Государственное профессиональное образовательное учреждение

Ярославской области

Ярославский колледж управления и профессиональных технологий

                                                                                                           Утверждаю                      

зам. директора по УМР

_______В.П.Баталова

   от «_____» ___________ 2019 г.

Методические рекомендации ПО теории КУРСА «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ»

ОП.03 Материаловедение

Рассмотрена и одобрена на заседании

ЦМК

Протокол № _______    

от «_____» ___________ 2019 г.

Председатель ЦМК  ___   Суворова В.В.

                                            Преподаватель  Завгородняя А.С.

2019 г.

РАЗДЕЛ I «ТЕКСТИЛЬНЫЕ ВОЛОКНА И НИТИ»

 ТЕМА 1.2.2  «ЛЁН»

ЦЕЛЬ ТЕМЫ:

1.      Изучение строения льна

2.      Изучение свойств и характера горения льна

3.      Изучение области применения льна

УРОВЕНЬ УСВОЕНИЯ:

1.        Знать основы льноводства, строение волокон льна

2.        Знать химический состав и свойства волокон льна

3.        Понимать влияние строения волокон на внешний вид, свойства и область применения льна

КОНТРОЛЬ УСВОЕНИЯ:

1.      Устный опрос или письменный контроль знаний  до начала изучения новой темы.

2.      Проверка приобретенных навыков при сдаче самостоятельной, лабораторной работы.

СТРОЕНИЕ ЛЬНЯНОГО ВОЛОКНА

Волокна льна относятся к так называемым лубяным волокнам, т.е. волокнам, содержащимся в стеблях, листьях или оболочке плодов различных растений. В текстильной промышленности используются в основном стеблевые лубяные волокна; в отчественном производстве тканевых материалов доля льна среди лубяных волокон состаавляет 95-97%. Лён является вторым после хлопка главнейшим видом растительных волокон  для изготовления тканей, скатертей, салфеток и др. (Рис. 1)

Рис. 1

Волокна льна являются наиболее ценными из всех лубяных благодаря высокой прочности, гибкости и хорошим сорбционным свойствам, т.е. способности поглощать газы, пары, растворённые вещества и микроскопические твёрдые частицы (например, дымов). Существует много ботанических видов льна, но наиболее распространенными его видами являются лён-долгунец и лён-кудряш. Лён-долгунец сеют исключительно для получения волокна.

Лён-долгунец, представляет собой однолетнее травянистое растение с прямым неветвистым стеблем высотой до 80...90см и диаметром 1…2мм  (Рис. 2). Из него получают длинное, эластичное волокно с выходом около 25% массы стебля. Выращивается этот лён главным образом в центральных районах России.

Рис. 2

Лён-кудряш сеют в основном с целью получения семян для выработки льняного масла. Стебель его более низкий, ветвящийся от основания. Он даёт грубое, короткое волокно, используемое для выработки толстой пряжи. Лён-кудряш имеет более развитую корневую систему и может произрастать  в южных засушливых районах.

Кроме этих сортов, имеется промежуточная разновидность льна – межеумок, который даёт волокно и семена среднего качества. Разводят лён-межеумок на Украине, в Поволжье, Сибири.

Уборку льна-долгунца производят в период ранней жёлтой спелости, когда семенные коробочки пожелтеют, а стебли приобретут ровный жёлтый оттенок. Происходит это примерно через 12 недель после посева семян – в стебле льна заканчивается образование пучков волокон (Рис. 3). При уборке льна в этот период получают наиболее высокий урожай хорошего по качеству волокна. При более позднем сборе льна в волокнах накапливается большое количество лигнина. Лигнин – это сложный ароматический полимер природного происхождения, отвечает за одревесневание растения.  В результате его накопления лён сильно одревесневает, делается грубым, жёстким и теряет прядильную способность.

Рис. 3

Убирают лён тереблением – выдёргиванием растения с корнем с целью сохранения естественной длины льна-волокна, заложенного в лубяном слое растения. Собранный лён очёсывают для удаления семенных коробочек, а стебли связывают в снопы, которые направляются на первичную обработку.

Поперечный разрез волокна имеет вид пяти- или шестигранного многоугольника со следом канала в центре (Рис. 4а). Под микроскопом элементарное волокно льна в продольном виде представляет собой цилиндр с коленообразными сдвигами и утолщениями (Рис. 4б).

Рис. 4

В лубяном слое коры стебля льна располагаются клетки двух видов: паренхимные и прозенхимные. Тонкостенные равновеликие паренхимные клетки содержат запасы питательных веществ и служат для связывания всех элементов коры. Прозенхимные клетки обладают способностью в процессе роста льна значительно удлиняться, они располагаются вдоль стебля льна и являются элементарными волокнами льна (Рис. 5).

Рис. 5

1-кожица; 2 – лубяные пучки; 3-сердцевина; 4 – соединительная ткань (паренхема) с пектиновыми веществами; 5 – корковый слой; 6 – древесный слой

Основным полимером льняного волокна является целлюлоза, составляющая до 80% массы, на низкомолекулярные фракции приходится до 8,5%, лигнин – 5,2%, жировосковые вещества – 2,7%, белковые и зольные – 3,2%. Таким образом, по сравнению с хлопком в волокне льна содержится большее количество сопутствующих веществ. Присутствие лигнина в составе волокон придаёт им жёсткость, хрупкость и ломкость.

Пучки элементарных волокон, выделяемые из стебля льна в процессе его обработки, образуют техническое волокно. Элементарные волокна удерживаются в этом пучке благодаря последовательному вклиниванию заострённых кончиков одних волокон в промежутки между другими. Технические волокна, выделенные из стеблей для использования в прядении, имеют длину 250…400мм.

Элементарные волокна льна имеют веретенообразную форму с толстыми стенками, узким каналом и закрытыми заострёнными концами (Рис. 6). Волокно имеет первичную и вторичную стенки, в которых фибриллы расположены по спирали с углом наклона к оси волокна 8…12 градусов. В слоях вторичной стенки по мере приближения к каналу угол наклона фибрилл уменьшается и может достигать 0 градусов. Слоистая структура волокна образуется в результате постепенного отложения целлюлозы на его стенках (Рис. 6).

Рис. 6

1        – кутикула; 2 – кожица; 3 – кора; 4 – элементарные волокна; 5 – камбий; 6 – древесина; 7 – сердцевина

Длина этих волокон варьируется в пределах 10…38мм, в поперечнике достигая 12...37мкм, в зависимости от места расположения волокна в стебле: наиболее толстые и короткие располагаются у основания стебля, а в направлении верхушки они становятся толще и длиннее. Отдельные элементарные волокна, соединяются между собой в пучки с помощью срединных пластинок, состоящих из пектиновых веществ (полисахариды, являются загустителями) и лигнина по 15...30 штук, равномерно распределенных по окружности стебля под его покровной тканью. Пучки волокон хорошо развиты по всей длине стебля и благодаря боковым ответвлениям соединяются друг с другом, образуя в стебле сетчатый волокнистый каркас. Обычно в стебле содержится 20…25 таких пучков.

ПЕРВИЧНАЯ ОБРАБОТКА ЛЬНА

Поскольку лубяные волокна расположены пучками в коре льна, конопли и других растений, то для разделения волокон и коры собранные растения должны пройти сложную и длительную первичную обработку. Она состоит из нескольких этапов механических, физических и химических воздействий с целью выделить из стеблей пучки волокон, пригодных для дальнейшей переработки в пряжу, и включает мочку льняной соломы, сушку тресты, мятьё тресты, трепание льна-сырца. Выделенные волокна подвергают гребнечесанию, в результате чего получают пряди длинных очищенных комплексных (технических) волокон чёсаного льна и короткие волокна – очёсы.

Мочка льна осуществляется для разрушения пектиновых (клеящих) веществ, соединяющих лубяные пучки с неволокнистыми тканями стебля. Это необходимо для отделения лубяных пучков друг от  друга и дальнейшего успешного очищения волокна. Разрушение пектиновых веществ происходит в результате деятельности микроорганизмов, которые развиваются при намокании стебля. Мочка бывает росяная, водяная холодная и водная тепловая (заводская).

Получаемая после мочки льняная солома называется трестой. Сушка тресты предназначена для снижения её влажности до 10…16%, что необходимо для успешной механической обработки тресты. Тресту мнут на мяльных машинах, или мялках, в которых древесная часть стеблей раздавливается и ломается. Часть изломанной древесины, называемой кострой, выпадает. Получаемый продукт после обработки тресты на мяльных машинах называется льном-сырцом, или мятым льном.

Трепание льна-сырца осуществляется на льнотрепальных машинах с целью очистки его от костры и разделения волокнистых пучков на более тонкие технологические волокна. После трепания получается очищенное длинное волокно – трёпаный лён, отходы – короткие волокна вместе с кострой, называемые отрепком. Выход трёпаного льна из льняной соломы высших сортов составляет 8…20%. Короткое волокно (кудель) и очёсы, получаемые в дальнейшем при чесании трёпаного льна, используют для выработки наиболее толстой и грубой пряжи (для грубых полотен, бортовки, мешковины).

СВОЙСТВА ЛЬНА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Физико-механические и химические свойства природных целлюлозных волокон определяются их химическим составом и надмолекулярной структурой. Поэтому свойства волокон льна и хлопка, одинаковых по химическому составу, имеют много общего. Например, это касается действия на льняное волокно воды, пара, щелочей, кислот, окислителей и света.  В то же время, особенности в надмолекулярной структуре этих волокон вносят различия в показатели характеристик основных свойств.

По свойствам льняное и другие лубяные волокна отличаются от хлопковых – они прочные, но более грубые и толстые, особенно технические. Благодаря этому льняные ткани лучше сохраняют форму изделия, чем хлопчатобумажные.

Элементарное льняное волокно имеет наибольшее относительное разрывное усилие и наименьшее разрывное удлинение из всех целлюлозных волокон. Прочность волокон льна в несколько раз превышает прочность хлопка, но их растяжимость, наоборот, меньше. Это объясняется тем, что в сравнении с хлопком лён имеет более плотную и ориентированную структуру. Однако, комплексное волокно льна обладает относительным  разрывным усилием, меньшим элементарного, так как в структуре первого имеются менее прочные срединные пластинки, соединяющие элементарные волокна. Доля пластической деформации в полном удлинении льняного волокна больше, чем хлопкового, и составляет 60…65%. Именно этим объясняется ещё большая сминаемость льняных тканей по сравнению с хлопчатобумажными.

Поскольку длина льняных волокон также больше длины хлопковых, но имеет большую неравномерность, то из лубяных волокон получают более толстую пряжу, чем из хлопковых. Из льняной качественной пряжи вырабатывают полотенца, столовое и спальное белье, платьевые, а также технические ткани. Из более грубой льняной пряжи и других волокон (пеньки, кенафа, джута) вырабатывают тарные и мешочные ткани, а также веревки и канаты.

Из чёсаного льна получают гребённую пряжу, идущую на изготовление высококачественных бытовых тканей. Очёсы  вместе с короткими волокнами, полученными из отходов трепания, используют либо для получения так называемой оческовой пряжи, либо для получения котонина – хлопкоподобного льняного волокна. Суть котонизации заключается в уменьшении длины пучков очёса и разделении их до уровня элементарных волокон.

В настоящее время применяются несколько способов котонизации: химический (за счёт разрушения пектина и лигнина химическими реагентами), механический (путём разрезания или разрыва волокнистой ленты), механохимический и биологический (путём расщепления пектиновых веществ ферментами). Если комплексное волокно чёсаного льна имеет в длину в среднем 170…250мм и поперечник 150…250мкм, то котонизированные волокна получают длиной 25…45мм и тониной 14…100мкм. Это позволяет использовать их в смеси с хлопком, вискозой, шерстью и рядом других волокон.

При щелочной варке технического льняного волокна наблюдается некоторая потеря прочности из-за частичного удаления пектина, цементирующего элементарные волокна, поэтому льняные ткани и изделия из них кипятить в щелочных растворах не рекомендуется.  Эффект мерсеризации на льняном волокне проявляется в меньшей степени, чем на хлопковом. К действию же разбавленных кислот лён более устойчив, чем хлопок.

Наличие в целлюлозе гидроксильных групп обуславливает высокие гигроскопические свойства льняных волокон (больше, чем у хлопка), это придаёт материалам из него хорошие гигиенические свойства. При увлажнении волокна льна сильно набухают, увеличивая свои размеры, особенно поперечные.  При этом разрывное удлинение их несколько увеличивается, а прочность повышается на 10…20%.

Льняное волокно обладает высокой теплопроводностью, поэтому для изготовления зимних одёжных тканей его не применяют. Недостатками льна являются малая растяжимость и низкая упругость волокна, вследствие чего льняные ткани сильно сминаются, а одежда деформируется, значительная неровнота технического волокна и пряжи из него по толщине, а также жёсткость волокна, вследствие чего ткани получаются недостаточно однородными и мало драпирующимися. Используют льняное волокно преимущественно для производства летних костюмно-платьевых тканей, белья, мужских сорочек, скатертей, полотенец, а также тканей технического назначения (бортовка, парусина).

Цвет льняного волокна благодаря содержанию пектиновых веществ и пигментов светло-серый или светло-жёлтый, иногда тёмно-бурый или рыжий. Чистые элементарные волокна – белого цвета.

Как и хлопок, лён относится к горючим волокнам, легко загорается в открытом пламени, продолжает быстро гореть после вынесения из него, образуя при этом легко рассыпающийся пепел. При нагревании сухие волокна льна выдерживают более высокую температуру, чем хлопок, и при нагревани до температуры 150°С практически не изменяют своих свойств, и лишь при температуре выше 150°С начинается процесс медленного, ускоряющегося с последующим ростом температуры разрушения волокон, сопровождающийся разложением целлюлозы и её обугливанием. Горит лён с проявлением тех же признаков, что и хлопок.

   Светостойкость льна также несколько выше, чем у хлопка, хотя при длительном воздействии неблагоприятных условий окружающей среды у льняных волокон активизируется процесс окисления целлюлозы кислородом воздуха, что приводит к снижению механических свойств (прочности и удлинения), повышению жёсткости и хрупкости волокон.

СВОДНАЯ ТАБЛИЦА СВОЙСТВ ЛЬНА

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ

1.      Охарактеризуйте строение волокна льна.

2.      Какие волокна называют лубяными, что их объединяет?

3.      Назовите виды льна, имеющие промышленное применение.

4.      Каковы основные характеристики льняного волокна?

5.      Опишите строение стебля льна.

6.      Что включает в себя первичная переработка льна?

7.      Дайте характеристику этапам переработки льна?

8.      В чём отличие свойств льна и хлопка?

9.      Какими свойствами объясняются области применения льна?

10.  Назовите области применения видов переработанного льна.

11.  Что такое котонизация и для чего она нужна?

12.  В каких случаях льном можно заменить хлопок?

         ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.      Н. Савостицкий, Э. Амирова «Материаловедение швейного производства», Москва, 2001 г.

2.      Б. Бузов, Н. Алыменкова «Материаловедение в производстве изделий лёгкой промышленности (Швейное производство)», Москва, 2004 г.

3.      В. Баженов «Материалы для швейных изделий», Москва, 1982 г.

4.      Е. Родина «Технологический практикум по материаловедению швейного производства», Курган, 2011 г.

5.      В. Полякова «Конфекционирование материалов»,  Владивосток, 2004 г.

6.      Е. Мальцева «Материаловедение швейного производства», Москва, 1983 г.

7.      «Учебное пособие для подготовки к лабораторным работам по материаловедению», Краснодар, 2015 г.