автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.01, диссертация на тему:Оценка и прогнозирование гигроскопических характеристик льносодержащих текстильных материалов

На правах рукописи

ТЕППОУХОВА Мария Викторовна

ОЦЕНКА И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ГИГРОСКОПИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛЬНОСОДЕРЖАЩИХ ТЕКСТИЛЬШХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.19.01. - Материаловедение (текстильное.

кожевенно-мэхсвое, обувное, швейное)

Автореферат диссертации на соискание ученой' степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1995

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете технологии и дизайна на кафедре материаловедения.

Научные руководители: лектор технических наук,

.профессор, заслуженный веятель науки и техники России Перепелкин К. Е. кандидат технических наук, доцент Кынин А. Т.

Официальные оппонента:. доктор технических наук,

. профессор Оридман Л. И. ' кандидат Физико-математических

наук, стариий научный сотрудник Добровольская И. П.

Ведущее предприятие". АО "Большая Костромская

льняная мануфактура"

Защита диссертации состоится 26 декабря 1995 г. в 14.00 ча-"*ов на заседании диссертационного совета К.063.67.03 при Санкт-*кзтербургском Государственном университете технологии и дизайна. Адрес: 191186, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская 18, ауд. 241

С текстом диссертации можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан " 25 "_шайва_ 1995 г.

Ученый секретарь аиссерташанного совета к.т.,н.» доцант

Дергачева Л. А.

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

¿шгадьисггль проблемы исследовення гигроскопическим свойств ькосодэржажик матер'/алоз о5услозлэка рядом ггричик.

Лек з настоящих условиях остался оекозньш еобствэнньл,! раста- ' ельнкм волокном России, пригоггпо! д ''s. изготоз^эшя текстильнш юлотзн. В чистом в'Арп к э соиятении с друпси Г'П'гт.!;.":!".-; из пего 1Роизаодят внсококгмвствекицэ тгсекх 'Ssrrosoro к технического наэ-пзчекия. 3 то жа время, слабая мзучзккооть к нэяостагок оиотэма-wsckhx исследований потпедигзлъсхак сзойстз ¡/гтзриалов на ссно-sg льна привел к. томуг что мк часто кз прэвстгзляется эозмокньм (спользовать оптимальным обрезом и срезнивать яажэ по ряду важ-шк эксплуатационных караетеру.сткк. Отсюда следует необкодимость

)6ъектизшй оц8нки СВОЙСТВ, 3 TOE* ЧИСЛЭ ГКГрОС/СОГШЧеСККИ, яьносо-

©ркааих текегшдьнш материалов.

Кромэ того» актуальность исгладовакия гигроскопически:; :войств льносадержадик материалоз предопрадзлена тем, что вода и эе пары являэтея средой» с которой текстильяке материалы нанояят-;я в постоянном контакте при переработка и эксплуатации. - Однeco, DttSHKa гигроскопических сзойстз стгнлгрт!"1'),м »глодаю* полность'з характеризует как равновесное состояние йа зегтл диякез::* злакности воздуха,, так и кинетику лргшееов сорбции десоглг"? злат. Прастмчвски отеутстзукс егдхзючнгз ср-здэт<я о гиггзегок::-ческик характеристика)', льносоааржгёих текстильный мзтсрчаг.оз.

Несмотря на очэвидну» практический значимость, но» спэл?-ний об изменении гигроскопических своястп 'льняных юздэлий! в> пцог-цессе эксплуатации. Изменения многие свойств материалов HSi основе льна пол влиянием влаги, з том число лрсчноста а деФормат^шгоста-» неполнота имэшихся сведений таю:« требуйгг сйетз^зтачаекого: изучения. Отрывочки данные по исследовании. рзвгчзнкк хеяактористик льноссдэркшик материалов в широком яиглэвог» влетзгостейг

3 связи с длительностью посшгетт шдаад- совбш«шно-десор-бимоиным ксследозсния, болъкоо " знвчеккз сгиобпэтаэт разработка расчетный штояп прогнззкровакия гиггосдазпкч&скии, своостз тякс-тильння матзркелоБ. Пржэнмтэяьно ."фи.иф'иу мзтр^иш:отсу.т-ствуэт ««этой!-. г>?.с -'т"; м пропюзисот?е';чг> тешэседяиизскии enoftem в ерзакх с поз&зккоя злакностью. позштяз) шюбколт&съь

n ki-í пгопжггтопзкии np¡í рззлач! a.Vi г:,г1г:.~чпсг.г:и среди.

ЦяльЕ-Еййшц является г)кспеонменгаль н о е определение, аьш и прогнозирование процессов сорбции и десорбции влаги чисто лы ныш и дькосодержащими текстильными материалами, а также оиеь изаанэния их разрывных характеристик при действии сосбированн влаги. В соответствии с этой целью поставлены основные залами'- уточнить методики исследования гигроскопических свойс дьносодержащих текстильных материалов:

• - получить экспериментальные данные по гигроскопическ свойствам различных видов льняных и льносодержащих текстильн материалов: кинетике сорбции-десорбции влаги, равновесной сор ции и сорбционно-десорбционному гистерезису:

- найти единые аналитические зависимости для расчета гигро-копических свойств, позволяющие сравнивать и прогнозировать пр цессы сорбиии и десорбции различными видами текстильных матери, лов, в том числе на основа льна:

- изучить изменения гигроскопических свойств льносодержаш текстильных материалов при эксплуатационных воздействиях:

- оценить влияние сорбированной влаги на разрывные характг рыстки дьносодержашин материалов:

- разработать практические рекомендации и составить справо! кыз данные по расчету и прогнозированию гигроскопических свойеч тегхтильньах материалов с содержанием льна.

Работа выполнялась в соответствии с программами научно-исш доаательскмх работ ГоскомВУЗа России "Русский лен", "Перспективные материалы и изделия легкой промышленности"

- систематически исследовшы гигроскопические свойства раз личики видов льняных и льносодержащих текстильных материалов ■процэссад сорбции и десорбции!

- »первые экспериментальные данные кинетики процессов сор биж-яееорбшш влаги льносодержащими текстильными материалам описаны обтш аналитическими С экспоненциальными) зависимостями «по дает возможность прогнозировать эти процессы; определены ха рвкгарисимад кмиетихи процессов сорбции и десорбции влаги, вклю -чаащда внутренний массообмен в волокнах;

к1 часть исследований выполнялись при консультации профессора КГТУ-Смирновой H.A.

- для описания равновесной сорбции льняных и льносодержа-ш.-: материалов применена теоретико-вероятностная модель сорбции набухающими волокнами, позволяющая прогнозировать равновесную '-.личность при различных условиях среды: определены характеристики равновесного состояния процессов сорбции-десорбции влаги ь широком диапазоне влажностей воздуха;

- предложен новый способ оценки сосбцмонно-десорбиионного гистерезиса',

- установлено, что скорости сорбции и десорбции влаги текстильных материалов на основе льна возрастают под влиянием эксплуатационных воздействий» что и обусловливает их гигиеничность:

- определена степень равновесного набухания льноволокна, пряжи и ткани по новой методике:

- получены данные по действию влаги на разрывные характеристики льносодержашей пряжи и ткани в широком диапазоне влажностей.

- дана оценка гигроскопических свойств льняных материалов на разных стадиях технологического процесса: технического волокна, пряжи, ткани, что важно для оптимизации технологии:

- изучено влияние эксплуатационных воздействий С многократных стирок, носки) на гигроскопические характеристики материалов на основе льна:

- уточнена и внедрена в научно-исследовательскую практик;1 и учебный процесс методика исследования гигроскопических свойств текстильных материалов (волокон, нитей, тканей), в том числе льносодержащих:

- составлены справочные данные "Расчет и прогнозирование гигроскопических свойств текстильных материалов":

- на основе результатов экспериментальных исследований оптимизированы условия кондиционирования экспонатов и разработана и внедрена методика определения незамерзаицей влаги в изделиях из льна для хранилищ Российского этнографического музея и музея этнографии и антропологии им. Петра С Кунсткамеры).

Резу; ьтаты диссертационной работч - методики и справочные данны^ - внедрены в АО "Большая Костромская льняная мануфактура", АО "Костромской научно-исследовательский институт льняной промышленности". иНИИПВ, КГТУ. СПбГУТД, ИГТА. ОмТИ.

Основные результаты диссертационной работы обсуждались и гг< лучили положительную оценку на российских и международных нау но-мселедовательскик конференциях "Современные тенденции раэв) тия технологии и техники текстильного производства" (Мванов<

1993). "Пробламы развития малоотходных ресурсосберегающих tsxhi логий в текстильной и легкой промышленности"!^ Иваново, 19943, "Hi вое в техника и технологии текстильной промьлиленности'ЧВитеба

1994). " Пута совершенствования технологии и оборудования в льн: ной отрасли текстильной промышленности ЛЕН - 94" С Костром; 1994). "Перспективные материалы и изделия легкой промышленносл С Санкт-Петербург, 1995), на IX международном конгреа "Flbrlcheга-95" С Bratislava, 1995): "Проблемы развития малоотхо, ных ресурсосбережаших экологически чистых технологий в те! стильной и легкой промышленности'ЧУ^аново, 1995), на заседаниях семинарах кафедры материаловедения СПбГУТД, кафедры технологии материаловедения швейного производства КГТУ, заседаниях техниче! кого совета АО "Большая Костромская льняная мафактура".

Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, выводо! списка литературы и приложений. Диссертация содержит 160 стран! машинописного текста,^ рисунков. 2? таблиц. Список литерату] включает 152 наименования.

задачи, научная и практическая значимость, а также апробация р зультатов работы, кратко изложено основное содержание.

обусловленности свойств, в том числе гигроскопических, льнян! волокон и материалов на их основе; рассмотрены основные аспек' теории сорбции-десорбции водяных паров набухшими волокнами подходы к оценке гигроскопических свойств льна. Обзор литерату] показал недостаточность и разобщенность сведений о структура организации льноволокна, гигроскопических характеристиках и вли: нии влаги на механические свойства текстильных материалов на 0( нове льна. Показано, что влага является важнейшим Фактором изм> нения технологических и эксплуатационных свойств этих материала Несмотря на актуальность, работы по гигроскопическим свойств, льняного текстиля единичны и не характеризуют весь комплекс сор!

обоснована актуальность исследований, их цели

проведен анализ литературы о структура

ионных явлений. В литературе. в основном, имеются сведения о тандаэтных гигроскопическим характеристиках льняных материалов, оторкэ недостаточны для описания процессов сорбции-десорбции лаги в технологии и материаловедении. Критический анализ публи-аций показал недостаточную изученность .и разобщенность оценки ш ¿хэскопических свойств льна, лъногодеркзишх материалов вслед-:твие применения разных экспериментальных метопов и критериев.

Отдельные попытки аналитического описания немногочисленных одним для различных токстильти материалов, а том число г »держанием льна, характеризуют частично участки еорбииптп.к тавым. Расчета при изменении влажности и ствнгнпг' 'игроскопических характеристик льнссояержадмч материалов затруднены из-за отсутствия экспериментальных данных и обобщенных здалитическмх зависимостей.

Анализ закономерностей сорбции водяных паров с позиций Фмзи-со-химиу. полимеров позволил выявить общие зависимости для опмса-чия сорбции-десорбции влаги льноеодержашми материалами по аналогии с сорбцией влаги другими нэбухающюм волокнами.

! Исходя из изложенного, сформулированы з&дачм исследований.

Вторая глвва посвящена методическим вопросам и содержит характеристику объектов исследования, методы исследования, описание способов подготовки проб для проведения экспериментов, методы , статистической обработки результатов.

! В качестве основных объектов исследования были выбраны различные виды текстильным материалов, содержащие лен: чесаны?, лен-стланец N 13, чиетольняная пряжа ВМ 46- ВЛ I и лънолавсановая пряжа ВМ 46 ВЛ I. с содержанием 25 % лавсана, а также другие смесовые льносодеряицие пряжи линейной плотностью 25-50 теко и чис-тольнянке ткани: образец N 1 изготовлен в АО КНУШЪ образец N 2 производства АО "Большая Костромская льняная мануфактура", смесовые ткани ' полотняного переплетения поверхностней плотности 164-105 г/м. Для сравнения изучали лавсановую и хлопковую пряжу. Таким образом, исследование проведено на объектах, отобранных на основных стадиях технологического процесса Сволокно-пряжа-ткатО, лыюклопкоаых и льнолавеановых лряжах к тканям разного процентного содержания, наиъолое часто используемого в практике.

Использовали как стандартные методы испытаний, так и лепи» нетрадиционные ттояики полготовки проб. Режим "мягкой" ппягото--

ки проб заключался в вакуумировании над прокаленным силикагелем этечэни.; 72 часов.

Полутемные данные обработаны на IBM PC с помощью программ в с.¡птек* KATHCAD с применением методов математической статистики и коргеляционного анализа.

IuiTLS_XJiaaa включает экспериментальное исследование, аналитическое описание и оценку кинетики сорбции-десорбции влаги л!.носиД|.-р материалами. Представлены графики эксперимен-

тальная исследований кинетики сорбции-десорбции влаги различными видами льносодержащих материалов. Полученные кривые кинетики сор-биии-десорбиии влаги сходны с кинетическими кривыми для других видов текстильных материалов (рис. 1).

Установлено, что кинетические кривые сорбции-десорбции влаги льноеодержзаими материалами имеют вид экспоненциальных зависимостей. Для описания кинетики процессов предложены уравнения:

%с

при сорбши W = Vmax * (1 - ехрС-Кс * t ) (1).

и

при лесорбции V » Wmax •» expC-Kg « L) ; ' С2)

где W. Wmax - текущая и максимальная влажности материала,?: Kj> Kg- - коэффициенты скорости сорбции и десорбции, характерные для данного материала, с-1; tyd ~ показатели степени для данного материала при сорбции и десорбции соответственно: t - время, с.

Эти уравнения позволяют описать практически весь значимый участок кинетических кривых для различных видов материалов. Рас-считан^ коэффициенты уравнения CID и (2) для льносодержаших мате-риалоЕ* (табл. 1). Отмечается зав; имость коэффициентов скорости сорбаии-десорбии/. нэ только от вида материала, но и от способа его отделки и объемной массы проб.

Входящие в уравнения С 1,2) коэффициенты описывают процессы сорбции и деедбции текстильным материалом в целом, включая как анутгеннвю mi<:v3',w С внутренний массообмен), так и внешнюю диффу-пию Смассоойман в порах волокнистого материала). Однако, лимити-рукшей стадией массообмена между текстильными материалами и окружавшей средой является внутренняя диффузия в волокнах. Проведена оценка процесса внутренней диФФуэии на практически значимом для

зучения материалов участке при средник и высоких значьнилх ь.ч -. ссти С когда преобладает внутренняя диффузия).

В этом случаэ уравнение для нахождения коэффициентов внут-еннего кассообмана при относительном влагосодержаним У ¿0. 5 меет вид:

1п С 1- = - А - р * I, С3>

дэ " у* - относительная величина влагосодеркания при орбции к десорбции влаги в интервале от Унач до Мсон!

2*= ( 1Л.-Унач) /С Укон-Унач), С 4)

Унач. Укон - текущее» начальное и конечное значение влажности ¡атериала, %.

А - коэффициент, определявший внешний массообмен и ¡ависящий от геометрической структуры материала;

р- коэффициент внутреннего массобмана:

р,- 5.3«0д/Яй, С5)

)9 - эффективный коэффициент диффузии. Р - радиус волокна.

Коэффициенты внутреннего массообмена имеют преимущество по :разнению с коэффициентами .эффективной диффузии волокон различ-юй линейной плотности. Формы поперечного сечения, а также сме-:ей волокон.Значения коэффициентов уравнения СЗ) для льносодер-етих материалов представлены в табл.

Использованные аналитические зависимости позволили на осно-экспериментальных данных рассчитать необходимые коэффициенты, [арактеризукшие скорость процессов сорбции и десорбции влаги раг-1ИЧНКМИ текстильными материалами с содержаиом льна. Оценка кинетики по общей скорости процессов и коэффициентам внутреннего мае-хюбмена не требует специального измерения радиуса волокна, увенчивавшегося по мере роста влажности.

Чо-уррртяя гдявд включает экспериментальные исследования и аналитическое описание равновесный сорбционных характеристик 1Ьносодержащих.текстильных материалов. Наиболее наглядным граФи-шским представлением равновесных сорбционных характеристик яв-1ЯЮГСЯ изотермы сорбции и десорбции - зависимости влажности материала в состоянии равновесия от относительного давления водяных 1аров а окружалей среда Р/Рз ( относительной влажности воздуха \р £Р/Р3)»100, 50 при постоянной температура То.

Зксперментальные изотермы сорбиии-десорбцш. различных видов льносодержацих материалов свидетельствуют п сходства для них

Таблица 1

Коэффициенты кинетических кривых сорбции и десорбции влаги по уравнениям £1-3)

Наименование образцов Ушах.* Сорбция Десорбция

ке *10-3. 1 ! 1 %с 1 ! * 1 1 ! I 1 АС 1 Р 1-10-5. 1 с-1 «10-3, С-1 ! . ! 1 1 АЗ Р «10-5. с-1

Чистольняные: 1 1 1 1 ! I 1 1

Волокно льняное 25.9 1.9 1 0.421 0.7 1 13.2 0.7 I 0.35 1 0.3 1.8

Пряжа ВМ 46 ВЛ I 19.5 1.4 1 0.3 1 0.7 1 0.9 1.7 1 0.31 1 0.6 4.9

Ткань образец N 1 18.6 1.0 1 0.421 0.4 1 2.8 19.4 1 0.16 I 0.8 2.2

Ткань образец N 2 17.5 6.6 1 0.311 0.6 ! 2.8 0.6 1 0.41 ! 0.6 3.2

С содержанием хлопка: 1 !

Пряжа хлопчатобумажная 20.0 0.5 1 0.341 0.8 1 0.6 2.5 1 0.69 1 0.7 4.6

Ткань льнохлопковая 18.4 3.6 1 0.311 0.5 1 2.6 1.2 I. 0.33 I 0.6 1.8

С содержанием лавсана: 1 !

Пряжа лавсановая 100% 1.8 2.2 1 0.581 0.9 1 2.1 14.6 1 0.13 1 0.5 1.5

Пряжа ВМ 46 ВЛ I 25% Лс 15.6 1.6 1 0.361 0.8 1 1-4 0.9 1 0.21 I 0.3 1.5

Ткань льнолавс. 70% Лс 7.1 1.8 I 0.361 0.2 1 1.5 3.6 1 0.22 I 0.9 0.5

троцессов сорбции-десорбции влаги. Для этих материалов характерна сигмоидная форма изотерм, обусловленная спецификой льняного золокна С рис, 2). Следует отметить небольшое уменьшение равновес ной влажности материала при переработке волокна в пряжу и ткань, ■4то, очевидно, связано с изменением химического состава волокна.

Аналитическое описание и прогноз равновесных характеристик ль косо держащих материалов проведены с использованием теории coi>-эции набухающими полимерами и волокнами на основа общего уравнения теоретико-вероятностной мэдели СТВЮг

а?

V = Wmax^ - expt- С- R * Т м_1пСР/Рз)/Е5 + «С* СТ-ТоМ, где W - влажность материала при заданных условиях Стемпера-~ туре То, относительном давлении паров Р/Рз). %: Р - давление водяных паров: Рз - давление насыщенных водяных паров; . Т - температура опыта,' К:

Wmax3- предельная, сорбция водяных паров аморфной частью полимера при P/Ps-1 и температуре То, %: Е - характеристическая энергия сорбции, кДж/моль: U. ~ температурный коэффициент сорбции. К-1' То ~ температура, при которой определены коэффициенты. К. Для льносодержаадих текстильных материалов коэффициенты уравнения ТВМ С6) рассчитаны по данным эксперимента' и .приведены в табл. 2. Полученные коэффициенты позволяют рассчитывать влажность материалов в широком температурно-влажносгтном интервале.

Значения коэффициентов уравнения С6) для яьносодержании текстильных материалов соответствуют случаю сорбции влаги другими целлюлозными материалами, при высокой корреляции расчетных и экспериментальных данных (0.93-0.8S).

При действии влаги на материалы с содержанием льна наблюдается различие ветвей изотерм сорбции и десорбции С гистерезис). Гистерезис обусловлен неравновесностью и значительными изменениями в структуре при набухании и расстекловывании, релаксационными процессами, изменением внутренних напряжений в материале и сильными взаимодействием между молекулами воды и цзллюлоэы лша. Поэтому яесорбционная кривая лежит выше ссрбциоиноП С рис.25, однако, величины гистерезиса различны. Расчет пока.?.'?л, что хорлктр— ристическая знэргкя яэсорбцми Eg больте, чэи согбши Ее С тгДл.Я).

Кинетические кривые сорбции-десорбции влаги льняной пряжей Сорбция Н^Н Десорбция

0 2^68

---1-У-I- ■ ■ ' ' 1 1-г-

24 200 0 2 ' 4 6 8 24 200

время, ч.

1,(1")- сорбция С десорбция) влаги лдаикондиционированным образцом при относительном давлении паров Р/Р=0(0.98) в среде с Р/Р=0.98(0)

2.(2')- сорбция С десорбция) влаги прадкондишонировакным образцом при относит, давлении паров Р/Р=0.66С 0.933 в среда с ?/Р=0.88С 0.68

О- стандартные характеристики гигроскопичности и влагоотдачи

Рис. 1

!Лзотегмы сорбиии - десорбции льноволокном (1.1*5, пряжей С2.2'). и тканью С3,3')

\Л/. Я5

1 я

О.^ О.©

Р/Ре

о.а

1 .о

1. 2, 3 - сорбция:

1'. Я'. 3' - десорбция

Рис. 2Ч

! Предложен способ расчета величины относительного сорбиионно-десорбционного гистерезиса, показывающий какая часть влаги связана^, с материалом при десорбции относительно влаги, сорбированной материалом при данной температуре. Относительный коэффициент гистерезиса выражается в отношении разности площадей под кривыми сорбции и десорбции к площади под кривой сорбции:

Бс-5д

К2 .----» 100, % . <7)

5С

Таблица 2

7^ри!сгеристики равновесно^ сорбции-десорбции водяных паров

- Наименование образца Константы уравнения (6) т ■ !Гистэ-

> 1 К-1 1 1 Ушах3, V /а I Ее, 1 Е &, кДж/моль | кЛж/моль 1резис. 1 к?, 1 % »

Чистольняные: 1 I 1 ! 1

Волокно льняное -0.0046! 18.5 2.1 1 2.6 1 13.9

Прята ВМ 45 ВЛ I -0.00461 15.2 2.0 ! 2.4 ! 13.0

Тлань обрезец N 1 -0.00461 14.9 1.8 1 2.2 I 27.6

Ткань образец N 2 -0.00461 11.9 2.0 1 2.8 1 20.7

С содержанием хлопка: 1 1 1

Пряжа хлопчатобумажная -0.00461 15.7 1.2- 1 1.6 1 15.5

Ткань лькохлопковая -0.00461 13.3 1.2 1 1.5 ! 25.7

С содержанием лавсана: 1 1 1

Пряжа лавсан -0.00611 1.1 1.4 1 1.5 1 35.3

Пряжа ВМ 46 ВЛ I 252 Лс -0.00501 10.3 2.0 1 2.2 1 23.0

Ткань лънолавс. 70% Лс -0.00571 3.7 1.6 1 2.0 1 23.2

Величина еорбштонно-дееорбционного гистерезиса содержит дополнительную информацию ха_х керактеристика изменения структуры материала под влиянием влаги, несмотря на редкое использование. Косвенно онаопрзделяет степень неревновеености структур» образца.

Анализ полученных данных показал, что шньшую величину гистерезиса имеет льноволокно. Большая величина гистерезиса проявляется посла ткачестза и отладки тканей. Подтверждена алдитив--носггь равновесной влажности дьнолавсановыи материалов пропошио-

нально содержанию волокон лавсана.

Так№ образом, рассмотрены характеристики равновесной сор-бции-лоеорбиии влаги текстильными материалами с содержанием льна: и:го';чзт;1 и их математическое описание и прогнозирование, коэФФи-илс>нт ссрбииоино-лесорбмюнного гистерезиса.

Сигая-Х^сш содержит исследования эксплуатационных воздей-стр.иа на комплекс гигроскопически« свойств льняной пряжи и ткани. Рассмотрено влияние отдельных' эксплуатационных Факторов: многократных стирок в совокупности с механическим мзносом и сушки. Е процессе опытной носки изделий проведено от 1 до 30 стирок мыльно-содовым раствором в вод« (40-60*С) с использованием дьух полосканий. Режимы сушки: температура 100 С, время - 8 часов.

Исследование гигроскопических свойств при сушке и стирке провялено также отдельно на образцах пряжи, с целью изучения происходящих изменений.

Изотермы сорбции-десорбции водяных паров в результате перечисленных обработок изменяются при высоких влажностях окружающей среды, на этапе капиллярной конденсации влаги. Увеличение равновесной влажности происходит вследствие изменений структуры волокна. Одновременно происходит разрыхление Пряжи л расщепление технических волокон..Как показывают результаты, после сушки и стирки проб происходит сдвиг точки перегиба изотерм сорбции и десорбции влаги пряжей а область меньших давлений паров воли, снижении характеристической энергии сорбции от 3 до 1.6 кДж/моль.

Анализ действия эксплуатационных факторов на льняную ткань показал, что наиболее значительные изменения сорбиионных свойств .происходят при действии механического износа, влаги, многократных стйЬок (табл.3!). При гитом, происходит усадка, изменение геометрической структуры .и мех.чьичаа. ¡х свойств. Сохранение разрывной • эгрузки образцов после 30 стирок и 214 часов носки составляет 0.удлинения при разрыве 0.74.

Коэффициенты." характеризующие скорость сорбции К^ и десорбции увеличиваются с возрастанием количества стирок м степени ¿г »юм образцов. Заметное увеличение скорости' сорбции-десорбции шаги поел* дарвай старки можно объяснить удалением веществ, оставшихся после переработки волокна и пряжи в ткань. Наиболее существенно при эксплуатации изменяется скорость десорбции, превы-.ЙЖОД скорость сосбши.

Таблица

Изменение гигроскопических характеристик при эксплуатации

~г

т-

Виды эксплуатационных воздействия на образец ткани N 1

Кинетика процессов (Равновесное состояние-

Сорбция I Лесорбшя Ымх3!

-г-1-1--1 . I

Ь

Е. кПж_ моль

К/.

К«. .1 ре. I К*. *10-3|«10-5Ы0-3 с -1 | с -1|с -1

-!-1-

1.0 12.8 119.4 2.2 12.9 123.1

I I 2.6 13.3 133.4

М I »10-3| с -Ц %

-1-1

|сорб-1десор-| 1иии I биии [ X

+

Гкань исходная Гкань после стирки Гкань после носки и 10 стирок Ткань после носки и 30 стирок

I

I

2.8 13.5 159.1

2.2 114.9 11.76 12.16 127.6 2.4 114.3 11.47 12.16 117.8 I I I I

2.6 113.1 11.31 11.91 110.8 1111

2.7 110.7 11.26 11.89 122.7

Таким образом установлено, что эксплуатационные воздействия изменяют гигроскопические свойства льняных материалов. Скорость сорбции и десорбции увеличивается при возрастании степени и:¡носо изделия, что обусловливает улучшение гигиеничности материалов при эксплуатации.

В_Ш2сапй_славе показаны изменения разрывных характеристик текстильных материалов с содержанием льна под действием влаги.' Представлены разрывные характеристики чистолььяной и льнолавсано-вой пряжи и льняной ткани: разрывная нагрузка, удлинение при разрыве, работа деформирования до разрыва и диагс>аммы растяжения до разрыва в условиях различной влажности.

Наблюдается аналогия изменения разрывных характеристик пряжи и ткани под влиянием влаги. С ростом влажности материала экстремально увеличивается прочность и растет удлинение при разрыве С табл. 4).

Диаграммы растяжения льняной пряки в зависимости от относительного давления водяных паров изображены на рис. 3. Вследствие пластификации влагой диаграмма растяжение становится более пологой. В отличии от вискозных волокон, влага увеличивает разрывные характеристики льна и материалов на его основе. Это связано со

спецификой надмолекулярной структуры волокна: ее высокой упорядо ценностью и ориентацией. При увлажнении изменение разрывной наг рузкм связано с влиянием конкурирующих {акторов: образования дополнительных межмолекулярнык связей в аморфных областях структуры (ангипластафикацией) и эффектом пластификации. Увеличение разрывных характеристик при малых влажностях очевидно связано с усилением межмолекулярных связей и переориентацией макромоле^ вдоль действия силы. Экстремум прочности приходится на ?/Рз порядка 0.75... 0.9.

Особенностью влияния влаги на льняное волокно является его набухание, преимущественно в радиальном направлении. Существенное увеличение удлинения при разрыве и прочности пряжи и ткани из льна при Р/Ре более 0.75, вероятно, обусловлено увеличенным радиальным набуханием волокна, что вьражается в появлении дополнительных сил сцепления между волокнами.

Определена степень равновесного водопоглощения льноволокна, прлжи и ткани по новой методике, что значительно снижает ошибку и более обгективно, чем по стандарту. Равновесное водопоглошенйе льноволокна составляет 137 %. пряжи-81 X, ткани-162 X. Для ткани водопоглошенйе, оцененное по стандарту составляет 0. 59 от разновесного. Установлено, что разрывная нагрузка для мокрых ;образцов пряжи и ткани в 1.2. ..1.4 раз больше, чем при кондиционной влажности, удлинение при разрыве - в 1.3. ..1.5 раза.

Таким образом, анализ полученных данных показывает, что действие влаги экстремально увеличивает разрывную нагрузку и приводит к росту удлинения при разрыве льняных материалов.

Г'даиа седьмая посвящена анализу, обсуждению и практическому применению результатов работы. Рекомендовано использование нового комплекса характеристик гигроскопических свойств по равновесному состоянию и кинетике процессов сорбции-десорбции.

Проведено сравнение гигроскопических характеристик различных ьидсв текстильных материалов на основе различных волокон.

Анализ результатов показал возможность прогнозирования' равновесной влажности текстильного материала, имея данные влажности волокна, макроструктура материала вносит незначительные изменения. Блага, проникая в льноволокно, увеличивает подвижность макромолекул иеллклози. связываясь с полярными центрами. Это отражается на нзмонении ряда свойств текстильных материалов на основе льна.

Изменение диаграммы растяжения яо разрыва льняной пряжи Относительная 25 •

разрывная < нагрузка 23 ' р*, сМ/текс

19

0 12 удинение £ *. %

1 - при Р/Рз=0.02, 2 - при Р/Рз=0.1, 3 - при Р/Рз*0.32. 4 - при Р/Р5=0.66, 5 - при Р/Рз=0.84, 6 - при Р/Рв=0.98, 7-мокрой пробы

Рис. 3

Таблица

Изменение разрывный характеристик под влиянием влаги.

4

Зтносит. (Изменение разрывных характеристик льносодерж. материалов

павление 1--- —1 —.....—

водяных 1 Пряжа ВМ 46 ВЛ 11 Пряжа- ВМ 46 ВЛ1 25% Лс Ткань обр. N 1

паров г 1 1

Р/Рз 1р*/р*конд 1 ■ )£*, %)р*/р*конл I 1 £*. % »*/р*конл 1 *,%

0:02 1 1 0.91 1 1 1.3 0.67 1.0 1 0.84 1 6.5

0.32 :| 0.37 1 1.5 0.92 1.0 • 0.89 1 6.6

0.66 1 1.00 ! 1.5 1.00 ' 1.0 1.00 | 7.5

0.75 1 1.09 1 1.6 1.17 1.4 1.09 ' ! 7.8

0.84 1 1.09 1 1.6 1.23 1.5 1.29 I 8.5

0.98 1 1.08 1 1.7 1.21 1.6 1.19 1 10.5

вода 24 ч! 1.23 I 2.2 1.24 2.0 1.37 I 10. Гз

Уравнение ТВМ С6) рекомендуется использовать для описаю зависимости слажшста льносояержащих материалов от относительнс го Е£»ления водяник паров. Его применение выгодно отличается во; мощностью прогнозирор-ания равновесной влажности при различных ус хоьиях. Интервал коэффициентов уравнения для льняных материалов „С—0.0016 К-*. Ыпа-х3 = 11-9. ..18.5 %, Е = 1.8...3.4 кДж/моль.

Проведено сравнение характеристик гигроскопических свойст льняных материалов с друл<«и текстильными материалами на основ традиционных и ноаын (вискозного, капрона, лавсана

терлона, тогилена. СВМ) и натуральных Склопка. шерсти) волокон Для них расчитаны и сопоставлены гигроскопические характеристики Для сравниваемых объектов сравнения по скорости сорбции К с полу-чан следуюций ряд: капрон> лавсан> шерстъ> терлон> лен> вискозный» тосияен> хлопок > СВМ: по скорости десорбции : вискозный: капрон > хлопок > лавсан > терлон > лен > шерсть > тогилан > СВМ. Показано значительное сходство действия влаги на механические свойства льна и СВМ.

Исходя из результатов проанализированы возможности практического пшманенш; разработанных методик. и. характеристик, гигроскопических Ьвойста; составлены еправочйыэ данные по расчету V проп^зировании .гигроскопических характеристик различных тек-стилъньк материалов.

ОСНОВНЫЕ. РЕЗУЛЬТАТО И ВЫВОДУ:

1. Впервые проведено экспериментальное исследование и аналитическое описание гигроскопических характеристик льняных и льно-содеркаиих текстильных материалов С волокно, пряжа- ткань) в про-

0 цессау^ сорбции и десорбции влаги.

2. Уточнена методика исследования характеристик гигроскопических свойств тгкетальнык материалов с учетом особенностей льна. Для различных видов текстильных материалов на основе льна изучена кинетика сор5ции и десорбции, вперакэ дано ее аналитическое описание экспоненциальными функциями. Расчитаны коэффициенты скорости сорбции-десорбции в целом и внутреннего Елагообмена с льно-еодаржащимм материалами.

3. Изучена равновесная е-.ладаость лъносодержащих материалов с процессах сорбции и десорбции влаги. Применительно к дьносодержа-шм текстильным материалам впервые использовано уравнение теоре-

гико-вероятностной модели сорбции СТВМ), позволяв Нногиозщо-в£,ть равновесную влажность материалов в широком интервале относительных влажностей воздуха. Относительная ошибка расчета по этому уравнению не более 8 X.

4. Предложен новый показатель гигроскопических свойств -коэффициент сорбционно-десорбционного гистерезиса. Расчет сор-бционно-десорбционного гистерезиса позволяет более объективно оценить изменения свойств материала при действии влаги.

5. Установлено, что действие эксплуатационных факторов С многократных стирок, сушки, носки) повышает скорость сорбции и десорбции влаги.

6. Изучено влияние влаги на разрывные характеристики текстильных материалов с содержанием льна. Показано экстремальное увеличение разрывной нагрузки при относительном давлении паров воды порядка 0.7-0.9: рост удлинения при разрыве, изменение диаграммы растяжения до разрыва и работы разрыва поя действием влаги.

7. Определена степень равновесного набухания в воде льноволокна. пряжи и ткани по новой методике.

8. Уравнения, описывошие процессы еорбнии-десорбиии влаги льносодержащими материалами дополнительно применены для различных текстильных материалов. Проведено сравнение гигроскопических характеристик материалов, содержащим лен и других на основе натуральных С хлопка, щергти) и химических С вискозным, лавсана, капрона и др.) волокон. Составлены справочные данные по расчету и прогнозированию гигроскопических характеристик текстильных мате- ' риалов, в том числе на основе льна.

9. По результатам исследований разработана и внедрена методика определения незамерзакщей влаги в волокнистых материалах для практического использования в музейных хранилищах.

10. Результаты работы опробованы и внедрены при оценке свойств льняных и льносодержащим материалов на предприятиях льняной промышленности и в ВУЗах.

Публикации. Основное содержание работы изложено в публикациях:

1. Тегпоухова М. В.. Смирнова Н. А. Влияние термовлажНостных воздействий на свойства льносодержащих текстильных материалов.//Тез. докл. междунар. нау но-те:;н. конференции "ПРОГРЕСС-93" Иваново: ИвТИ, 1993. - С. 28-29.

2. Теплоухова М. В.. Смирнова Н. А., Кынин А.' . Прогнозирова-

ние сорбционных свойств льносодержащих текстильных матери; лов.//Тез. докл. научно-техн. конференции "ЛЕН-94"- Костроме КТО, 1994. - С. 178-179.

3. Теплоухова М. В.. Смирнова H.A., Кынин А. Т. Определен!» кинетики гигроскопических свойств текстильных материалов. //Тег докл. междунар. научно-техн.конференции "ПРОГРЕСС-94". - Иванова ИвТК 1994. - С. 60-61.

4. Смирнова H.A., Кынин А.Т., Теплоухова М.В. Исследовали гигроскопических характеристик льняных текстильных материа лов //Тез. докл. междунар. конференции "Новое в технике и техно логии текстильной промышленности"- Витебск, 1994. - С. 71-72.

5. Teploukhova М. V., Perepelkln К. Ye., Куп in А. Т., Smlrnova N.A., Koltova J.Yu. Peculiarities In hydroscopic properties о textiles made of chemical and natural fibers. Neu data and It Interpritatlon. //Zboralk prednasok zo IX Mecbinarodneho kongres "Flbrlchem -95". - CSSR, Bratislava. 1995. -.P. 220.

6. Теплоухова M.В., Перепелкин К.E., Смирнова H.A.. Кынин А. Т. Экспериментальное исследование гигроскопических свойст льняных текстильных материалов. // Изв. ВУЗов. Технология текстильной промышленности- 1995.- N4. - С.10-13.

7. Теплоухова М.В.. Перепелкин К.Е., Кынин А.Т. и др. Оценка равновесных сорбционных характеристик текстильных волокон. //Химические волокна-1995-N 4 - С. 20 - 23.

8. Перепелкин К. Е., Теплоухова М. В., Кынин А. Т., Койтовг Ж.Ю. Изучение кинетики сорбции-десорбции влаги химическими и натуральными волокнами и нитями. //Химические волокна - 1995 - N ' -.С. 23 - 2S.

jU&y—-

Лицензия N 020712 от 02.02.93. Оригинал подготовлен автором.

Подписано к печати -/¿.11.95. Формат 60*84 1/16. Печать офсетная Уч.-изд. л. 1,2 . Усл. печ. л. 1,1. Заказ Тираж 100.

Отпечатано на ротапринте СПбГУТД:' 1Э1028, С-Петербург', Моховая, 2