Systematyka i zastosowanie włókien

WŁÓKNA NATURALNE

Wełna – sierść (głównie owiec) w postaci włosów, o dł. 2 – 25 cm, które splata się (przędzie) na przędzę, a następnie przerabia na tkaniny. Wełna składa się z podłużnych komórek, utworzonych z fibryl. Pod względem chemicznym głównym składnikiem wełny są substancje białkowe, zawierające azot i siarkę. Podczas spalania wełny wydziela się charakterystyczny zapach. Odporna na kwasy, po ogrzaniu w rozcieńczonych roztworach zasad ulega hydrolizie. Można ją łatwo barwić, ma zastosowanie w przemyśle tekstylnym, sama lub w mieszaninie z innymi włókami.

Jedwab – nazwa włókien naturalnych, sztucznych i syntetycznych. Jedwab naturalny jest włóknem zwierzęcym, otrzymywanym z oprzędu poczwarki jedwabnika. Z jednego oprzędu uzyskuje się włókno o długości 300 – 900 m, składa się ono głównie z fibroiny (substancja białkowa), otoczonej serycyną (lepkie białko, tzw. klej jedwabiowy), ta ostatnia rozpuszcza się w czasie przerobu jedwabiu w gorącej wodzie z mydłem. Jedwab naturalny zawiera 48% węgla, 26 – 27% tlenu, 17 – 19% azotu i 6 – 7% wodoru, ma dużą wytrzymałość mechaniczną, jest elastyczny i łatwo barwi się. Przemysł jedwabiu naturalnego znany był w Chinach przed 6000 lat. Jest stosowany do wyrobu tkanin. Do jedwabiów sztucznych zalicza się: jedwab octanowy, jedwab wiskozowi i miedziowy.

WŁÓKNA SYNTETYCZNE to włókna utworzone ze związków wielkocząsteczkowych o własnościach włóknotwórczych, poddających się wyciąganiu. Otrzymywane ze związków małocząsteczkowych w procesie polimeryzacji lub polikondensacji. Włókna syntetyczne odznaczają się budową łańcuchową i zdolnością do krystalizacji, zwłaszcza podczas rozciągania, uzyskują przy tym znaczną wytrzymałość wskutek uporządkowania struktury.

1. Włókna syntetyczne otrzymywane przez polimeryzację:

• • Poliakrylonitryl (anilana, orlon (-CH₂ – CHCN-)_n) – odznacza się wyjątkową odpornością na działania światła, czynników atmosferycznych, ciepła i czynników chemicznych, z wyjątkiem stężonych kwasów mineralnych i gorących zasad, jest również odporny na większość rozpuszczalników organicznych, rozpuszcza się tylko w nielicznych rozpuszczalnikach co wykorzystuje się w celu przędzenia włókna. Zastosowania jako syntetyczne włókno zastępujące wełnę dzianinach (materiały ubraniowe – wełna z dodatkiem anilany)
  • Polialkohol winylowy ((-CH₂-CHOH–)_n) stosowany do produkcji włókien syntetycznych i klejów, jako emulgator, jako koloid ochronny i środek pianotwórczy (np. dodawany do piwa), do wyrobu filmów zabezpieczających szyby przed poceniem się (np. w samochodach), do wyrobu przedmiotów formowanych (rur, płyt odpornych na działanie benzyny)
  • Kopolimer chlorku winylidenu z chlorkiem winylu

2. Włókna syntetyczne otrzymywane przez polikondensację:

• • Poliamid (nylon, steelon, kapron) – do produkcji włókien stosowanych w  przemyśle tekstylnym oraz wyrobów technicznych, jak sztuczna szczecina, sznury, sieci i inne, poza tym można wytłaczać z nich rury, taśmy itp. Oraz przerabiać na wtryskarce. Nylon ma bardzo dużą (zbliżoną do stali) wytrzymałość na rozciąganie, można go barwić. Stosowany jest do produkcji wyrobów dzianych, pończoch, bielizny, tkanin.

Obok włókien syntetycznych znane są włókna sztuczne, otrzymywane z celulozy, np. jedwab octanowy.

Podział włókien na sztuczne i syntetyczne odpowiada analogicznemu podziałowi tworzyw.

WŁÓKNA SZTUCZNE – otrzymywane z naturalnych surowców

Jedwab octanowy – jedwab sztuczny otrzymywany z acetylocelulozy, którą rozpuszcza się w mieszaninie alkoholu z acetonem i przepuszcza do pomieszczenia ogrzanego do 50 – 60°, następuje tam ulotnienie się rozpuszczalnika (który skrapla się i zawraca do obiegu). Stosowany w przemyśle tekstylnym.

Jedwab wiskozowy – jedwab sztuczny otrzymywany z celulozy. Celulozę techniczną przeprowadza się w alkalicelulozę działając 18% -owym roztworem wodorotlenku sodowego, zanieczyszczenia przechodzą do roztworu. Alkaliceluloza po rozdrobnieniu podlega w ciągu paru dni „dojrzewaniu”, polegającemu na częściowej degradacji, następnie poddaje się ją siarczkowaniu w bębnach obrotowych (działaniu dwusiarczku węgla). Powstaje przy tym rozpuszczalny w zasadach ksantogenian celulozy. Roztwór taki (zwany wiskozą) poddaje się znowu dojrzewaniu, po czym następuje przędzenie, tj. przepuszczanie go do roztworu zawierającego 8 – 18% Na₂SO₄ i 10 – 11% H₂SO₄, w którym następuje koagulacja. Otrzymane włókno poddaje się płukaniu, odsiarczaniu, znowu płukaniu, bieleniu, kolejnemu płukaniu i suszeniu.  Jedwab wiskozowy ma zastosowanie w przemyśle tekstylnym.

Włókno szklane -  powstaje przez przeciskanie stopionej masy szklanej przez otwory o bardzo małej średnicy. W zależności od średnicy i składu włókno takie ma dwa główne zastosowania:

• Jako światłowody - dzięki wewnętrznemu odbiciu impulsów świetlnych w odpowiednio przygotowanym włóknie szklanym impulsy te mogą bez znaczącego osłabienia pokonywać ogromne odległości, co sprawia że światłowody są szeroko  wyzyskiwane w teleinformatyce.
• W postaci tkanin i mat szklanych - służące do zbrojenia sztucznych żywic czyli produkcji tzw. laminatów. Poprzez modyfikację dodatkami w postaci  żywic poliestrowych lub epoksydowych (droższe, ale wytrzymalsze i odporniejsze) tworzą lekki, wytrzymały i odporny materiał konstrukcyjny mający powszechne zastosowanie w lotnictwie, szkutnictwie, przemyśle samochodowym itd.

Celuloza  - (włókno celulozowe)stanowi materiał wyjściowy do produkcji papieru, włókien chemicznych (włókien octanowych, wiskozowych), oraz pochodnych będących pochodnymi celulozy (etery i estry celulozy). Celulozę można uzyskując przede wszystkim z drewna, ale również ze słomy, sitowia, bambusa i innych materiałów roślinnych.

Jako źródła surowców do wyrobu materiałów izolacyjnych z włókna celulozowego stosuje się rozdrobnioną makulaturę. Po segregacji papier gazetowy jest przecierany maszynowo i równocześnie impregnowany mineralnymi solami boru, co sprawia, że staje się  odporny na rozkład biologiczny i staje się niepalnym. Na tej drodze przy stosunkowo niewielkim nakładzie energii uzyskuje się kłaczkowaty materiał izolacyjny o właściwościach odpowiadających dobrym materiałom konwencjonalnym.

WŁÓKNA ROŚLINNE

Konopie  - pochodzące z Azji, z nad Morza Kaspijskiego do ich uprawiania potrzebny jest  nieco cieplejszy klimat, niż w przypadku lnu. W analogiczny sposób jak włókno lniane. uzyskuje się włókno konopi. Poprzez  ręczne odrywanie włókien z łodyg; tworzone są konopie darte. Z powodu twardości wymagają do skruszenia mocniejszego tarcia, a w fabrykach zastosowania specjalnych maszyn. Otrzymuje się zaledwie trzy procent czystego produktu więc trzy razy mniej niż lnu. Do przędzenia używa się delikatniejszych włókien, grubszych na konopie szewskie i powróźnicze. Do najdelikatniejszych należą konopie włoskie, a zwłaszcza bolońskie, odznaczają się jasną barwą i połyskiem, i są głównie wyzyskiwane do tkania. W przemyśle odzieżowym wyzyskiwanie konopi jest stosunkowo niewielkie, gdyż do tkania nadaje się jedynie najdelikatniejszy ich gatunek. Głównym ich zastosowaniem jest wyrób lin, sznurów, wyściółek, czyszczenie maszyn, uszczelnienia itp.

Konopie jest dłuższe od włókna lniane, barwa jego jest jasno-szara lub zielonawo-żółtawa, gatunek zielonkawy ustępuje pierwszemu pod względem jakości. Krótsze i grubsze od lnianych są komórki włókna, natomiast podobna jest ich budowa. Generalnie włókno konopne jest mocno zdrewniałe i chociaż mocniejsze od lnianego ma małe zastosowanie.

Juta - Długość włókna dochodzi do 3 m, zdarza się jednak, że wyborowy gatunek osiąga ponad 4 m. Włókno juty jest barwy żółto-białej i srebrzysto-szarej, po zwiotczeniu zdziera się włókna juty rękoma, płucze w wodzie, suszy i wysyła.  Ślaz daje się z trudem bielić, ale farbuje się łatwo. Jak więc widzimy, włókno to jest włóknem dartym barwy żółto-białej i srebrzysto-szarej, połyskliwe, lepsze gatunki są miękkie i gładkie. Ze wzrostem gatunku, barwa włókna ma jaśniejszy kolor.

Inne włókna roślinne.

• Konopie Nowozelandzkie, tak zwany len - włókno otrzymywane z liści rośliny. O długości włókna sięgającej  około 1 m, jest ono grube, silne, o barwie żółtawej, dość grube i silne, odporne na działanie wilgoci, a przy tym bardzo lekkie. Służy głównie się do wyrobu grubych tkanin, lin okrętowych itp.

• Pokrzywa chińska - to włókno cechujące się pięknym, jedwabistym połyskiem, otrzymywane  z łodygi, wyrastającej do 2 m wysokości.

• Konopie bombajskie – są źródłem włókna barwy brudno-żółtawej, które nadaje się do sporządzania grubszych tkanin, powrozów itp.

• Konopie manilskie to źródło włókien powstających zarówno z łodygi, sięgającej około 2 m wysokości, jak i z liści. Cechuje się lekkością, jest nadzwyczaj trwałe i wytrzymałe, pełne połysku , koloru żółtawo-białego.

Poza tym z innych włókien roślinnych na uwagę zasługują: włókno nasienne, podobne z wyglądu do bawełny, włókno łupinowe z orzecha kokosowego, wełna drzewna w postaci cienko struganych wiór.

Włókna stosuje się do produkcji tkanin (stosowanych w ubraniach, okładzinach tapicerskich) lin, nici, laminatów.