1 13

Федеральное฀агентство฀по฀образованию฀
Государственное฀образовательное฀учреждение฀
высшего฀профессионального฀образования฀
«Казанский฀государственный฀технологический฀университет»฀
฀
฀
฀
Г.Г.฀Богатеев,฀К.В.฀Микрюков,฀฀
Д.Г.฀Богатеев,฀В.Х.฀Абдуллина฀
฀
฀
฀
ОСНОВНЫЕ฀ХАРАКТЕРИСТИКИ฀
ВОЛОКНИСТЫХ,฀НИТЕВИДНЫХ฀И฀
ТКАНЫХ฀НАПОЛНИТЕЛЕЙ฀฀
КОМПОЗИЦИОННЫХ฀МАТЕРИАЛОВ฀
฀
Учебное฀пособие฀
฀
฀
฀
฀
฀
฀
฀
฀
฀
Казань฀
КГТУ฀
2010฀
УДК฀658.512฀
ББК฀฀
฀฀฀฀
Богатеев Г.Г.
Основные฀ характеристики฀ волокнистых,฀ нитевидных฀ и฀ тканых฀
наполнителей฀ композиционных฀ материалов:฀ учебное฀ пособие฀ /฀ Г.Г.฀ Богатеев฀
[и฀др.];฀Федер.฀агентство฀по฀образованию,฀Казан.฀гос.฀технол.฀ун-т.฀–฀Казань:฀
КГТУ,฀2009.฀–฀131฀с.฀
ISBN฀978-5-7882-0881-7฀
฀
Пособие฀ соответствует฀ авторскому฀ курсу฀ по฀ дисциплинам฀
«Проектирование฀ технологических฀ процессов฀ и฀ производство฀ изделий฀ из฀
композиционных฀ материалов»฀ и฀ «Конструкционные฀ и฀ функциональные฀
волокнистые฀ композиты»฀ для฀ подготовки฀ специалистов฀ по฀ специальности฀
150502฀ «Конструирование฀ и฀ производство฀ изделий฀ из฀ композиционных฀
материалов»,฀а฀также฀бакалавров฀по฀направлению฀150600฀«Материаловедение฀
и฀технология฀новых฀материалов».฀
Приведены฀ классификация฀ и฀ основные฀ сведения฀ по฀ основным฀ свойствам฀
волокнистых฀ и฀ тканых฀ армирующих฀ наполнителей฀ композиционных฀
материалов,฀ а฀ также฀ способам฀ определения฀ ряда฀ характеристик.฀
Сформулированы฀ основные฀ принципы฀ выбора฀ волокнистых฀ наполнителей฀ и฀
схем฀армирования.฀฀
Предназначено฀ для฀ студентов,฀ аспирантов฀ и฀ научно-технических฀
работников,฀ занимающихся฀ изучением,฀ разработкой฀ и฀ конструированием฀
композиционных฀материалов.฀
Подготовлено฀на฀кафедре฀химии฀и฀технологии฀гетерогенных฀систем.฀
฀
Под฀редакцией฀проф.฀И.А. Абдуллина
฀
Печатается฀ по฀ решению฀ редакционно-издательского฀ совета฀ Казанского฀฀
государственного฀технологического฀университета฀
฀
Рецензенты:฀д-р฀техн.наук.฀проф. Э.Р. Галимов฀฀
฀
฀канд.техн.наук฀А.С.Арутюнян฀฀
฀
ISBN฀978-5-7882-0881-7฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀Богатеев฀Г.Г.,฀Микрюков฀К.В.,฀
฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀Богатеев฀Д.Г.,฀Абдуллина฀В.Х.,฀2010฀
฀Казанский฀государственный฀฀
технологический฀университет,฀2010฀
฀
2฀
Содержание฀
ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................... 5฀
1.฀
ОБЩАЯ฀
ХАРАКТЕРИСТИКА฀
ВОЛОКНИСТЫХ฀
КОМПОЗИТОВ................................................................................. 6฀
1.1.฀ Основные฀понятия฀и฀определения.......................................6฀
2.฀
КЛАССИФИКАЦИЯ฀
ВОЛОКНИСТЫХ฀
НАПОЛНИТЕЛЕЙ฀ И฀ ТРЕБОВАНИЯ,฀ ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ฀ К฀
НИМ฀ 7฀
3.฀
НЕТКАНЫЕ฀ВОЛОКНИСТЫЕ฀НАПОЛНИТЕЛИ.......... 9฀
3.1.฀Непрерывные฀волокна฀и฀нити .............................................10฀
3.1.1.฀Текстильные฀формы฀волокон ...........................................10฀
3.1.1฀ Строение฀волокон......................................................11฀
3.1.2฀ Структура฀нитей ........................................................14฀
3.1.3฀ Скрученность฀и฀укрутка฀нитей.................................19฀
3.1.3.1฀ Характеристики฀ скрученности฀ и฀ извитости฀ нитей,฀
ворсистость......................................................................................19฀
3.2฀ Свойства฀непрерывных฀волокнистых฀наполнителей. .....23฀
3.2.1฀ Структурные฀характеристики...................................24฀
3.2.2฀ Геометрические฀свойства฀волокон฀и฀нитей ............25฀
3.2.3฀ Механические฀свойства฀волокон฀и฀нитей ...............30฀
3.2.4฀ Тепловые฀свойства ....................................................43฀
3.2.5฀ Электрические฀свойства ...........................................46฀
3.2.6฀ Сорбционные฀свойства .............................................48฀
3.2.7฀ Оптические฀свойства.................................................53฀
3.2.8฀ Стойкость฀ к฀ атмосферным฀ воздействиям฀ и฀
действию฀химических฀реагентов...................................................54฀
3.3฀ Влияние฀ различных฀ факторов฀ на฀ механические฀ свойства฀
волокон฀и฀нитей ..............................................................................57฀
3.3.1฀ Влияние฀ природы฀ волокна,฀ их฀ геометрических฀
характеристик฀ и฀ структурных฀ свойств฀ на฀ механические฀
показатели฀ 57฀
3.3.2฀ Влияние฀условий฀испытаний฀и฀нагружения ...........60฀
฀
3฀
ТКАНЫЕ฀АРМИРУЮЩИЕ฀НАПОЛНИТЕЛИ ............. 63฀
4.1฀
Классификация฀наполнителей .................................63฀
4.2฀
Свойства฀тканых฀наполнителей ...............................64฀
4.2.1฀Структурные฀свойства ........................................................64฀
4.2.1.1฀ Виды฀переплетения ...................................................65฀
4.2.1.2฀ Плотность฀ткани ........................................................69฀
4.2.1.3฀ Заполнение,฀пористость฀и฀наполнение฀ткани.........70฀
4.2.2฀Механические฀свойства......................................................74฀
4.2.3฀Другие฀виды฀механических฀характеристик......................79฀
4.3฀
Методы฀испытаний฀на฀растяжение฀до฀разрушения83฀
4.3.1฀Форма฀проб฀и฀их฀заправка..................................................86฀
4.4฀
Физические฀свойства฀текстильных฀полотен...........89฀
4.4.1฀Гигроскопические฀свойства ...............................................89฀
4.4.2฀Проницаемость....................................................................91฀
4.4.3฀Тепловые฀свойства ..............................................................95฀
4.4.4฀Оптические฀свойства ........................................................102฀
4.4.5฀Электрические฀свойства...................................................104฀
4.4.6฀Акустические฀свойства.....................................................106฀
4.5฀
Отбор฀проб฀и฀выборок฀полотен฀и฀изделий............107฀
4.5.1฀Характеристики฀промышленных฀тканей ........................109฀
4.5.2฀Трикотаж ............................................................................109฀
5.฀
ПРИНЦИПЫ฀
ВЫБОРА฀
ВОЛОКНИСТЫХ฀
НАПОЛНИТЕЛЕЙ฀ И฀ СХЕМ฀ АРМИРОВАНИЯ฀ ПРИ฀
ПРОЕКТИРОВАНИИ฀ИЗДЕЛИЙ฀ИЗ฀ВКМ................................ 120฀
5.1฀ Выбор฀ингредиентов฀ВКМ...............................................123฀
СПИСОК฀฀ЛИТЕРАТУРЫ ........................................................... 130฀
4.฀
฀
4฀
ВВЕДЕНИЕ
Расширение฀ класса฀ конструкционных฀ материалов฀ за฀ счет฀
широкого฀ внедрения฀ в฀ практику฀ композиционных฀ материалов฀
(КМ),฀ совершенствование฀ конструкций฀ изделий฀ из฀ КМ฀ и฀
технологии฀ их฀ переработки฀ открывают฀ широкие฀ возможности฀
по฀использованию฀в฀композитах฀новых฀волокнистых฀материалов฀
в฀качестве฀силовой฀основы.฀
Современные฀
КМ฀
обладают฀
широким฀
спектром฀
механических,฀физических฀и฀химических฀свойств,฀способностью฀
к฀ целенаправленному฀ их฀ изменению฀ в฀ соответствии฀ с฀
назначением฀ конструкции.฀ Механическое฀ поведение฀ композита฀
определяется฀ соотношением฀ свойств฀ армирующих฀ элементов฀ и฀
матрицы,฀ а฀ также฀ прочностью฀ связи฀ между฀ ними.฀
Эффективность฀ и฀ работоспособность฀КМ฀во฀многом฀зависит฀от฀
правильного฀ выбора฀ исходных฀ компонентов฀ и฀ технологии฀ их฀
совмещения.฀
В฀ современных฀ композитах฀ используют฀ тонкие,฀ диаметром฀
(5...200)฀ ⋅฀ 10-6฀м,฀ непрерывные฀ или฀ короткие฀ волокна,฀
являющиеся฀ армирующими฀ элементами฀ или฀ служащие฀ основой฀
для฀ изготовления฀ нитей,฀ жгутов,฀ лент฀ и฀ тканей฀ с฀ различными฀
типами฀ плетения.฀ Выбор฀ природы฀ матрицы,฀ армирующих฀
наполнителей,฀ типа฀ переплетения฀ и฀ схемы฀ армирования฀ КМ฀
осуществляют฀ в฀ зависимости฀ от฀ назначения฀ конструкции฀ и฀
условий฀ эксплуатации฀ изделий.฀ При฀ этом฀ для฀ создания฀
заданного฀соотношения฀наполнитель-матрица฀необходимо฀знать฀
основные฀свойства฀наполнителя.฀฀
Настоящее฀ пособие฀ касается฀ вопросов฀ изучения฀ и฀
определения฀
геометрических,฀
структурных,฀
массовых,฀
механических฀ и฀ некоторых฀ других฀ свойств฀ армирующих฀
наполнителей฀(волокна,฀нити,฀ткани฀и฀т.฀п.)฀как฀силовой฀основы฀
конструкционных฀ и฀ защитных฀ композитов฀ и฀ изделий฀ на฀ их฀
основе.฀
฀
5฀
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВОЛОКНИСТЫХ
КОМПОЗИТОВ
1.
฀
1.1.
Основные понятия и определения
฀
Волокнистые฀ композиционные฀ материалы฀ (ВКМ)฀ состоят,฀
как฀ правило,฀ из฀ волокнистого฀ наполнителя฀ и฀ матричного฀
материала.฀
Волокнистый฀
наполнитель฀
воспринимает฀
основные฀
напряжения,฀ возникающие฀ при฀ действии฀ внешних฀ нагрузок,฀ и฀
обеспечивает฀жесткость฀и฀прочность฀композиции฀в฀направлении฀
ориентации฀волокон.฀
Пластичная฀ матрица,฀ заполняющая฀ межволокнистое฀
пространство,฀ обеспечивает฀ совместную฀ работу฀ отдельных฀
волокон฀ за฀ счет฀ собственной฀ жесткости฀ и฀ взаимодействия,฀
существующего฀ на฀ границе฀ раздела฀ матрица-волокно.฀
Следовательно,฀механические฀свойства฀композита฀определяются฀
тремя฀ основными฀ параметрами:฀ высокой฀ прочностью฀
армирующих฀волокон,฀жесткостью฀матрицы฀и฀прочностью฀связи฀
на฀границе฀матрица-волокно.฀
Волокнистые฀ композиты฀ отличаются฀ от฀ других฀ типов฀
композиционных฀ материалов฀ структурой฀ и฀ механизмом฀
образования฀ прочности.฀ Особенность฀ структуры฀ ВКМ฀
заключается฀ в฀ равномерном฀ распределении฀ высокопрочных฀
волокон฀ в฀ пластичной฀ матрице฀ с฀ высокой฀ объемной฀ степенью฀
наполнения฀(до฀75%),฀что฀придает฀волокнистому฀композиту฀ярко฀
выраженную฀
анизотропию฀
свойств฀
в฀
направлении฀
преимущественного฀ расположения฀ волокон.฀ Структура฀ ВКМ฀
определяет฀ механические฀ свойства฀ композиции฀ и฀ механизм฀ ее฀
разрушения.฀ В฀ ВКМ฀ поперечные฀ растягивающие฀ напряжения฀ в฀
конце฀растущей฀трещины฀могут฀вызвать฀отслаивание฀волокон฀от฀
матрицы,฀ а฀ сдвиговые฀ напряжения฀ на฀ границе฀ раздела฀ -฀
распространение฀ отслоенных฀ участков฀ вдоль฀ волокон.฀ При฀
฀
6฀
отслаивании฀ затрачивается฀ энергия,฀ т.฀ к.฀ волокна฀ должны฀
перемещаться฀ относительно฀ матрицы.฀ Кроме฀ того,฀ при฀
дальнейшем฀ нагружении฀ до฀ разрушения฀ волокна฀ могут฀
разрываться฀ вдали฀ от฀ плоскости฀ распространения฀ трещины.฀
Поэтому฀ для฀ волокнистых฀ композитов฀ характерен฀ такой฀
механизм฀ повышения฀ вязкости฀ разрушения,฀ которых฀ нет฀ у฀
гомогенных฀ материалов.฀ Высокая฀ прочность฀ ВКМ฀ связана฀ с฀
наличием฀большой฀поверхности฀раздела฀между฀наполнителем฀и฀
матрицей,฀ которая฀ препятствуют฀ дальнейшему฀ развитию฀
образовавшейся฀ при฀ нагрузке฀ трещины.฀ При฀ нагружении฀
изделия฀ происходит฀ вытягивание฀ волокон฀ из฀ матрицы฀ и฀
разрушение฀ границы฀ раздела฀ между฀ ними.฀ Дополнительное฀
сопротивление฀ распространению฀ трещин,฀ развивающихся฀ в฀
матрице,฀ оказывают฀ силы฀ трения฀ между฀ вытягиваемым฀
волокном฀ и฀ матрицей.฀ Высокая฀ трещиностойкость฀ ВКМ฀
обеспечивает฀ их฀ работоспособность฀ при฀ значительных฀
накопленных฀повреждениях฀[1].฀
฀
฀
2. КЛАССИФИКАЦИЯ ВОЛОКНИСТЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ
И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ
฀
В฀настоящее฀время฀нет฀научной฀классификации฀волокнистых฀
наполнителей.฀ Поэтому฀ их฀ классификацию฀ проводят฀
иерархическим฀ способом฀ по฀ каким-либо฀ характерным฀
признакам.฀ Наиболее฀ часто฀ в฀ качестве฀ характерных฀ признаков฀
выбирают฀материаловедческий฀и฀конструкционный.฀
По฀ материаловедческому признаку,฀ т.฀ е.฀ природе฀
наполнителя,฀известны฀следующие฀волокнистые฀материалы:฀
− неорганические;฀
− органические;฀
− смешанные฀или฀гибридные;฀
฀
7฀
− комбинированные฀(полимерные฀волокна฀с฀металлическими฀
покрытиями).฀฀
К฀ неорганическим волокнистым฀ наполнителям฀ относят฀
материалы,฀ полученные฀ из฀ стеклянных,฀ высокосиликатных,฀
борных,฀ базальтовых,฀ сапфировых฀ волокон,฀ а฀ также฀
металлические฀ проволочные฀ волокна฀ и฀ волокна฀ на฀ основе฀
измельченной฀ минеральной฀ ваты,฀ карбидов,฀ нитридов,฀ асбеста,฀
оксидов฀и฀других฀соединений.฀
Органические наполнители฀ представлены฀ материалами,฀
полученными฀
из฀
натуральных฀
и฀
искусственных฀
высокополимеров฀и฀синтетических฀ВМС,฀углеродных฀волокон,฀а฀
также฀ отходов฀ целлюлозно-бумажного฀ производства฀ и฀
переработки฀древесины,฀лигноцеллюлозного฀сырья.฀
Смешанные или гибридные฀ волокнистые฀ наполнители฀
представляют฀ собой฀ материалы,฀ приготовленные฀ из฀ волокон฀
различной฀ природы,฀ например:฀ карбоволокно฀ сочетают฀ с฀
борными฀волокнами฀или฀металлические฀проволочные฀волокна฀с฀
текстильными,฀полимерными.฀
Комбинированные฀волокнистые฀наполнители฀КМ฀состоят฀из฀
волокна฀
-฀
подложки฀
(например,฀
полиэтиленового,฀
вольфрамового),฀ на฀ которое฀ различными฀ методами฀ нанесено฀
покрытие.฀ Примером฀ такого฀ типа฀ волокон฀ может฀ служить฀
волокно฀ «борсик»,฀ состоящее฀ из฀ борного฀ волокна,฀ на฀ которое฀
нанесено฀покрытие฀карбида฀кремния.฀฀
Классификация฀
волокнистых฀
наполнителей฀
по฀
конструкционному признаку฀ более฀ распространена฀ и฀
совершенна.฀ Все฀ известные฀ волокнистые฀ наполнители฀ по฀
конструкционному฀ признаку฀ (или฀ его฀ еще฀ называют฀
классификацией฀по฀текстильным฀формам)฀делят฀на฀5฀групп:฀
−
непрерывные฀волокна;฀
−
тканые฀армирующие฀элементы;฀
−
коротковолокнистая฀арматура;฀
฀
8฀
−
листовые฀и฀пленочные฀материалы;฀
−
объемно-каркасные.฀
Очень฀ часто฀ непрерывные฀ волокна,฀ листовые,฀ пленочные฀
материалы,฀ а฀ также฀ коротковолокнистую฀ арматуру฀ объединяют฀
в฀одну฀группу฀-฀нетканые฀материалы.฀
Армирующие฀ волокна,฀ применяемые฀ в฀ композиционных฀
материалах,฀
должны฀
удовлетворять฀
комплексу฀
эксплуатационных฀ и฀ технологических฀ требований.฀ К฀ первым฀
относятся฀ требования฀ по฀ плотности,฀ прочности฀ в฀ интервале฀
рабочих฀ температур,฀ растворимости฀ в฀ матрице,฀ химической฀
стойкости฀и฀т.п.฀
Технологичность฀ волокон฀ определяет฀ возможность฀ создания฀
высокопроизводительной฀ технологии฀ изготовления฀ изделий฀ на฀
их฀основе.฀Важным฀требованием฀является฀также฀совместимость฀
волокон฀ с฀ материалом฀ матрицы,฀ т.е.฀ возможность฀ достижения฀
прочной฀связи฀на฀границе฀раздела฀матрица-волокно฀[2].฀
฀
฀
3. НЕТКАНЫЕ ВОЛОКНИСТЫЕ НАПОЛНИТЕЛИ
฀
Одними฀из฀самых฀дешевых฀наполнителей,฀используемых฀при฀
изготовлении฀ ВКМ,฀ являются฀ нетканые฀ материалы.฀ К฀ числу฀
нетканых฀ материалов฀ (НВМ)฀ относят฀ однонаправленные฀
моноволокна;฀ крученые฀ и฀ некрученые฀ нити,฀ коротковолнистую฀
арматуру฀в฀виде฀штапельного฀волокна,฀нитевидных฀кристаллов,฀
усов;฀холсты฀(маты)฀из฀перекрещенных฀непрерывных฀волокон฀и฀
нитей,฀из฀рубленных฀штапельных฀волокон;฀листовые฀материалы฀
с฀ хаотичным฀ расположением฀ коротких฀ волокон฀ (бумага,฀ шпон,฀
фанера)฀и฀сплошной฀структурой฀(фольга,฀полимерные฀пленки).฀
Промышленные волокна. В฀ волокнистых฀ композиционных฀
материалах฀ для฀ армирования฀ используются฀ практически฀ все฀
виды฀ волокон,฀ производимых฀ промышленностью.฀ Рассмотрим฀
฀
9฀
микрофибрилл.฀
Микрофибриллы฀
в฀
наружном฀
слое฀
ориентированы฀ в฀ продольном฀ направлении,฀ тогда฀ как฀ во฀
внутреннем฀ слое฀ степень฀ ориентации฀ их฀ очень฀ низкая.฀
Вискозные฀ высокомодульные฀ и฀ особенно฀ полинозные฀ волокна฀
отличаются฀ высокой฀ степенью฀ ориентации฀ и฀ однородностью฀
структуры,฀ повышенной฀ степенью฀ кристалличности.฀ Благодаря฀
высокой฀ ориентации,฀ однородности฀ структуры฀ изменяется฀ и฀
морфология฀ волокон.฀ Поперечное฀ сечение฀ этих฀ волокон฀ в฀
отличие฀ от฀ поперечного฀ сечения฀ обычных฀ вискозных฀ нитей฀ не฀
имеет฀извилин,฀оно฀овальное,฀близкое฀к฀кругу.฀
Ацетатные волокна฀ по฀ химическому฀ составу฀ представляют฀
собой฀ ацетилцеллюлозу.฀ Структура฀ волокон฀ аморфнокристаллическая,฀с฀небольшой฀степенью฀кристалличности.฀
Синтетические волокна получили฀широкое฀распространение,฀
и฀ их฀ баланс฀ в฀ общем฀ производстве฀ текстильных฀ волокон฀ все฀
более฀увеличивается.฀฀
Из฀ синтетических฀ волокон฀ большую฀ группу฀ представляют฀
полиамидные฀ волокна฀ (капрон,฀ перлон,฀ дедерон,฀ нейлон฀ и฀ др.).฀
Структура฀
волокон฀
из฀
поликапроамидов฀
аморфнокристаллическая,฀степень฀кристалличности฀может฀достигать฀70%.฀
Кристаллиты฀ включают฀ несколько฀ звеньев,฀ ориентированных฀
вдоль฀ волокон.฀ Форма฀ сечений฀ волокон฀ может฀ быть฀ разной,฀
обычно฀сечение฀круглое,฀но฀может฀быть฀и฀другой฀формы.฀К฀этой฀
группе฀ относятся฀ и฀ волокна฀ из฀ полиэнантоамида,฀ отличающиеся฀
от฀ поликапроамидных฀ волокон฀ химическим฀ строением฀
элементарного฀звена.฀Конфигурация฀молекулярной฀цепи฀волокон฀
этого฀вида,฀как฀и฀у฀капроамидных,฀вытянутая,฀зигзаг฀с฀несколько฀
большей฀длиной฀элементарного฀звена.฀
Полипропиленовые и полиэтиленовые волокна относятся฀ к฀
полиолефиновым฀ волокнам.฀ Форма฀ поперечного฀ сечения฀
волокон฀ овальная,฀ фибриллы฀ ориентированы฀ вдоль฀ оси.฀
Структура฀
макромолекул฀
стереорегулярная.฀
Степень฀
полимеризации฀ волокон฀ может฀ меняться฀ в฀ широких฀ пределах.฀
฀
12฀
общие฀свойства฀основных฀групп฀нетканых฀наполнителей.฀
฀
฀
฀
3.1. Непрерывные волокна и нити
฀
3.1.1. Текстильные формы волокон
Непрерывные฀
волокна฀
применяются฀
в฀
виде฀
однонаправленных฀ моноволокон฀ или฀ пучков฀ волокон,฀
называемых฀ текстильными฀ формами.฀ Известны฀ следующие฀
текстильные฀ формы฀ волокон:฀ нити฀ (крученые฀ и฀ некрученые),฀
пряжи,฀жгуты฀или฀ровинги,฀концы,฀стренги,฀канаты฀и฀т.฀п.฀
Волокно однонаправленное непрерывное฀ -฀ это฀ элементарное฀
волокно฀ большой฀ (бесконечной)฀ длины,฀ сформованное฀ из฀
одного฀ отверстия฀ фильеры.฀ Часто฀ волокна฀ однонаправленные฀
непрерывные฀называют฀филаментами.฀
Нить -฀текстильная฀форма฀волокон,฀полученная฀компоновкой฀
(без฀ скрутки)฀ или฀ скручиванием฀ двух฀ или฀ более฀ непрерывных฀
волокон฀ (филаментов)฀в฀один฀пучок.฀Известно฀несколько฀видов฀
нитей:฀ непрерывная฀ или฀ пряжа,฀ комплексная฀ и฀ трощеная฀
(полученная฀ скручиванием฀ двух฀ и฀ более฀ одиночных฀ нитей฀ в฀
одной฀ операции).฀ Количество฀ элементарных฀ волокон฀ в฀ нитях฀
составляет฀от฀5฀до฀1000฀шт.;฀диапазон฀линейной฀плотности฀-฀от฀
нескольких฀ единиц฀ до฀ 300฀ текс.฀ Текс฀ -฀ единица฀ линейной฀
плотности,฀характеризующая฀толщину฀волокон฀и฀нитей.฀
Жгут -฀ текстильная฀ форма฀ волокон,฀ состоящая฀ из฀ большого฀
числа฀ филаментов฀ (линейная฀ плотность฀ свыше฀ 300฀ текс).฀
Обычно฀жгуты฀составляются฀не฀из฀волокон,฀а฀из฀нитей.฀
Ровинг -฀это฀жгут,฀образованный฀пучками฀непрерывных฀нитей฀
в฀ виде฀ некрученых฀ элементарных฀ волокон฀ и฀ пучков฀ или฀
крученых฀нитей.฀
Стренг -฀ пучок฀ непрерывных฀ нитей,฀ собранных฀ в฀ единый฀
฀
10฀
компактный฀ жгут฀ без฀ скрутки.฀ Обычно฀ в฀ жгут฀ собирают฀ по฀ 51,฀
102฀и฀204฀непрерывных฀нити.฀
Конец -฀ пучок฀ ровинга,฀ состоящий฀ из฀ определенного฀
количества฀волокон,฀собранных฀вместе.฀
Общепринято฀ считать,฀ что฀ группа฀ волокон฀ после฀ их฀
соединения฀без฀скрутки฀-฀это฀концы,฀стренги;฀а฀после฀скрутки฀-฀
нить,฀пряжа.฀
฀
3.1.1 Строение волокон
฀
Волокна฀ (филаменты)฀ имеют฀ сложное฀ физическое฀ строение,฀
которое฀ определяется฀ в฀ основном฀ их฀ природой,฀ и฀ большинство฀
из฀них฀имеет฀высокую฀молекулярную฀массу.฀Волокна฀асбеста฀это฀
кристаллы฀ природных฀ водосодержащих฀ магниевых฀ силикатов฀
(солей฀ кремниевых฀ кислот).฀ Иглоподобные฀ тончайшие฀
кристаллиты฀ асбеста,฀ объединенные฀ в฀ более฀ крупные฀ агрегаты฀
силами฀ межмолекулярного฀ взаимодействия,฀ имеют฀ вытянутую฀
форму฀ и฀ обладают฀ свойствами฀ волокон.฀ Элементарные฀ волокна฀
асбеста฀объединены฀в฀комплексы฀(технические฀волокна).฀
Полимерные волокна฀ весьма฀ разнообразны฀ по฀ своему฀
строению.฀
Из฀
природных฀
полимеров฀
наибольшее฀
распространение฀ в฀ промышленности฀ получили฀ вискозные,฀
ацетатные,฀ триацетатные฀ волокна฀ и฀ нити.฀ Вискозные฀ волокна฀ -฀
группа฀ одинаковых฀ по฀ химическому฀ составу฀ (полученных฀ из฀
гидратцеллюлозы)฀ волокон฀ и฀ нитей,฀ но฀ существенно฀
отличающихся฀ по฀ строению฀ и฀ свойствам.฀ Отличие฀ состоит฀ в฀
пространственном฀ расположении฀ элементарного฀ звена฀
целлюлозы,฀ что฀ оказывает฀ существенное฀ влияние฀ на฀ свойства฀
волокон.฀ Например,฀ гидратцеллюлозные฀ волокна฀ сильнее฀
поглощают฀разные฀вещества฀и฀глубже฀окрашиваются.฀Структура฀
вискозных฀ волокон฀ аморфно-кристаллическая.฀ Обычные฀
вискозные฀ волокна฀ отличаются฀ также฀ неоднородностью,฀
заключающейся฀ в฀ разной฀ степени฀ ориентации฀ фибрилл฀ и฀
฀
11฀
Структура฀ надмолекулярных฀ образований฀ –฀ аморфнокристаллическая,฀ содержание฀ кристаллической฀ фракции฀
достигает฀ 85-95%.฀ Морфология฀ полиэтиленовых฀ волокон฀
существенно฀ не฀ отличается฀ от฀ морфологии฀ полипропиленовых฀
волокон.฀ Полиуретановые฀ волокна฀ состоят฀ из฀ макромолекул,฀
элементарные฀ звенья฀ которых฀ содержат฀ уретановую฀ группу.฀
Строение฀ волокон฀ аморфное,฀ температура฀ стеклования฀ низкая.฀
Гибкие฀ сегменты฀ макромолекул฀ при฀ обычной฀ температуре฀
находятся฀ в฀ высокоэластическом฀ состоянии.฀ Благодаря฀ такому฀
строению฀волокна฀обладают฀очень฀большой฀растяжимостью฀(до฀
500฀-฀700%)฀при฀нормальной฀температуре.฀
В฀волокнах฀из฀фторсодержащих฀полимеров฀по฀сравнению฀с฀
винилиденхлоридом฀ водород฀ и฀ хлор฀ замещаются฀ фтором.฀
Элементарные฀ звенья฀ волокон฀ тефлон฀ —CF2—,฀ волокон฀
фторлон฀ —СН2—CHF—.฀ Особенностью฀ структуры฀ этих฀
волокон฀ является฀ значительная฀ энергия฀ связи฀ атомов฀
углерода฀ и฀ фтора,฀ ее฀ полярность,฀ определяющая฀ высокую฀
стойкость฀к฀действию฀агрессивных฀сред.฀
Углеродные волокна - жаропрочные волокна,฀ конфигурация฀
цепи฀ макромолекул฀ слоисто-ленточная,฀ степень฀ полимеризации฀
очень฀ высокая.฀ На฀ рис.฀ 1฀ представлены฀ различные฀ по฀ своей฀
структуре฀волокна.฀
Структуру฀ волокон฀ и฀ нитей฀ исследуют฀ многими฀ способами,฀
однако฀ наиболее฀ широкое฀ применение฀ нашел฀ метод฀
микрокалориметрии,฀ основанный฀ на฀ измерении฀ тепловых฀
эффектов,฀сопро-฀
฀
13฀