CC BY
25
ХИМИЯ И ФИЗИКА МАТЕРИАЛОВ
Ю. И. МАТЯШ И.Г.ЛЕОНТЬЕВА
Сибирская автомобильно-дорожная академия
Омский государственный институт сервиса
УДК 677.071:687.03
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ УСАДОЧНЫХ СВОЙСТВ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ_
РАССМОТРЕНЫ ПРОЦЕССЫ ПОГЛОЩЕНИЯ ПАРОВ ВОДЫ ВОЛОКНАМИ НАТУРАЛЬНОГО И ХИМИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ. УСТАНОВЛЕНА ВЗАИМОСВЯЗЬ МЕЖДУ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ДЕФОРМАЦИЕЙ И ВЕЛИЧИНОЙ АДСОРБЦИИ ПАРОВ ВОДЫ. ПРЕДЛОЖЕН МЕТОД ПРОГНОЗИРОВАНИЯ УСАДОЧНЫХ СВОЙСТВ РАЗЛИЧНЫХ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ, БАЗИРУЮЩИЙСЯ НА ОСНОВЕ АДСОРБЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛОКОН.
В процессе производства волокон могут возникать внутренние напряжения, сопровождающиеся изменением их линейных размеров /1,2/, абсолютные значения которых определяются природой используемого волокна. Поэтому в процессе эксплуатации текстильных материалов, состоящих из волокон различного происхождения возникают дефекты, связанные с изменением размеров и формы изделий. Для исключения таких негативных явлений необходимо располагать надежными методами прогнозирования изменения линейных размеров текстильных материалов на основе минимального количества экспериментальных данных, полученных для волокон. Проведенный патентно-литературный анализ показал, что изучению изменений линейных размеров волокон и текстильных материалов уделяется достаточно много внимания, однако имеющиеся сведения носят отрывочный характер и не систематизированы.
Для иллюстрации вышесказанного на рис.1 приведены экспериментальные данные по адсорбции воды волокнами различного происхождения./3,4/. Видно, что процессы, влагопоглощения волокнами, представленные в таком виде, имеют сложный характер, что не позволяет их использовать для прогнозирования аналогичных свойств текстильных материалов и тем более сложных пакетов, формируемых на их основе.
В данной работе предложен метод прогнозирования изменений усадочных свойств текстильных материалов, основанный на знании адсорбционных свойств волокон. В основу метода положен тот факт, что в различных волокнах (натуральных и химических), так же как и в традиционных сорбентах (пористые стекла, силикагели и др.), сорбция паров, например воды, протекает по аналогичным механизмам. Однако между ними существует и принципиальное отличие, заключающееся в том, что традиционные сорбенты имеют жесткий каркас, и поэтому при сорбционно-десорбционных процессах они практически не изменяют своих размеров. В то время как волокна, а также нити и ткани, изготовленные на основе, характеризуются легко подвижной структурой, и процесс адсорбции сопро-
вождается изменением их линейных размеров. Известно, что наиболее простой и в то же время надежный аппарат для прогнозирования свойств мало изученного процесса может быть получен втом случае, если он с достаточной точностью описывается известной аналитической зависимостью, например, линейной. С этой целью литературные данные, характеризующие влагопоглощение различных волокон от величины относительной влажности воздуха [1, 2] были представлены в координатах: логарифм величины адсорбции (1п а) - работа адсорбции [А=ИхТ><1.п (Рэ/Р)] (см. рис. 2.) Здесь же приведены аналогичные сведения для различных ниток, полученные авторами. Видно, что в этом случае изотермы адсорбции паров воды на различных волокнах и нитках (хлопчатобумажных и полиэфирных) описываются линейными зависимостями, что позволяет рассчитывать для них как предельную величину адсорбции, так и характеристическую энергию адсорбции, располагая при этом ограниченным числом экспериментальных данных. Сопоставление расчетных и литературных данных по предельной величине адсорбции и характеристической энергии адсорбции [5] показало, что расхождение между ними не превышает 7 % и 15 %
. 24
" 20 40 60 80 100 Относительная влажность воздуха, %
Рис. 1. Изменение степени набухания различных волокон от относительной влажности окружающего воздуха 1-хлопок; 2- шерсть; 3- шелк натуральный; 4- найлон 66; 5- вискоза; 6- ацетат целлюлозы.
m
0 ois 1 "о l!î 2;o 2,'5 3,0 3,5 Работа адсорбции, кДж/моль
Рис. 2. Изотермы адсорбции паров воды текстильными материалами и тканями при Т»293 К. 1 - хлопок; 2 - шерсть; 3 - шелк натуральный; 4- найлон 66; S - полиэфир; 6 - нитки хлопчатобумажные № 40; 7 - нитки комплексные полиэфирные ЭЗЛ.
соответственно, что вполне допустимо для инженерных расчетов.
Как указывалось выше, процесс адсорбции различных паров на волокнах сопровождается изменением их линейных размеров, поэтому имеется возможность изучать усадочные свойства волокон и текстильных материалов по параметрам адсорбции. Поскольку различные режимы влажно-тепловой обработки неоднозначно влияют на величину адсорбции паров воды текстильными материалами, было изучено влияние температуры этого процесса на относительную величину изменения их размеров (In AL/L - 1/Т). В качестве объектов исследования выбраны нитки (хлопчатобумажные № 40, комплексные из полиэфирных нитей 33 Л) и ткани (хлопчатобумажная бязь и полиамидно-полиэфирная). Изменение линейных размеров текстильных материалов определяли стандартными методами /6-9/ при следующих видах воздействий: замачивание, стирка, кипячение, влажно-тепловая обработка. Результаты исследования представлены на рис. 3.
Из их анализа следует, что относительная деформация натуральных нитей и текстильных материалов на их основе
2"
о
-2
2,0 3,0 4,0
1ЯмЮ V
Рис. 3. Изменение относительного удлинения тканей и ниток от температуры процесса.
1 - нитки хлопчатобумажные № 40; 2 - нитки комплексные из полиэфирных нитей 33/1; 3 - ткань синтетическая (основа из капроновых нитей); 4 - ткань синтетическая (уток из полиэфирных нитей); 5-тканьхлопчатобумажная (основа).
(1, 5) с повышением температуры влажно-тепловой обработки уменьшается, в то время как для синтетических ниток и материалов на их основе (2, 3, 4) наблюдается противоположная зависимость. Вследствие этого при соединении в одном пакете текстильных материалов, в состав которых одновременно входят натуральные и синтетические волокна, будут возникать дефекты, связанные с нарушением размеров и формы изделий, что подтверждается многочисленными результатами исследований и практикой эксплуатации.
Таким образом, предложенный метод позволяет прогнозировать усадочные свойства различных текстильных материалов и многослойных пакетов, используя для этого ограниченное количество экспериментальных данных, полученных для волокон. Следует также отметить, что этот подход можно распространить и на другие типы адсорбатов, такие как ацетон, бензол, четыреххлористый углерод, широко используемые в настоящее время при химической чистке изделий.
Литература
1. Релаксационные явления в полимерах /под редакцией Г.М. Бартнева и Ю.В. Зеленине, -Л: Химия, 1972г.
2. Курицына В.В. Влажно-тепловая обработка одежды при химчистке, - М: Легкая индустрия, 1979г.
3. Absortion and desorbtion of water by some common fi-ber//J.FFuzek-lnd. Eng. Chem. Prod. Res. Der. 1985V.24.N1 p140-144.
4. RibnikA. - Text. Res. 7.1969. V39 №5 p. 428-434; p 742748.
5. Теплоухова M.B. Оценка и прогнозирование гигроскопических характеристик льносодержащих текстильных материалов. Автореф. дис. канд. тех. наук. С/Петербург 1995.
6. ГОСТ 5012-82. Ткани чистошерстяные и полушерстяные. Метод определения изменения линейных размеров после замочки. М.: Изд-во стандартов, 1982.5с.
7. ГОСТ 9315-90 Ткани шелковые и полушелковые. Метод определения размеров после мокрой обработки. М.: Изд-во стандартов, 1990 6с.
8. ГОСТ 28401-89. Нитки текстильные. Метод определения линейной усадки. М.: Изд-во стандартов, 1990 9 с.
9. ОСТ 17-790-85. Материалы текстильные. Метод определения изменения линейных размеров после влажно-тепловой обработки. М.: Изд-во стандартов, 19859с.
МАТЯШ Юрий Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры физики Сибирской автомобильно-дорожной академии;
ЛЕОНТЬЕВА Ирина Геннадьевна, старший преподаватель кафедры конструирования швейных изделий Омского государственного института сервиса.
5
I
^v—
