• Волокна

Определения и обозначения

Волокно — тонкое, гибкое и прочное тело, длина которого значительно превышает поперечные размеры. Оно служит исходным материалом для нитей и тканей: отдельные волокна соединяют, а нити переплетают или скрепляют. Так получают текстиль, пригодный для изготовления одежды и других изделий.

Натуральное волокно — волокно, образующееся в природе. К растительным примерам относятся хлопок и лён, к животным — шерсть и шёлк. Это деление помогает связать происхождение материала с его составом и понять, почему волокна разных источников ведут себя по-разному.

Химическое волокно — волокно, полученное промышленным способом из природного или синтезированного сырья. Его производят, чтобы получать материалы с заданными свойствами и в нужном количестве. К химическим относятся искусственные и синтетические волокна.

Синтетическое волокно — химическое волокно из синтетического полимера, образованного в результате химического синтеза. Полимер — вещество из множества соединённых звеньев; при синтезе такие вещества создают из более простых исходных веществ. Поэтому для определения синтетического волокна важно учитывать не только его производство, но и происхождение полимера.

Как это устроено

Отдельные волокна тонкие и длинные, поэтому их можно вытягивать, соединять и переплетать. При скручивании множество волокон удерживается вместе и образует нить, которую удобнее использовать для изготовления ткани. Переплетение нитей создаёт цельный материал, а характер переплетения влияет на его плотность и гибкость. Так особая форма волокон делает возможным производство разных текстильных изделий.

Натуральные волокна имеют разное происхождение, и этим объясняется различие их состава. Растения формируют клеточные стенки из целлюлозы, поэтому хлопок и лён состоят преимущественно из этого полимера. В шерсти и шёлке основой служат белки, которые образуются в организмах животных. Разный состав означает разные взаимодействия с водой, нагреванием и другими веществами.

Чтобы получить химическое волокно, полимер сначала переводят в текучее состояние — растворяют или расплавляют. Затем массу продавливают через небольшие отверстия фильеры, то есть формующей детали, и превращают в тонкие нити. После затвердевания их вытягивают или обрабатывают: это помогает изменить прочность и другие характеристики. Поэтому способ формования и последующей обработки тоже влияет на свойства готового волокна.

Искусственные волокна делают из природных полимеров, например из целлюлозы, выделенной из древесины. Сырьё проходит химическую и механическую переработку, после чего из него формуют волокна; пример — вискоза. Синтетические волокна производят иначе: сначала химическим синтезом получают полимер, а затем формуют его в волокно. Значит, названия групп указывают на происхождение исходного полимера, а не просто на то, что производство проходит на заводе.

Состав и строение определяют, как волокно реагирует на нагрузку, влагу, тепло и химические вещества. Прочность показывает, насколько материал сопротивляется разрыву, а растяжимость — насколько он удлиняется под нагрузкой. Гигроскопичность — способность поглощать влагу; она не обязана быть высокой у прочного волокна. Поэтому при выборе материала учитывают сразу несколько свойств и принимают во внимание обработку, меняющую поведение волокон.

Происхождение, состав и свойства волокон

Таблица показывает, какие примеры относятся к каждой группе, из какого сырья их получают и для чего используют. Сравнивайте материалы по всем столбцам: одинаковое назначение не означает одинакового состава или свойств. Характеристики в таблице описаны обобщённо, поскольку конкретные свойства зависят также от обработки и строения материала.

Разбор задач

Задача 1. Распределите хлопок, шерсть, вискозу и капрон по группам: натуральные, искусственные и синтетические волокна. Здесь важно не смешать происхождение волокна с происхождением сырья. Для каждого примера выясним, образуется ли он в природе или производится человеком и из чего его получают.

1. Хлопок образуется в растении, а шерсть получают от животных. Значит, оба волокна натуральные, но относятся к разным группам по происхождению.
2. Вискозу производят из целлюлозы — природного полимера. Поскольку само волокно получают промышленной переработкой сырья, это искусственное волокно.
3. Капрон получают из синтетического полимера, созданного химическим синтезом. Поэтому он относится к синтетическим волокнам.

Ответ: натуральные — хлопок и шерсть; искусственное — вискоза; синтетическое — капрон. Проверка основана на двух признаках: природном образовании волокна и способе получения исходного полимера. Одного факта, что сырьё когда-то имело природное происхождение, недостаточно.

Задача 2. Волокно получено из целлюлозы, выделенной из древесины. Определите его группу и объясните ответ. В условии названа основа сырья, но нужно установить, формировалось ли волокно в природе или было изготовлено. Это различие отделяет натуральные волокна от химических.

1. Целлюлоза в древесине имеет природное происхождение и является природным полимером. Но исходное сырьё и готовое волокно — не одно и то же.
2. Если из выделенной целлюлозы промышленно формуют волокно, его получают в ходе переработки. Само волокно не образуется в древесине в готовом текстильном виде.
3. Химические волокна из природных полимеров называют искусственными. Значит, описанный материал относится к искусственным волокнам.

Ответ: это искусственное волокно. Природная целлюлоза служит сырьём, но способ получения промышленный. Такой подход позволяет отличить вискозу от натуральных растительных волокон, например хлопка.

Задача 3. Для ткани требуется волокно, которое мало мнётся, прочное и устойчивое к износу. Предложите подходящую группу и укажите возможный недостаток. Требования описывают поведение готового материала, поэтому нужно соотнести их с типичными свойствами волокон. При этом выбор не должен основываться на одном преимуществе.

1. Синтетические волокна часто отличаются прочностью и устойчивостью к износу. Поэтому их можно предложить для ткани, которая должна долго сохранять форму и меньше мяться.
2. Проверяем возможный недостаток: многие синтетические волокна хуже впитывают влагу, чем хлопок. Одежда из такой ткани может быть менее комфортной при жаре или активном движении.
3. Уточняем, что свойства зависят от конкретного волокна, состава ткани и обработки. Иногда недостаток уменьшают, смешивая волокна разных групп.

Ответ: подойдут синтетические волокна, например лавсан. Возможный минус — низкая гигроскопичность, то есть слабое впитывание влаги. Решение учитывает и требуемую износостойкость, и комфорт при ношении.

Типичные ошибки

Называть искусственное волокно натуральным только потому, что его сырьё природное, — ошибка: природная целлюлоза ещё не является готовой вискозной нитью. Её промышленно перерабатывают и формуют в волокно. Чтобы проверить себя, спросите, образовался ли материал в природе в готовом виде или был изготовлен человеком.

Смешивать понятия «искусственное» и «синтетическое» легко, потому что оба вида получают на производстве. Но искусственные волокна делают из природных полимеров, а синтетические — из полимеров, полученных химическим синтезом. Проверка простая: выясните происхождение полимера, а не только место производства волокна.

Считать все волокна одной группы одинаковыми по свойствам нельзя: группа указывает на происхождение, но не описывает все особенности материала. На характеристики влияют также состав, строение и обработка. Проверяя утверждение, уточните конкретный вид волокна и условия его получения.

Предполагать, что высокая прочность обязательно означает хорошую гигроскопичность, — значит смешивать разные свойства. Прочность связана с сопротивлением разрыву, а гигроскопичность — с поглощением влаги. Для самопроверки называйте отдельно, какое именно качество материала описано в условии.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны представления о полимерах, мономерах — отдельных исходных частицах для их образования — и полимеризации, процессе соединения таких частиц. Эти понятия помогают объяснить, как получают синтетические полимеры. Также важно различать вещества природного и синтетического происхождения.

Волокна связывают тему полимеров с целлюлозой и белками. Целлюлоза входит в состав хлопка и льна, а также служит сырьём для искусственных волокон. Белки составляют основу шерсти и шёлка, поэтому их свойства обусловлены строением природных полимеров.

Знания о составе и характеристиках волокон помогают разбираться в полимерных материалах и принципах текстильного производства. Они пригодятся и при обсуждении экологических последствий использования пластиков: свойства синтетических материалов влияют на их применение и дальнейшее обращение с ними. Сравнение материалов позволяет оценивать не только удобство, но и последствия их использования.

Что запомнить

• Волокна используют для получения нитей, тканей и других материалов.
• Хлопок и лён — натуральные волокна растительного происхождения.
• Шерсть и шёлк — натуральные волокна животного происхождения.
• Искусственные волокна получают из природных полимеров промышленным способом.
• Синтетические волокна получают из полимеров, образованных химическим синтезом.
• Свойства волокна зависят от его состава, строения и способа получения.