки  искусственного каракуля или спушки из капронового волокна, или же  мех тафтингового способа изготовления  с разрезными петлями.

     Свойства  искусственного меха классифицируют аналогично свойствам тканей: свойства механические, определяющие срок службы искусственного меха; физические свойства, определяющие гигиеническую функцию изделия из меха и эстетические свойства, определяющие внешний вид меха, его социальную долговечность.

      2. Факторы, формирующие потребительские  свойства искусственного меха.

     2.1. Волокнистый состав ворсового  покрытия.

     Химические  волокна широко  применяются в  различных отраслях промышленности. Их производство экономически очень  выгодно. Предприятия, выпускающие  химические волокна и сырьё для  них, работают круглый год; производство химических волокон не зависит от климатических и почвенных условий.

     Из  1000 м³ природного газа может быть получено около 300 кг ацетона, а при  дальнейшей переработке его 500 кг акрилонитрила, из которого получается примерно  450 кг волокна нитрон. Этого количества достаточно для изготовления 750 м² искусственного трикотажного меха или 220 женских меховых пальто.

     Из  искусственных волокон для производства искусственного меха применяют вискозное  волокно, но в ограниченном количестве. В последнее время стали применять  ацетатный шелк. Основным сырьём для изготовления искусственного меха служат различные синтетические  волокна – полиамидные, полиэфирные и полиакрилонитрильные. Поливинхлоридное волокно из-за недостаточной термостойкости и низкой прочности для ворсового покрова искусственного меха пока у нас не используют.

     Рассмотрим  способы получения  и свойства  химических волокон, наиболее пригодных  для производства искусственного меха.

     Изготовление  вискозного волокна начинается с  подготовки прядильного раствора.

     Вначале целлюлозу обрабатывают щелочью (18% -ный раствор едкого натра). Этот процесс называется мерсеризацией целлюлозы. После удаления избытка щелочи целлюлозу измельчают. Затем она поступает в специальный аппарат, где происходит процесс предварительного созревания (предсозревание).

     Предсозреванием называется процесс выдерживания щелочной целлюлозы при заданной температуре (30⁰ – 40⁰). Подготовленная таким образом щелочная целлюлоза поступает в аппарат для обработки её сероуглеродом. В результате этого процесса получается растворимое вещество – ксантогенат целлюлозы, - представляющий собой  сыпучий продукт  оранжевого цвета, который затем растворяют в слабом растворе щелочи, после чего он приобретает вязкость. Этот вязкий раствор ксантогената целлюлозы называется вискозой и является прядильным раствором. Его перекачивают в прядильный цех, где волокна формируют.

     Формование  химических волокон путём охлаждения струйки раствора или расплава воздухом – это сухой способ формования.

     Отделка вискозного волокна состоит из ряда операций: промывки, необходимой для удаления серной кислоты и солей, осевших на волокно в осадительной ванне; удаления серы, образующейся в процессе формования волокна, которая придает волокну желтый цвет и жестковатость; мыловки раствором мыла для придания волокнам эластичности и, если нужно, отбелки; сушки волокна.

     После сушки волокна подвергают крутке и перемотке в паковке требуемой  форме.

     При производстве вискозного штапельного  волокна,  выходящие из каждой фильеры, параллельно расположенные волокна  собирают в жгуты. В дальнейшем их разрезают на штапельное волокно длиной 40-120 мм. Это волокно перерабатывают затем в пряжу, как в чистом виде, так и в смеси с другими волокнами (хлопком, шерстью).

     Вискозное волокно выпускают в виде непрерывных  нитей (шелка) и в виде штапельного  волокна.

     Вискозное волокно обладает прочностью в 17-22 разрывных  километров при удлинении 18-25%. Во влажном  состоянии оно теряет до 60%  прочности, которой обладало в сухом состоянии, а удлинение его во влажном состояние повышается. После высыхания прочность вискозного волокна восстанавливается.

     Вискозное волокно отличается большой влагопроницаемостью, быстро воспламеняется и горит ярким  пламенем, при горении издает запах  жженой бумаги.

     Вискозное волокно применяют для выработки  различных видов тканей и трикотажных изделий, а также искусственного меха.

     Основным  сырьём для получения ацетатного волокна служат целлюлоза, уксусная кислота, уксусный ангидрид и ацетон.

     Целлюлозу (хлопковую или древесную) обрабатывают уксусным ангидридом в присутствии  уксусной и серной кислот. При этом получают ацетилцеллюлозу, которая и является полупродуктом для производства ацетатного шелка.

     Ацетилцеллюлоза в отличие от целлюлозы растворяется в органическом растворителе, например в ацетоне. Для получения прядильного раствора сухую ацетилцеллюлозу растворяют в ацетоне  в присутствии воды (96:4). Такой раствор содержит 23-25% ацетилцеллюлозы.

     Процесс получения прядильного раствора ацетилцеллюлозы более прост, нежели растворение целлюлозы при выработке вискозного  волокна, поэтому  и технологический процесс здесь короче и применяемое оборудование более простое. Ацетилцеллюлозу растворяют в вертикальных или горизонтальных аппаратах – растворителях.

     Формование  волокна предшествует операция фильтрования, которая преследует цель освободить раствор от химических загрязнений и набухших, но не растворенных частиц. Отделение последних наиболее сложно, поэтому очистка раствора от этих частиц и пузырьков воздуха – главная задача фильтрования.

     Раствор ацетилцеллюлозы подвергается трёхкратный фильтрации и обезвоздушиванию. При необходимости к прядильному раствору, так же как и при изготовлении вискозы, добавляют двуокись титана для матирования волокна или красителя для окрашивание в массе.

     Формование  ацетатного волокна проводится по «сухому  способу», то есть в среде горячего воздуха. Для этого  прядильный раствор подаётся под давлением в прядильную машину. Здесь он поступает в фильеру, расположенную в верхней части высокой шахты. Через шахту пропускают воздух, нагретый до 60⁰-70⁰. Струйки прядильного раствора, попадая в нагретый воздух, подогреваются, ацетон испаряется, и образуются тонкие, гибкие волокна. Сформированное волокно по выходе из шахты принимается на вращающийся  приёмный диск или бобину. Волокно (шёлк) в дальнейшем подвергается крутке, перемотке, сортировке и упаковке. Таим образом, при сухом формовании ацетатного волокна отпадает необходимость в отделочных операциях (промывке, мыловке, сушке), являющихся при формовании волокна мокрым способом, например вискозного.

     Ацетатное волокно может выпускаться в виде непрерывной нити (шелка) либо штапельного волокна.

     Ацетатное волокно обладает прочностью в 10-13,5 разрывных километров при удлинении 20-30%. Хотя прочность ацетатного волокна, сформированного сухим способом, ниже, чем вискозного, изделия из ацетатного волокна в носке обладают рядом преимуществ перед изделиями из вискозного. Они достаточно эластичны и не подвержены необратимому вытягиванию при тех нагрузках, которые возникают во время эксплуатации этих изделий.

     Хорошие упругие свойства ацетилцеллюлозных волокон вызывают меньшую сминаемость изделий.

     По  сравнению с вискозным ацетатное  волокно менее гигроскопично  и впитывают в два-три раза меньше влаги. Во влажном состоянии волокно теряет 40-50% своей первоначальной прочности, но при высыхании прочность восстанавливается. По блеску ацетатный шелк приближается к натуральному шелку. Он обладает хорошим грифом, мягкостью, хорошими теплозащитными свойствами.

     Недостатком ацетнаного шелка является его низкая устойчивость к истиранию  и высокая  электризуемость. Волокно не боится моли и плесени. При сжигании ацетатного волокна образуются обугливающиеся концы с запахом уксуса.

     Ацетатный шелк круглого (обычный) и плоского сечения применяется для выработки искусственного тканого меха.

     К группе синтетических волокон  относятся отечественные волокна: капрон, анид и энант.

     Полиамидные волокна создаются из простых  низкомолекулярных соединений. Исходным сырьём для производства капрона, анида (найлона) служит фенол, известный также  под названием карбоновой кислоты, бензол, анилин и др. Фенол добывают из каменноугольной смолы и некоторых видов нефти.

     Особенно  широкое промышленное развитие получило у нас волокно капрон, благодаря  доступности исходного сырья  и сравнительно несложным методом  производства.

     Исходным продуктом для изготовления капрона служит капролактам, являющийся продуктом сложной многостадийной переработки фенола. По внешнему виду капролактам представляет собой белоснежные кристаллы. На заводы синтетического волокна капролактам поступает в прорезиненных мешках.

     Производство  капронового волокна складывается из трёх стадий: получения полимера и его превращения  в жидкое состояние, формования волокна и  текстильной подготовки волокна.

     Капролактам представляет собой вещество низкомолекулярного соединения (мономер), которое при производстве капрона превращается в высокомолекулярную смолу (полимер). Это превращения происходит при нагревании капрона до 95-100⁰ в специальных расплавителях.

     Прозрачный, как вода, и маловязкий расплав  поступает в автосплав, подвергаясь по пути фильтрации для очистки от возможных загрязнений и освобождения от пузырьков воздуха. В автосплаве и происходит основная реакция – образование больших молекул или так называемая полимеризация лактама, то есть превращение капролактама в высокомолекулярную смолу. Весь процесс ведут в среде чистого азота (без кислорода) при точно заданной (около 250⁰) температуре.

     Полученная  жидкая масса постепенно густеет, становится вязкой и под давлением азота  через узкие щели аппарата выдавливается  в барку, наполненную водой; при этом смола быстро охлаждается и затвердевает в форме ленты, очень твёрдой и упругой. Эту ленту затем измельчают в крошку небольших размеров.

     Чтобы устранить блеск волокна, к крошке смолы добавляют порошкообразную  двуокись титана; если надо получить крашеное волокно, добавляют краситель (крашение в массе).

     Из полученной крошки смолы капрон в прядильном цехе формируют волокно. Формование капрона ведут по сухому способу, заключающемуся в том, что расплавленная смола при температуре 260-270⁰ продавливается через отверстия. Фильеры малого диаметра – 0,2-0,3 мм. Струйки прядильной массы, выдавливаемые через отверстия фильеры, застывают при обдувании их холодным сухим воздухом, образуя пучки легко рассыпающихся несобранных волокон (сухой способ формования).

     Для облегчения последующей обработки  волокна замасливаются и наматываются на большую цилиндрическую бобину.

     Текстильная подготовка волокна заключается  в  том, что вначале его подвергают вытяжке в 3-5 раз. При вытяжке нити капрона становятся тоньше, приобретают повышенную прочность при растяжении, повышенную упругость, уменьшаются растяжимость и остаточные удлинения. После вытяжки нити капрона подвергают крутке, замасливанию, сушке и перемотке в паковке требуемой формы.

     Капрон  вырабатывают в виде нитей (шелка) разной толщины (номера) и в виде штапельного волокна, обычно называемого «резаным волокном», так как это волокно получается в результате резки волокнистого жгута, на отрезки заданной длины.

     Капроновой  шелк (филаментные нити) используют в производстве различных трикотажных изделий и тканей, а также искусственного тканого меха и меха с приклеенным ворсом.

     Капроновое  волокно обладает высокой прочностью на разрыв (от 45-70 разрывных километров), высокой прочностью к истиранию (в 10 раз выше прочности к истиранию вискозного волокна), наилучшими эластическими свойствами, устойчивостью к моли и плесени, действию щелочей и др.

     К недостаткам капрона относятся: низкая гигроскопичность и устойчивость к светопогоде. В обычных условиях капрон содержит 3,5-4% влаги; воздействие солнечного света вызывает быстрое старение капрона и понижение его прочности.

     Полиэфирное волокно, известное под названием лавсан, по внешнему виду и многим свойствам подобно шерсти, а по ряду показателей превосходит её.

     Исходным сырьем для получения волокна лавсан служат вещества, получаемые из нефтяных и природных газов, - диметиловый эфир тереорталевой кислоты и этиленгликоль.

     Производство  волокна лавсан складывается из тех  же стадий, что и производство капрона.

     Лавсан, так же как и капрон, вырабатывают в виде штапельного волокна или шелка. Наиболее широкое применение в текстильной промышленности получило лавсановое штапельное волокно.

     Волокно лавсана, как и все синтетические волокна, имеют гладкую поверхность, из-за чего снижается сцепление волоконец между собой. Кроме того, они сильно электризуются, что затрудняет их переработку. Эти недостатки устраняются гофрировкой волокна, то есть приданием извитости, и обработкой  антистатическими препаратами, уменьшающими электризуемость.

     После гофрировки жгут штапелируют, то есть его режут на отрезки заданной длинны (от 32 до 100мм), сушат и упаковывают  в кипы.

     Лавсановое  штапельное волокно используют для выработки искусственного  трикотажного меха.

     Прочность волокна лавсана колеблется в пределах 35-70 разрывных километров. Волокно обладает высокой упругости, низкой водопоглащающей способностью (0,4 -1%), не разрушается микроорганизмами, химически стойко к действию различных растворителей, отличается от других волокон устойчивостью к действию высоких температур и светопогоды.

     Прочность к истиранию у лавсана ниже, чем у капрона, но выше, чем у натуральних (шерсти и хлопка) и искусственных волокон, а также синтетического волокна нитрон.

     К недостаткам лавсана относят  склонность волокна к закатыванию (пиллинг), особенно в изделиях, изготовляемых из короткого волокна и пряжи слабой крутки.

     Волокна, получаемые на основе полимера нитрила  акриловой кислоты, обычно называются акриловыми, или полиакрилонитрильными.

     Сырьём  для производства нитрона служит акрилонитрил, являющийся продуктом переработки каменного угля, нефти и газа. Акрилонитрил полимеризацией превращается в смолу нитрон, из которой формируется волокно.

     Акриловые волокна в разных странах имеют  различные названия, например нитрон (бывший СССР), орлон, акрилан, дайнел, верел (США), волькрилан (ГДР), дралон и др.

     Смола нитрон представляет собой мелкий белый  сухой порошок. Его растворяют в  особом растворителе (диметилформалиде или роданистом натре). Порошок набухает в растворителе, а затем при нагревании переходит в раствор, который и является прядильным. Его фильтруют и удаляют из него воздух. После очистки прядильный раствор направляют на прядильную машину, где продавливают насосиком через фильеры. Для получения штапельного волокна фильеры имеют по 3000-5000 отверстий. Струйки прядильного раствора попадают в осадительную ванну из смягченной воды и 20% растворителя, где они затвердевают, образуя тонкие волокна.

     По  выходе из осадительной ванны волокна  с каждой фильеры собираются в  общий жгут, который последовательно проходит через ряд барок, наполненных водой. В барках жгут постепенно промывается от растворителя и вытягивается в несколько раз для повышения прочности волокна.

     В одной из ванн волокно обрабатывается веществами, уменьшающими его электризуемость. Затем волокно гофрируют, репсут и сушат.

     Волокно нитрон широко используют при изготовлении искусственного трикотажного меха. Волокно  нитрон примерно в 2 раза прочнее шерсти, удлинение у нитрона ниже, чем у шерсти. Волокно обладает высокой упругостью, хорошим грифом, шерстоподобным видом и высокими теплозащитными свойствами, приближающими к свойствам шерсти.

     Прочность мокрого волокна несколько ниже прочности сухого. При смачивании удлинение не меняется. Гигроскопичность волокна низкая. При относительной влажности воздуха 85% волокно поглощает до 1% влаги, в воде не набухает и не даёт усадки. Волокна типа нитрон обладают объёмностью и шерстистостью. Они устойчивы к действию окислителей, моли и плесени. Изделия из нитрона не сваливаются и после стирки почти не усаживаются.

     Особенностью  полиакрилонитрильных волокон является их высокая устойчивость  к действию светопогоды, значительно превосходящая все другие волокна, а также высокая термостойкость. К недостаткам  нитрона относятся: его сравнительно низкая стойкость к истиранию и трудность окрашивая в темные цвета.

     Заводы  химического волокна, изготовляющие  волокно нитрон, могут перерабатывать и другие полимеры, получаемые на основе акрилонотрила. К ним относятся  сополимерные смолы, получаемые из смеси разных исходных веществ, молекулы которых способны соединятся, образуя большие сложные молекулы.

     Из-за малой гигроскопичности полиакрилонитрильных волокон и трудностей их при окрашивании  в темные цвета стали изготовлять  волокна не из чистого полимера акрилонитрила, а из его сополимеров в сочетании с другими мономерами, например винилхлоридом, винилацетоном, метилметакрилатом, винилпиридоном и др.

     При добавлении к акрилонитрилу в малом количестве других мономеров основные свойства полиакрилонитрильных волокон почти не меняются, сохраняется их светостойкость, улучшается неокрашиваемость. Чем больше содержится в сополимере акрилонитрила,  тем выше прочность, термостойкость и светостойкость волокна.

      2.2. Структура и способы изготовления  искусственного меха как фактор формирования его свойств и назначения.

     Ведущими  параметрами структуры искусственного меха являются:

     - структура подложки (тканая, трикотажная,  нетканая);

     -  заправочные параметры подложки;

     - высота ворса, его плотность;

     - фактура ворсового покрова.

     Искусственный мех на тканой основе вырабатывался предприятиями длительное время, с тех пор, когда еще не существовало других его структур. В настоящее время он стал менее популярным, чем мех на вязаной основе, поскольку он более жесткий и плохо драпируется. Однако данный тип структуры продолжает использоваться для шапок-ушанок, укрепляющей подкладки.

     Мех на трикотажной основе более конкурентоспособен в швейном производстве, чем предыдущий вид, поскольку он мягче, эластичнее, хорошо драпируется, имеет высокий ворсовый покров, что позволяет хорошо имитировать многие виды натурального пушного полуфабриката. Он с успехом используется для пошива пальто женских и детских, курток, головных уборов.

     Искусственный мех на нетканой основе по конкурентоспособности уступает двум предыдущим видам, так как менее формоустойчив, клеевое покрытие подложки быстро стареет; резко ухудшаются и прочностные его характеристики с течением времени. По месту сидения в пальто образуются во время носки мешкообразные вздутия, что ухудшает эстетику одежды.

     В Украине и за рубежом предпочтение отдаётся искусственному меху на трикотажной основе, так как из него получают изделия в более широком ассортименте, а применяемое оборудование отличается высокой производительностью. Кроме того, искусственный трикотажный мех имеет лучшие эксплуатационные свойства: меньший вес, лучшую драпируемость ( по сравнению с клеевым), лучшее закрепление ворса в грунте, большую густоту и высоту ворса.

     В зависимости от применяемого сырья, сочетания волокон в смеси и способов отделки меху на трикотажной основе можно придавать различный вид имитируя такие натуральные меха, как котик, цигейку.

     По  густоте ворса, то есть количеству ворсинок, приходящихся на 1 см² , мех на трикотажной основе в 1,5-2 раза превышает мех красной лисицы и, следовательно, равен таким мехам, как цигейка, белка, нутрия.

     Трикотажный мех может иметь однородную или неоднородную высоту ворсового покрова с более длинными, жесткими ворсинками (остью) и более короткими и мягкими ворсинками (подпушком).

     Для изготовления искусственного трикотажного меха существуют два основных способа получения ворсового покрова на круглых вязальных машинах; путём  ввязывания в петли грунта пучка непряденого синтетического волокна в виде ватки чесаной ленты и путём вязания из нити на изнанке полотна удлиненных плюшевых петель, которые разрезают и расчесывают.

       Наиболее широко распространён  первый способ получения ворсового  покрова трикотажного меха, поскольку он хорошо имитирует натуральный мех, а его технология является более прогрессивной и экономичной.

     Для получения  ворсового покрова  искусственного трикотажного меха, имитирующего мех животных, необходимо иметь волокна с различными свойствами: более жесткие и упругие для ости и более тонкие и мягкие для пуха  (подпушка). Поэтому в зависимости от вида меха и назначения волокна (ость, подпушек) к синтетическому штапельному волокну предъявляются определёнными требованиями в отношении тонины (номера), упругость, усадочности, термостойкости, извитости.

     Синтетические волокна, предназначенные для изготовления ворса искусственного меха, должны обладать высокими упругостью и извитостью, малым удельным весом, объёмностью, не должны быть хрупкими и ломкими.

     Для ости применяют главным образом  полиакрилонитрильные волокна w 560-2000 (1,78-0,5 текс), упругие и безусадочные, например орлон, усадка  которого в кипящей воде 4-5%, верел – с усадкой 3%, ниртон – с усадкой 2,5/3%.

     Для подпушка используют волокно более  высокого номера (более тонкие), например w 3000 (0,33 текс), обладающие низкой термостойкостью, то есть усадочное. К таким волокнам относятся: дайнел, усадка которого в кипящей воде составляет 24-28%, нитрон 12 с усадкой 20%.