Волокнистые материалы подвергаются многочисленным механическим и химическим воздействиям, как во время переработки и в процессе облагораживания, так и впоследствии, при использовании потребителями.
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).
