Конспект урока » Классификация текстильных волокон. Натуральные волокна»

Что такое волокна? Это тонкие нити, длина которых, как минимум, в сто раз больше ширины. Они могут возникать как естественным путем, так и могут быть получены искусственно. Эта единица материи характеризуется такими свойствами, как сплоченность, эластичность, гибкость, тонкость, и однородность. Так какие существуют волокна? Прежде всего, они подразделяются на натуральные (природные) и искусственные.

Что такое волокна натурального происхождения

Это все волокна, которые происходят из природных источников, из них может формироваться растительная ткань, минеральное вещество или текстиль. Такие волокна являются биоразлагаемым и возобновляемым ресурсом. Они легко доступны из природных материалов и, как правило, имеют низкую стоимость за единицу объема. Эти волокна классифицируются по происхождению:

• Растительные – одним из основных компонентов таких нитей является целлюлоза, которая используется при производстве бумаги и ткани. Она содержится в хлопке, льне и конопле. Пищевые волокна (клетчатка) содержатся в пищевых растительных продуктах, таких как злаки, фрукты, овощи, орехи. Это тот тип углеводов, который не усваивается ферментами нашего организма. Клетчатка помогает поддерживать здоровье кишечника и снизить риск заболеваний, таких как диабет, рак кишечника и ишемическая болезнь сердца.
• Животные волокна, состоящие, в основном, из белка. Они включают шелковое волокно из шелкопрядов, меховое волокно (к примеру, из овечьей шерсти), коллагеновое волокно (извлеченное из шкур животных), хитин (извлеченный из ракообразных и моллюсков).

• Минеральные волокна берут свое начало в породах с волокнистой структурой. Состоят, в основном, из силикатов. Единственным примером природного минерального волокна является асбест.

Белковые нити

Состоят в основном из биологически значимых белков удлиненной формы. К ним относятся коллаген – образует часть мышечной, нервной, соединительной или другой ткани в организме человека или животного; и кератин – основной элемент волоса, кожи и ногтей.

Чтобы понять, что такое волокна белковые, следует указать их примеры в организме позвоночного. Итак. Мышечное волокно – длинные цилиндрические клетки, состоящие из пучка миофибрилл, волокон, расположенных в сегментах, известных как саркомеры (базовые сократительные единицы поперечнополосатых мышц). Мышцы бывают разных типов: сердечные (формируют стенку сердца), гладкие (находятся внутри кровеносных сосудов) и скелетные. Нервные волокна состоят из аксонов. Из отростков нервных клеток малого диаметра, проводящих электрические импульсы по центральной нервной системе.

Свойства волокон натурального происхождения

Такие нити обладают рядом качеств: малым весом и стоимостью, высокой удельной прочностью и удельной жесткостью. Эти свойства сделали их особенно привлекательными для многих различных промышленных целей. Все натуральные волокна не термопластичны – они не теряют своей формы и не размягчаются при нагревании. При температуре ниже точки разложения и распада они проявляют небольшую чувствительность к сухому теплу и не имеют усадки или высокой растяжимости при нагревании, а также не становятся хрупкими при охлаждении до температуры ниже нуля. Но под воздействием солнечного света и влаги натуральные волокна имеют тенденцию желтеть. А длительное воздействие приводит к потере прочности.

Все натуральные волокна особенно чувствительны к микробам разложения, включая плесень и гниль. Целлюлозные волокна разлагаются аэробными бактериями (получающими энергию от кислорода) и грибами. Они распадаются при высокой влажности, высоких температурах и, особенно, при отсутствии света. Термиты и серебряные рыбы тоже опасны для целлюлозы.

Шерсть и шелк подвержены не только микробному разложению бактериями и плесенью, но и повреждению от моли и ковровых жуков.

Свойства минеральных волокон

Что такое волокна минеральные и каковы их свойства? Большинство форм асбеста для всех практических целей являются инертными. Это то качество, которое делает его таким желанным в промышленности. Асбест нерастворим в воде и в органических растворителях, он обладает огромной термостойкостью, термическим и электрическим сопротивлением, не воспламеняется, а его прочность на растяжение превышает прочность стали. Асбестовые волокна не имеют заметного запаха или вкуса. Они чаще применяются в качестве наполнителей в теплоизоляционных и огнезащитных материалах.

Волокна искусственного происхождения

Это волокна, в которых либо основные химические звенья были сформированы химическим синтезом с последующим образованием волокон, либо полимеры из природных источников были растворены и регенерированы после прохождения через фильеру с образованием волокон.

Искусственные волокна подразделяются на три класса.

• На основе натуральных полимеров. Наиболее распространенным натуральным полимерным волокном является вискоза, изготавливаемая из целлюлозы. Ее получают в основном из выращиваемых деревьев. Другие волокна на основе целлюлозы: лиоцелл, модал, ацетат и триацетат. Менее распространенные натуральные полимерные волокна входят в состав каучука, альгиновой кислоты и регенерированного белка.
• Волокна, изготовленные из химических полимеров, которых нет в природе. Они, в основном, нерастворимы и не являются химически активными. Наиболее распространенными являются полиэстер, полиамид (часто называемый нейлоном), акрил и модакрил, полипропилен, сегментированные полиуретаны, которые представляют собой эластичные волокна, известные как спандекс или эластаны.

• Волокна, изготовленные из неорганических материалов, таких как стекло, металл, углерод или керамика. Они очень часто используются для армирования пластиков с целью формирования композитов.

Их свойства

По сути, все эти волокна имеют общие характеристики: прочность, ударная вязкость, устойчивость к теплу и плесени, а также способность удерживать прессованную форму. Тем не менее, неорганические волокна трудно обрабатывать традиционными текстильными технологиями, такими как плетение или вязание, из-за того, что они легко ломаются при изгибе, а также обладают высокими коэффициентами трения с металлами.

В данной статье мы рассмотрели, какие волокна бывают и какими свойствами обладают.

Похожие статьи

Посмотреть

Канаты, веревки и шпагаты изготавливают из текстильной пряжи и нитей путем кручения и плетения.

Для производства пряжи используют текстильные волокна — длинные (в сотни миллиметров) и очень тонкие (в несколько микрометров) тела, обладающие достаточной прочностью и гибкостью. Они бывают элементарными (одиночными) и комплексными, состоящими из нескольких элементарных волокон, соединенных между собой. Элементарные волокна, в отличие от комплексных, разрушаются при попытке разделить их вдоль оси на более тонкие волокна.

Натуральные волокна — это волокна, возникающие в результате естественных процессов природы и добываемые человеком (в отличие от искусственных) в готовом виде. Натуральные волокна подразделяются на три группы:

Растительные волокна	Волокна животного происхождения	Волокна минерального происхождения
Хлопок Лен Пенька Джут Манильская пенька Сизаль	Шерсть Натуральный шелк	Асбест Базальтовое волокно

Все натуральные волокна растительного происхождения образованы природным полимером — целлюлозой (С6Н10О5), и поэтому могут быть названы целлюлозными волокнами. Наиболее чистая целлюлоза известна нам в виде фильтровальной бумаги, ваты, белых льняных и хлопчатобумажных тканей.

Целлюлоза, или клетчатка, относится к классу углеводов. Количество элементарных звеньев, составляющих макромолекулу целлюлозы (коэффициент полимеризации), в среднем достигает 6-10 тысяч. Чем выше коэффициент полимеризации, чем длиннее макромолекулы, тем прочнее волокно.

Целлюлоза   не   является   химически инертным веществом и расщепляется при гидролизе до глюкозы. Промышленная химическая обработка растительного сырья ведет к разрушению примесей, в то время как сама целлюлоза или не затрагивается, или разрушается в гораздо меньшей степени. Целлюлоза распадается только под воздействием неорганических и органических кислот, щелочей (при наличии кислорода) и сильных окислителей (хлор, перекись водорода и др.). Кислород воздуха также может окислять целлюлозу, но в обычных условиях бытового использования этот процесс протекает очень медленно, и лишь при интенсивной инсоляции и повышенной температуре. Целлюлоза распадается также под влиянием анаэробных (водородное и метановое брожение) и аэробных бактерий.

Из ряда химических изменений, которые претерпевает целлюлоза еще в растениях по мере их роста, можно назвать одревеснение. В целлюлозной стенке растительной клетки образуется лигнин, отличающийся от целлюлозы повышенным содержанием в молекуле углерода и наличием метоксильных групп.

От 20 до 30% массы волокна составляют гемицеллюлоза, пектины и полиурониды — спутники целлюлозы. Они менее стойки по отношению к кислотам и щелочам и имеют меньший молекулярный вес. Кроме того, растения содержат белковые, воскообразные, дубильные, зольно-минеральные и некоторые другие вещества.

Лигнин и другие примеси, связанные химически или анатомически с целлюлозой в сырых волокнах, называют инкрустирующими веществами. По содержанию этих веществ хлопок и джут, например, занимают крайние и противоположные места. Количество инкрустирующих веществ в хлопке 5%, во льне — 13%, в пеньке — 25%, в джуте — 38%. Помимо инкрустирующих веществ в волокне содержатся также жир и воск.

Микрохимические исследования показывают, что макромолекулы целлюлозы волокна всех лубяных растений ориентированы в стеблях преимущественно в продольном направлении, хотя полной ориентации молекул не наблюдается. Такая структура обусловливает определенные физические и химические свойства волокон, наибольшее значение из которых имеет прочность волокон в продольном направлении.

Будучи весьма близкими по своему химическому составу, растительные волокна разных ботанических видов, используемых в качестве сырья, глубоко отличаются по своему происхождению и по морфологическому строению. Хлопок представляет собой образование эпидермиса семян, в то время как другие целлюлозные волокна — пенька, лен, джут — являются лубяными клетками, склеенными в пучки и скрытыми внутри стеблей.

Все растительные волокна гигроскопичны, т. е. поглощают влагу из окружающего воздуха. В нормальных атмосферных условиях натуральные растительные волокна содержат от 8 до 13% влаги.

Прочность технического лубяного волокна возрастает при увеличении влажности до 15-16%, после чего она начинает падать из-за ослабления связи между элементарными волокнами в лубяных пучках, и при 80%-й влажности величина этого показателя уменьшается почти вдвое от исходного уровня.

• Искусственные волокна (вискозные, медноаммиачные, ацетатные, белковые) получают из природных натуральных высокомолекулярных соединений. Они обладают свойствами и натуральных и ненатуральных волокон, однако производятся в меньших количествах по сравнению с натуральными.
• Синтетические волокна производят путем химического высокомолекулярного синтеза из растворов и расплавов (полиамидные, полиолефиновые, полиэфирные волокна).

Волокна являются основой всех современных тканей и материалов. Они различаются по химическому составу, свойствам, строению (структуре).

Классифицируются волокна по двум основным признакам:

• способу получения изделия;
• химическому составу.

С учетом основных классификационных признаков волокна делятся на химические и натуральные. Каждая группа обладает своими преимуществами, особенностями применения и эксплуатационными характеристиками.

Натуральные волокна

К этой категории волокон относятся материалы природного происхождения (минерального, животного, растительного). Самыми известными являются шелк, шерсть, лен и хлопок. Шерстяные и шелковые волокна имеют животное происхождение. Шерсть представляет собой волосяной покров верблюдов, коз, овец и т.д. Отличительной особенностью сырья является неоднородность (в состав входит 4 типа волокон: пух, переходный волос, ость, мертвый волос), высокая степень первоначального загрязнения. Шерсть, прежде чем попасть в текстильное производство, проходит несколько стадий обработки, включая сортировку, разрыхление, трепание, стирку, сушку. Шелк производится шелковичным червем (шелкопрядом). Сырье представляет собой тончайшую коконную нить из двух склеенных серицином шелковин. Особенностью волокон шелка является чувствительность к ультрафиолету. Растительные материалы хлопок и лен изготавливаются из хлопка-сырца и льняного стебля соответственно. Сырье проходит множество стадий обработки, прежде чем принимает привычный вид нитей или полотна.

Химические волокна

Химические волокна изготавливаются в условиях производства. Их получают из высокомолекулярных соединений природного происхождения (кератина, фиброина, целлюлозы). Синтетические волокна изготавливают из метана, ацетилена, этилена, фенола, других низкомолекулярных соединений. В процессе их производства инициируются реакции поликонденсации и полимеризации.

Из искусственных волокон наиболее известны следующие виды:

• вискоза, мягкая, яркая, гигроскопичная, глянцевая;
• полиамиды (энант, анид, капрон), прочные на растяжение и разрыв;
• полиэфиры (лавсан), обладающие высокой упругостью;
• полиакрилонитрилы (нитрон), мягкие, прочные, превосходящие по теплозащите натуральную шерсть;
• полиуретаны (спандекс) с разрывным удлинением до 800% и низкой гигроскопичностью.

• Алексеева Елена Александровна, учитель технологии

Разделы: Технология

Тип урока: урок повторения, обобщения и систематизации знаний, выработке умений по их применению.

Цель урока:

• систематизировать знания о классификации текстильных волокон и способы их получения
• научить отличать виды тканей и определять их свойства
• воспитывать коммуникативные умения
• развивать речь

Наглядные пособия: коллекция образцов тканей, коллекция «Хлопок», «Шерсть», «Шелк», «Лен», «Натуральные и химические волокна».

Материалы и инструменты: рабочая тетрадь, образцы тканей.

Ход урока.

1. Организационный момент.
2. Основная часть.
3. Все эти свойства зависят от исходного сырья для получения тканей. Оно называется? (волокно)
4. Назовите, пожалуйста, растения, из которых получают натуральные волокна (хлопок, лен, кунжут).
5. А из пальмовых листьев можно сделать ткань? Оказывается, в Конго издавна изготавливают домотканую материю из пальмовых листьев. Называется она «Пани». Секрет изготовления передается из поколения в поколение, и эта ткань успешно конкурирует на рынке с тканями фабричного производства.
6. А какие вы знаете еще волокна, подаренные природой?
7. А вы знаете, что в Древнем Египте уже был известен ткацкий станок?
8. Производство шелковых тканей стало известно еще с 3 тысячелетия до нашей эры в Китае, история знает Великий Китайский шелковый путь. Много веков владел Китай тайной его производства и удерживал секрет в пределах своего государства. Смерть или пытки полагались по закону всякому, кто попытается разгласить тайну разматывания коконов или вывести за пределы страны тутового шелкопряда.
9. получение и предварительная обработка сырья
10. приготовление прядильного раствора или расплава
11. формование нитей с помощью фильер
12. отделка
13. текстильная переработка.

От свойств волокон, их толщины, длины, прочности, извитости, упругости зависят свойства и качество изготавливаемой ткани.

• Какие это свойства?

Физико-механические свойства определяют, как относится ткань к действию внешних сил. Гигиенические свойства направлены на сохранение жизни и здоровья человека Технологические свойства – это свойства, появляющиеся в ткани в процессе изготовления изделия, начиная от раскроя и заканчивая ВТО.

• Поработать с образцами и сделать соответствующий вывод в таблице.

Сравнительная характеристика свойств натуральных и химических волокон

свойства	хлопок	лен	шерсть	шелк	искусственные	синтетические
Физико-механические свойства	прочность
сминаемость
драпируемость
износостойкость
Гигиенические свойства	теплозащитность
пылеемкость
гигроскопичность
Технологические свойства	скольжение
усадка
осыпаемость

Контрольные вопросы и практические задания:

1. Заполнить кроссворд (Приложение 1).
2. Ответить на вопросы карточек- заданий (Приложение 2).
3. Ответить на вопросы теста (Приложение 3).

Итоги урока и оценки выполненной работы.

11.01.2009

История

Впервые мысль о том, что человеком может быть создан процесс, подобный процессу получения натурального шелка, при котором в организме гусеницы шелкопряда вырабатывается вязкая жидкость, затвердевающая на воздухе с образованием тонкой прочной нити, была высказана французским ученым Р. Реомюром ещё в 1734 году.

Производство первого в мире химического (искусственного) волокна было организовано во Франции в городе Безансоне в 1890 году и основано на переработке раствора эфира целлюлозы (нитрата целлюлозы), применяемого в промышленности при получении бездымного пороха и некоторых видов пластмасс.

• На первом этапе — с конца XIX века до 1940—1950-х годов — разрабатывались и совершенствовались процессы получения искусственных волокон на основе природных полимеров из их растворов мокрым методом формования. Развивалось производство вискозных волокон. Некоторое развитие получили процессы сухого формования ацетатных волокон. Однако доминирующую роль в изготовлении текстильных изделий играли природные волокна, химические рассматриваются только как дополнение к природным волокнам. Изделия из химических волокон изготавливались в весьма небольших количествах.
• На втором этапе — 1940-е—1970-е годы — развивались процессы синтеза волокнообразующих мономеров, полимеров и технологии получения волокон из расплавов синтетических полимеров. Одновременно сохранялось и совершенствовалось производство волокон мокрым методом формования. Производство химических волокон развивалось в промышленно развитых странах. В этот период созданы основные виды химических волокон, которые можно назвать «традиционными» или «классическими». Химические волокна рассматривались как дополняющие и только частично заменяющие природные волокна. Начинали развиваться процессы модифицирования волокон.
• На третьем этапе — 1970—1990-е годы — выпуск химических волокон существенно возрос. Широко развились методы их модифицирования для улучшения потребительских свойств. Химические волокна приобрели самостоятельное значение для самых различных видов изделий и областей применения. Кроме того, они широко используются в смесях с природными волокнами. В этот же период в промышленно развитых странах созданы «волокна третьего поколения» с принципиально новыми специфическими свойствами: сверхпрочные и сверхвысокомодульные, термостойкие и трудногорючие, хемостойкие, эластомерные и др.
• На четвёртом этапе — с 1990-х годов по настоящее время — идёт современный этап развития производства химических волокон, появление новых способов модифицирования, создание новых видов многотоннажных волокон: «волокон будущего» или «волокон четвёртого поколения». В их числе новые волокна на основе воспроизводимого растительного сырья (лиоцелл, полилактидные), новые мономеры и полимеры, получаемые путём биохимического синтеза и волокна на их основе. Проводятся исследования по применению новых принципов получения полимеров и волокон, основанных на методах генной инженерии и биомиметики.

Как правильно употреблять?

Основные принципы правильного употребления полезных волокон, которые так важны для организма человека:

1. Они должны присутствовать во всех приемах пищи.
2. Фрукты нужно есть вместе с кожурой.
3. Для перекуса использовать только фрукты.
4. Полностью исключить из меню выпечку из белой муки.
5. Регулярно употреблять небольшое количество отрубей.
6. Длительная термообработка способствует снижению содержания полезного вещества.
7. Вместо шлифованного риса стоит употреблять черный или коричневый.

Перед введением в меню клетчатки не помешает консультация опытного диетолога, особенно при наличии лишнего веса и сахарного диабета.

Строение мышцы

Каждая скелетная мышца состоит из множества тонких мышечных волокон, толщиной 0,05-0,11 мм и длиной до 15 см. Мышечные волокна собраны в пучки по 10-50 штук, окруженные соединительной тканью. Сама мышца тоже окружена соединительной тканью (фасцией). Мышечные волокна составляют 85-90% массы мышцы, остальную часть составляют кровеносные сосуды и нервы, проходящие между ними. Мышечные волокна плавно переходят на концах в сухожилия, а сухожилия крепятся к костям.

В саркоплазме (цитоплазме) мышечных волокон содержится множество митохондрий, которые выполняют роль электростанций, где проходят процессы обмена веществ и скапливаются вещества богатые энергией, а также другие вещества, необходимые для обеспечения энергетические потребностей. Каждая мышечная клетка имеет тысячи митохондрий, которые составляют 30-35% ее массы. Митохондрии выстраиваются цепочкой вдоль миофибрилл, тонких мышечных нитей, благодаря которым и происходит сокращение-расслабление мышц. Одна клетка содержит обычно несколько десятков миофибрилл. Длина миофибриллы может достигать нескольких сантиметров, а масса всех миофибрилл мышечной клетки составляет около 50% ее общей массы. Таким образом, толщина мышечного волокна главным образом будет зависеть от количества находящихся в нем миофибрилл и от поперечного сечения миофибрилл. Миофибриллы в свою очередь состоят из множества крохотных саркомеров.

Целенаправленные занятия физкультурой и спортом приводят к:

• увеличению количества миофибрилл в мышечном волокне;
• увеличению поперечного сечения миофибрилл;
• увеличению размеров и количества митохондрий, снабжающих миофибриллы энергией;
• увеличиваются запасов энергоносителей в мышечной клетке (гликогена, фосфатов и т.д.).

В процессе занятий сначала увеличивается сила мышцы, в последствии увеличивается толщина мышечного волокна, что в конечном итоге приводит к общему увеличению поперечного сечения всей мышцы. Процесс увеличения толщины мышечных волокон называется гипертрофия, а уменьшения — атрофия.

Сила и мышечная масса увеличиваются не пропорционально: если мышечная масса увеличивается, например, вдвое, то мышечная сила при этом увеличится втрое.

Биопсии мышечной ткани показали более низкий процент миофибрилл в мышечных волокнах женщин, чем у мужчин (даже у спортсменок высокой квалификации). Вкупе со значительно более низким уровнем тестостерона (тестостерон заставляет «выжимать» из мужского организма максимум), традиционная у мужчин тренировка на увеличение мышечной массы с большими весами в малом числе повторений оказывается малоэффективной для большинства женщин. Поэтому женщины и не могут нарастить огромные мышцы, как бы не старались. Количество мышечных волокон в конкретной мышце задано генетически и в процессе тренировок не изменяется. Поэтому человек с бОльшим количеством мышечных волокон в конкретной мышце имеет бОльший потенциал для развития этой мышцы, нежели другой человек, имеющий меньшее количество мышечных клеток в этой мышце.

Определение искусственных и синтетических тканей

Зная волокнистый состав тканей и свойства волокон, можно определить назначение ткани, ее поведение при раскрое, пошиве, влажнотепловой обработке, носке.

Признаки определения искусственных и синтетических тканей

Характерные признаки определения тканей	Показатели признаков тканей
вискозных	ацетатных	капрона	нитрона
Блеск	Резкий	Матовый	Резкий	Матовый
Гладкость поверхности	Гладкая	Гладкая	Гладкая	Шероховатая
Мягкость	Мягкая	Мягкая	Жесткая	Мягкая
Сминаемость	Сильная	Средняя	Малая	Средняя
Осыпаемость	Большая	Большая	Очень большая	Малая
Прочность в мокром состоянии	Малая	Средняя	Большая	Большая
Действие ацетона	—	Растворяется	—	—
Действие уксусной кислоты	—	Растворяется на холоде	Растворяется при нагреве	—
Горение	Смотрите таблицу – Свойства искусственных волокон	Смотрите таблицу – Свойства искусственных волокон	Смотрите таблицу – Свойства синтетических волокон	Смотрите таблицу – Свойства синтетических волокон

Лабораторно-практическая работа

Определение искусственных и синтетических тканей

Оборудование: образцы тканей, рабочая коробка, (указанны в таблице выше).

Ход работы

1. Рассмотреть образцы тканей. Определить искусственные и синтетические ткани по характеру горения. Заполнить таблицу (смотрите таблицу ниже).
2. Составить коллекцию искусственных и синтетических тканей.
3. Ответить на вопросы:

   1. Какими свойствами обладает вискозный шелк? 2. Чем по внешнему виду отличается ацетатный шелк от капрона? 3. Как горит вискозный шелк? 4. Какая ткань растворяется в ацетоне?

   

4. Волокна, изготовленные из химических полимеров, которых нет в природе. Они, в основном, нерастворимы и не являются химически активными. Наиболее распространенными являются полиэстер, полиамид (часто называемый нейлоном), акрил и модакрил, полипропилен, сегментированные полиуретаны, которые представляют собой эластичные волокна, известные как спандекс или эластаны.
5. продавливание прядильного раствора через отверстия фильер,
6. затвердевание вытекающих струек,
7. наматывание полученных нитей на приемные устройства.