Строение и свойства шерстяных волокон

28.03.2015

1. Морфологическое строение шерстяного волокна. Шерстинка состоит из стержня, корня и луковицы.
Стержень - ороговевшая часть шерстяного волокна, расположенная над поверхностью кожи. Шерсть как сырье состоит из стержней, срезанных у самой кожи.
Корень - живая часть шерстинки, находящаяся в толще кожи и примыкающая с одной стороны к стержню, а с другой - к луковице.
Луковица - нижняя часть корня шерстинки, расположенная в глубине корневого влагалища на питающем ее сосочке. В луковице за счет размножения клеток происходит рост шерстяного волокна.
2. Гистологическое строение шерстяного волокна. Шерстяные волокна всех типов состоят из чешуйчатого и коркового слоев, а в переходном, кроющем мертвом волосе и ости имеется еще и сердцевинный слой.
Чешуйчатый слой (кутикула), образуя наружную поверхность волокна, защищает его от воздействия механических, химических и биологических факторов окружающей среды, влияет на блеск и свойлачиваемость шерсти.
Чешуйчатый слой состоит из множества плоских, гофрированных, неправильной формы роговых чешуек, налегающих одна на другую. Расположение чешуек может быть:
- кольцевидное, при котором каждая чешуйка образует полное кольцо вокруг волоса. Такая форма типична для пуха;
- кольцевидно-сетевое, когда чешуйки на поверхности волокна расположены в виде сетки и размещаются рядами, что характерно для полутонкой шерсти;
- сетевидное - чешуйки образуют на поверхности волокна неправильной формы сетку; такое расположение чешуек имеют остевые волокна.
На 100 мкм длины мериносового волокна насчитывается 10-12 чешуек, пуха кашемирских коз - 6-7 чешуек.
Чешуйчатый слой составляет 2-3% массы шерстяного волокна овец.
Корковый слой находится непосредственно под чешуйчатым и составляет основную массу волокна. Он состоит из веретенообразных многогранных клеток. В клетках коркового слоя находятся гранулы пигмента меланина.
В корковом слое содержится основное количество серы. Этот слой обуславливает главные свойства шерсти: прочность, растяжимость, упругость и др.
В пуховых волокнах доля коркового слоя достигает 90%, в ости - 60-70, а в мертвом волосе - только 5-6%.
Сердцевинный слой - это полость внутри волокна, заполненная высохшими клетками и воздухом. Наличие сердцевины снижает прочность волокна, но повышает его теплозащитные свойства. У пуха сердцевины не бывает.
3. Типы шерстяных волокон. По внешнему виду и техническим свойствам различают следующие типы волокон.
Пух, или подшерсток, - это самые тонкие и самые извитые шерстяные волокна: толщина большинства из них колеблется от 15 до 30 мкм. Шерстный покров тонкорунных овец целиком состоит из пуховых волокон. У грубошерстных и диких овец пуховые волокна образуют нижний, более короткий, невидимый снаружи ярус шерстного покрова, называемый подшерстком.
По техническим свойствам пух принадлежит к самым ценным волокнам.
Ость - малоизвитые, иногда почти прямые толстые, грубые волокна, как правило, длиннее пуха, поэтому образуют верхний видимый ярус шерстного покрова. Остевые волокна являются непременной составной частью шерсти грубошерстных и полугрубо-шерстных овец.
По техническим свойствам ость намного хуже пуха. Ее техническое достоинство повышается по мере уменьшения толщины волокон, которая колеблется от 30 до 120 мкм.
Переходный или промежуточный волос представляет собой нечто среднее между остью и пухом. Переходный волос в смеси с остью и пухом входит в состав шерсти грубошерстных овец. Почти целиком из него (или в смеси с пухом) состоит шерстный покров полутонкорунных овец.
По техническим свойствам переходный волос значительно лучше ости, и чем меньше его тонина, тем он ближе к пуху по техническим свойствам.
Мертвый волос - очень грубое и ломкое остевое волокно. В отличие от шерстяных волокон всех остальных типов при сгибании надламывается, при растяжении быстро рвется. В шерстяных изделиях быстро разрушается, при крашении не окрашивается.
В шерсти тонкорунных овец мертвый волос отсутствует, а в полутонкорунной шерсти он обнаруживается редко.
Всякую шерсть, содержащую мертвый волос, шерстеобрабатывающая промышленность относит к низшим сортам.
Сухой волос - грубая ость, отличающаяся большой жесткостью наружных концов волокон. От обычной ости отличается меньшим блеском и некоторой хрупкостью. Встречается в шерсти большинства овец грубошерстных пород.
Кроющий волос - прямой, очень жесткий, с сильным блеском. По толщине и строению приближается к ости. Вследствие наклонного расположения корней в коже кроющие волосы образуют на ее поверхности гладкое покрытие, при котором один волос ложится на другой и покрывает его. Такое расположение кроющих волос не дает возможности их состригать. Эти волосы растут на конечностях, голове, изредка на хвосте.
Шерсть по составу образующих ее волокон подразделяют на две группы - однородную и неоднородную.
Однородная шерсть состоит из одинаковых по внешнему виду, длине, тонине и другим свойствам волокон.
К однородной шерсти относят следующие виды:
- тонкая однородная шерсть, средняя тонина волокон которой не превышает 25 мкм;
- полутонкая однородная шерсть тониной 25,1-31,0 мкм;
- полугрубая однородная шерсть, имеющая тонину шерстяных волокон 31,1-40,0 мкм;
- грубая однородная шерсть, состоящая из тонкой ости без сердцевины, тониной в пределах 40,1-67,0 мкм, характерная для английских длинношерстных пород.
Неоднородная шерсть представляет собой смесь ости, переходных волокон и пуха. Эту шерсть разделяют на полугрубую и грубую, которые состоят из названных видов волокон. Различие состоит в том, что в полу-грубой шерсти содержится больше жиропота, а в грубой часто обнаруживается сухой и мертвый волос.
4. Тонина шерсти. Важнейшим свойством шерсти как сырья для промышленности является ее тонина (толщина). О тонине шерсти судят по размерам поперечного сечения шерстяного волокна, выраженного в микрометрах (1 мкм = 10в-6м).
Следует отметить весьма большую амплитуду колебаний диаметра волокон овечьей шерсти. Среди наиболее тонких волокон мериносовой шерсти встречаются отдельные экземпляры с поперечным сечением 5 мкм, в то же время наиболее толстые волокна могут иметь часто диаметр более 160 мкм, например, в мертвом волосе до 240 мкм.
Самый тонкий пух, известный до настоящего времени, был получен от дикого барана муфлона и кашмирской козы (8-12 мкм), а самый грубый волос в шерстяном покрове муфлона достигал диаметра 258 мкм.
Различные типы волокон шерсти овец имеют разную тонину (табл. 42).

Строение и свойства шерстяных волокон

В связи с существованием вышеназванных типов шерстяных волокон количественное соотношение их в рунах шерсти различной степени однородности может довольно сильно различаться. В таблице 43 приведены данные долевого распределения по тонине волокон неоднородной помесной шерсти 1 сорта.
Из данных таблицы видно, что неоднородная шерсть преимущественно состоит из пуховых и переходных волокон (91,2%). В то же время в ней имеются и остевые волокна различной толщины, вплоть до 176 мкм.
Более наглядно кривая распределения волокон в неоднородной грубой шерсти по их тонине представлена на рисунке 34.
Строение и свойства шерстяных волокон

На рисунке отчетливо видно, что пик кривой, представляющий собой зону пуховых волокон тониной 7,5-30,0 мкм, сдвинут в крайнее левое положение. Правая же часть кривой, плавно опускаясь, простирается вплоть до величины 210 мкм.
В то же время типовая кривая распределения волокон однородной тонкой шерсти 64 качества по тонине имеет довольно отличающийся вид, приближаясь по форме к нормальному распределению за счет уменьшения правой ее ветви.
Строение и свойства шерстяных волокон

Рисунок показывает, что основной массив волокон однородной шерсти располагается в очень узкой зоне между 15,0 и 35,0 мкм, занимая долю 80 с лишним процентов всех волокон. Весь же спектр всех классов тонины однородной шерсти 64 качества занимает только около 25% всего спектра классов неоднородной шерсти. Это свидетельствует о том, что даже однородная шерсть не бывает абсолютно уравненной по тонине. Что же касается цельного руна, то даже самые лучшие тонкорунные породы овец дают руна, в различных частях которых шерсть всегда бывает разной тонины, и отнесение рун к уравненным или неуравненным является условным. На различных частях тела овцы растет шерсть неодинаковой тонины (рис. 35, табл. 44).
Строение и свойства шерстяных волокон

У маток средняя тонина шерсти всех зон руна несколько меньше, но размах ее колебаний во всех зонах, то есть неуравненность шерсти, существенно больше, чем у баранов - от 12,4 до 46,5 мкм.
Тонину шерсти чаще всего характеризуют средней арифметической величиной диаметров волокон в микрометрах или оценивают в условных показателях -классах тонины, называемых качествами, которые обозначают двузначными числами. Каждому числу соответствует определенная тонина шерсти в микрометрах. Сущность такой классификации, называемой брэдфордской, в следующем. Из мытой прочесанной шерсти (топса) готовят пряжу и разделяют на мотки по 512 м каждый. Число мотков пряжи, которое получается из 1 английского фунта (453,6 г) шерсти, называется качеством. Чем тоньше шерсть, тем больше получится мотков пряжи и тем будет выше числовое обозначение класса тонины, т. е. качества, и наоборот.
Строение и свойства шерстяных волокон

В таблице 45 представлена принятая в России классификация однородной шерсти по тонине. Следует отметить, что шерсть как массив отдельных шерстяных волокон (руно) со средней тониной 90 качества (11,2-14,4 мкм) и 28 качества (67,1-125,0 мкм) существует только теоретически, поскольку в последнее время в практике в России она не встречается. В то же время в штапеле как однородной, так и неоднородной шерсти могут быть обнаружены отдельные очень тонкие волокна вплоть до 7,5 мкм в диаметре.
Строение и свойства шерстяных волокон

5. Извитость шерсти. С тониной достаточно тесно связана извитость шерсти -ее свойство образовывать извитки.
Различают форму и степень извитости.
Форма извитости волокон устанавливается по соотношению длины основания дуги завитка и высоты дуги. Различают следующие формы извитости: 1) гладкую, 2) растянутую, 3) плоскую, 4) нормальную, 5) сжатую, 6) высокую, 7) петлистую.
Повышенная, особенно петлистая извитость, затрудняет процесс чесания шерсти, приводит к обрыву волокон и снижает выход пряжи.
Степень извитости волокон шерсти характеризуется числом извитков на 1 см их длины. Волокна тонкой мериносовой шерсти имеют 7-12 извитков на 1 см длины, полутонкой шерсти - 2-5, остевые волокна - 1, мертвый волос извит еще слабее. Кроющий волос не имеет извитости. Видно, чем тоньше шерсть, тем сильнее её извитость. От извитости волокон зависит упругость ткани, ее валкоспособность и эластичность.
Строение и свойства шерстяных волокон

В таблице 46 приведены данные о взаимосвязи между тониной и извитостью австралийской мериносовой и кроссбредной шерсти.
6. Длина шерстяного волокна. Это второе по значению физико-механическое свойство шерсти и важнейший селекционный признак овец. Различают естественную и истинную длину волокон.
Естественная длина представляет собой длину пучка шерстяных волокон (штапеля или косицы) с сохранением извитости или волнистости шерстинок. В косице неоднородной шерсти измеряют длину ости и пухового яруса отдельно. По стандарту длина неоднородной шерсти определяется по пуховой зоне. Естественную длину тонкой однородной шерсти называют также высотой штапеля.
Истинная длина - длина шерстяных волокон в распрямленном от извитости, но не растянутом состоянии.
Строение и свойства шерстяных волокон

Естественная длина шерсти измеряется при бонитировке овец; истинная длина фигурирует преимущественно в технологических процессах.
Измерения шерсти овец пяти тонкорунных пород (алтайская, грозненская, кавказская, ставропольская, советский меринос) показали, что истинная длина по сравнению с естественной возрастает у шерсти 70-го качества на 36%, 64-го качества - на 28% и 60-го качества -на 26%.
Кроме показателя средней длины шерсти очень важным ее свойством является равномерность (неровнота) длины шерсти. Неровноту по длине шерсти подразделяют на несколько компонентов: между отдельными волокнами внутри штапеля, между отдельными штапелями в руне и между рунами в отаре. Австралийские исследователи показали, что для мериносовой и кроссбредной шерсти характерно следующее соотношение между различными компонентами неровноты шерсти по ее длине:
• между волокнами в штапеле - 80%
• между штапелями в руне - 10%
• между рунами в отаре - 10%
• всего - 100%
Наибольшее значение имеет уравненность волокон шерсти в штапеле. В штапеле тонкой шерсти для невооруженного глаза все волокна кажутся одинаковой длины. Однако при извлечении из штапеля отдельных волокон и измерении их длины оказывается, что они имеют различную длину. В грубой и полугрубой шерсти неуравненность волокон по длине выражена особенно резко, так как в каждой косице имеется длинная ость и более короткий пух. Различия по длине волокон в штапеле (пучке) шерсти разных видов хорошо видны на графических штапельных диаграммах, показанных на рисунке 36.
На этом рисунке представлены графические штапельные диаграммы овечьей шерсти разных видов - тонкой, полугрубой и грубой. Для построения диаграммы все волокна, входящие в пучок массой 2-3 г, разбиваются на классы. В каждый класс входят волокна, длина которых колеблется в пределах 10 мм для тонкой шерсти, 20 мм - для полугрубой шерсти, и 25 мм - для грубой шерсти.
Штапельная диаграмма позволяет определить среднюю длину волокон и коэффициент неравномерности их по длине. Рисунок показывает, что наиболее уравненной по длине является тонкая шерсть, наибольшей же неуравненностью отмечается грубая шерсть.
Очень большим колебаниям подвержены индивидуальные различия овец по длине шерсти: во многих случаях они превосходят породные различия в пределах одного направления овцеводства.
Имеются и половые различия в длине шерсти - у баранов она длиннее, чем у маток.
Весьма существенны породные различия по длине шерсти. Наиболее короткую и тонкую шерсть давали электоральные мериносы Германии старого типа при настриге чистой шерсти всего 0,14-0,50 кг. Длина такой шерсти была 3-4 см. У современных российских мериносов пяти главных пород естественная длина шерсти составляет 66-92 мм, истинная длина - 89,2-114,3 мм. У австралийских мериносов (маток) она колеблется, уменьшаясь с возрастом (2-8 лет) от 10,8 см до 9,4 см. Самую длинную шерсть получают с овец полутонкорунных пород. Шерсть линкольнских овец достигает 30-40 см. Длина грубой шерсти весенней стрижки может колебаться от 7 до 25 см и более.
Длина шерсти наряду с тониной имеет первостепенное производственное значение - чем длиннее шерсть, тем больше ее масса.
В зависимости от длины все однородные шерсти разделяют на камвольную и суконную.
Камвольная (гребенная) шерсть обычно бывает длиной 5,5 см и более; используется для производства гладких, неваляных тканей с отчетливо видимым рисунком переплетения нитей, из которых соткана ткань. Сюда относятся ткани, начиная от тончайших плательных массой 60-116 г на 1 погонный метр и кончая костюмными тканями массой 400-450 г/метр. Наибольшим спросом у населения пользуются камвольные ткани. Название «камвольная» происходит от двух немецких слов: камм - гребень и волле - шерсть.
Суконная (аппаратная) шерсть должна быть длиной короче 5,5 и даже 2,5 см. Такая шерсть используется для производства валяных, часто ворсистых тканей, на поверхности которых совершенно не видно нитей, из которых соткано сукно. Используется такая шерсть и для производства трикотажных изделий.
В валяльно-войлочном производстве используются даже самые короткие куски шерстяных волокон - короче 1 см.
Важным, но недостаточно изученным, является вопрос скорости роста шерсти, т. е. увеличения длины ее волокон в единицу времени. Установлено, что к факторам, влияющим на скорость роста шерсти, относятся: пол, возраст животных, условия их содержания и кормления, климат, частота стрижки. У овец тонкорунных пород шерсть растет сравнительно медленно: 0,5-1,0 см в месяц. Шерсть полутонкорунных, полу-грубошерстных и грубошерстных овец растет гораздо быстрее: 1-3 см в месяц. Поэтому грубошерстных овец стригут обычно два раза в год.
Если тонкорунных овец не стричь несколько лет подряд, то скорость роста шерсти постепенно снижается: первый год длина шерсти достигает 7-8 см и более, на второй год она увеличивается примерно на 5-6 см, на третий год - на 2-3 см за год.
На рисунке 37 показано изменение длины шерсти у ягнят полутонкорунной породы от рождения до 13-месячного возраста. Наиболее интенсивный прирост шерсти наблюдается в период от рождения до 4-х месяцев, когда длина шерсти увеличивается на 1,3 см в месяц, в дальнейшем (4-13 месяцев) скорость роста шерсти снижается до 0,7 см в месяц.
Строение и свойства шерстяных волокон

7. Крепость (прочность) шерстяного волокна. Под крепостью понимают то усилие, которое затрачивается на разрыв отдельного волокна или пучка волокон шерсти. Различают крепость абсолютную и относительную (удельную).
Абсолютная крепость определяется затраченным усилием или нагрузкой, под действием которой шерстяное волокно разрывается. По системе СИ абсолютная крепость выражается в ньютонах (H), сантиньютонах (сН) или миллиньютонах (мН). Ранее по системе МКГСС она обозначалась как килограмм-сила (кгс, 1 кгс=9,80665 H или 1 Н=1,02 кгс).
Абсолютная крепость одиночного волокна при прочих равных условиях зависит от его тонины (табл. 47).
Строение и свойства шерстяных волокон

Данные таблицы показывают, что между абсолютной крепостью шерстяного волокна и его тониной существует прямая и довольно тесная зависимость. Чем толще волокно, тем при прочих равных условиях больше его крепость в сантиньютонах и граммах. Абсолютная крепость шерстяных волокон овец наиболее распространенных классов тонины находится в пределах 3,9-62,0 сантиньютона или 4,9-57,2 грамма. Остевые волокна имеют крепость 40-70 г, а исключительно крепкие и грубые остевые волокна верблюжьей шерсти при тонине 80-90 мкм достигают крепости 100 г и более.
Относительная крепость характеризуется величиной разрывного усилия, приходящегося на единицу площади поперечного сечения шерстяного волокна, и выражается по системе СИ в паскалях (1 Па = 1 ньютон на 1 м2) или по системе МКГСС - в кгс/мм2.
В практике шерстоведения вместо относительной (удельной) прочности применяют определение разрывной длины шерстяного волокна. Разрывная длина - это условная длина волокна в километрах, при которой оно, будучи подвешенным за один конец, разрывается от собственной массы. Разрывная длина отдельного шерстяного волокна колеблется от 5 до 25 км.
Шерсть разных пород овец по величине разрывной длины имеет значительные колебания (табл. 48).
Строение и свойства шерстяных волокон

В последнее время разрывную длину выражают в сантиньютонах на один текс (сН/текс). Под тексом понимают тонину волокна, выраженную отношением массы волокна (шерсти) к его длине (1 текс= 1г/км). Разрывная длина, выраженная в сН/текс, называется разрывной нагрузкой. Переводной коэффициент км в сН/текс равен 0,98.
Шерсть считается нормальной по прочности, если ее разрывная нагрузка (сН/текс) составляет не менее: для тонкой шерсти - 7, для полутонкой - 8, для полугрубой и грубой - 9, или соответственно 6,7; 7,8; 8,8 км.
8. Растяжимость (удлинение) волокна. Под растяжимостью понимают свойство шерстяного волокна увеличивать свою длину, т.е. растягиваться под действием разрывающих усилий. Разница между истинной длиной шерстяного волокна и его длиной в момент разрыва, выраженная в процентах от истинной длины волокна, называется полным удлинением. Величина относительного полного удлинения, отнесенная к единице нагрузки, характеризует растяжимость. Коэффициент растяжимости показывает увеличение длины волокна при нагрузке 1 кгс или 1Н на 1 мм2 его сечения и выражается в процентах.
В таблице 49 показаны коэффициенты растяжимости шерстяных волокон разной тонины.
Строение и свойства шерстяных волокон

Из данных таблицы видно, что в целом с увеличением тонины шерстяных волокон коэффициент их растяжимости возрастает. Однако в этой динамике можно выделить три этапа.
Наиболее быстро увеличивается растяжимость с повышением тонины самых тонких волокон, далее идет этап плавного, но более медленного, роста растяжимости при увеличении диаметра волокон до 40 мкм, а затем увеличение диаметра волокон не ведет к возрастанию их растяжимости. Наиболее наглядно это показано на рисунке 38.
Строение и свойства шерстяных волокон

Наряду со своеобразным характером изменения растяжимости волокон по мере увеличения их диаметра, показывающим, что у волокон с тониной 40 мкм и выше растяжимость не только не возрастает, но и даже имеет тенденцию к снижению, на рисунке приведен график изменения крепости волокон.
Ясно видна очень четкая слегка параболическая, почти линейная, зависимость абсолютной крепости шерстяных волокон от величины их диаметра (тонины). Следует отметить, что рост крепости волокон даже несколько опережает возрастание их тонины.
Шерстяные волокна обладают более высокой растяжимостью, чем другие текстильные волокна. Так, если растяжимость волокон однородной шерсти находится в пределах 20,0-67,5%, то нейлона хлопка - 6,9-7,2%.
9. Упругость, эластичность. Под упругостью понимают сопротивление волокна сжатию, способность восстанавливать свою первоначальную форму и размер полностью или частично после прекращения действия силы, нарушившей их.
Эластичность - быстрота восстановления шерстью первоначальной формы.
Упругость и эластичность шерсти обусловливают такие качества шерстяных тканей, как прочность, износоустойчивость, способность сохранять свой первоначальный вид, а для трикотажных изделий - способность свободно растягиваться.
10. Гигроскопичность - это свойство шерсти поглощать влагу из окружающей среды; при этом масса шерсти может увеличиваться довольно сильно (даже на 50%). С поглощением влаги шерстяные волокна набухают, увеличиваясь в поперечнике на 17,5%, в длину - на 1,2-1,8%. Поглощение влаги и повышение влажности шерсти сопровождается выделением тепла. Гигроскопичность - очень важное свойство шерсти, способствующее поддержанию теплоты тела человека при переходе его в более влажные и холодные условия.
11. Влажность шерсти. Под влажностью шерсти понимают количество содержащейся в ней воды. При этом имеется в виду вода, поступившая в шерсть из воздуха и удерживающаяся в ней механически, а не входящая в химический состав вещества шерстяного волокна.
Влажность шерсти в сильной степени зависит от её гигроскопичности. Способность шерстяного волокна поглощать воду и менять свои линейные параметры используется для измерения влажности атмосферного воздуха с помощью волосяных гигрометров.
На величину влажности шерсти влияют относительная влажность воздуха, температура и скорость его движения. Зимой шерсть имеет большую влажность, чем летом. Влажность шерсти зависит также от ряда физических факторов: содержания жиропота, замасливания, присутствия минеральных примесей и др.
Влажность шерсти имеет весьма серьезное значение при всех операциях, связанных с учетом ее массы во всей шерстеторговой и технологической практике, а также в денежных расчетах с учетом корректирования фактической массы конкретной партии шерсти.
По сравнению с другими текстильными волокнами шерсть характеризуется наиболее высокой гигроскопической способностью и влажностью при стандартных условиях, а именно при температуре 20°С и влажности воздуха 65% (%):
• шерсть тонкая - 17,0
• шерсть грубая - 14,0
• лен - 12,0
• вискоза - 12,0
• шелк - 11,0
• ацетатное волокно - 6,0
• капрон, нейлон - 4,5
• нитрон - 1,0
• лавсан - 0,3
Повышенная влажность, а следовательно, и способность поглощать влагу (пот), говорит о том, что шерсть является самым лучшим текстильным волокном с точки зрения создания комфортных условий существования для человека.
12. Цвет и блеск шерсти. Цвет шерсти определяется наличием в клетках коркового слоя шерстяного волокна мельчайших пигментных зёрен меланина. Основные цвета шерстяных волокон - белый, черный, рыжий, серый. Имеется также целый ряд других оттенков. С технологической точки зрения шерсть белого цвета является наиболее ценной, так как изделия из нее можно окрасить в любой цвет.
Цвет немытой шерсти отличается от цвета ее после промывки и тем сильнее, чем больше в ней было жиропота и загрязняющих примесей.
Под действием некоторых факторов белые шерстяные волокна приобретают желтую или даже коричневую окраску.
Во многих странах с тропическим климатом пожелтение шерсти остается серьезной проблемой. В Индии, где этой проблеме уделяется особое внимание, более 30% производимой шерсти составляет пожелтевшая шерсть. Такая шерсть стоит дешевле белой на 12-34%. Изделия из пожелтевшей шерсти имеют невысокое качество и более короткий срок носки, так как ее невозможно отбелить без разрушения волокон и нельзя окрасить в светлые тона.
Пожелтение шерсти является результатом действия инсоляции, температуры, влажности, количества и качества жиропота, его повышенной щелочности, состава микрофлоры руна. Уровень pH жиропота пожелтевших рун всегда выше (8,5-10,0), чем жиропота белых (7,0-8,5). Генетические факторы составляют до 25% основных причин пожелтения.
Было показано, что овцы с наиболее сильно выраженным пожелтением шерсти по сравнению с овцами с белой шерстью имеют наиболее высокое соотношение пота и жира в руне (табл. 50)
Строение и свойства шерстяных волокон

Кератин шерстяных волокон может приобретать желтую и даже коричневую окраску под действием экскрементов или дезинфицирующих веществ во время купки.
В то же время было экспериментально доказано, что сигаретные фильтры из желтой шерсти овец задерживают никотин и угарный газ значительно лучше, чем фильтры из ацетатной целлюлозы и нормальной мериносовой шерсти.
Блеск - свойство шерсти отражать лучи света. Он зависит главным образом от размера, формы и взаиморасположения чешуек, образующих наружный слой шерстяного волокна. Блеск шерсти обусловливает ту или иную яркость, «живость» тонов шерстяных изделий.
Наиболее сильный блеск - люстровый - имеет шерсть породы линкольн, русской длинношерстной и ангорских коз. Полулюстровый блеск присущ шерсти овец пород ромни-марш и куйбышевской. Для овец тонкорунных и полутонкорунных пород характерен серебристый блеск. Шерсть грубошерстных овец обладает матовым блеском. В значительной степени от блеска волокон шерсти зависит качество каракуля.
13. Плотность (удельный вес) шерсти является величиной довольно устойчивой и составляет 1,3 г/см3. Среди всех основных натуральных волокон шерсть обладает наименьшим удельным весом (шелк - 1,52, хлопок - 1,50, лен -1,50). Это является преимуществом изделий из шерсти, которые имеют меньший вес по сравнению с изделиями из других тканей.
В ряду всех наиболее популярных волокон, как натуральных, так и искусственных, шерсть по плотности (удельному весу) занимает четвертое место (г/см3):
• спандекс(полиуретан) - 1,00
• капрон, нейлон - 1,14
• ацетатное волокно - 1,25
• шерсть овечья - 1,30
• лавсан - 1,38
• хлопок - 1,50
• лен - 1,50
• шелк - 1,52
• вискозное волокно - 1,53
• асбестовое волокно - 2,55
• стеклянное волокно - 2,55
14. Теплопроводность шерсти. Вопрос о теплопроводности шерсти, как и других текстильных волокон, имеет большое значение, так как тепловая изоляция является одной из основных функций текстильных, войлочных, валяных и шубных изделий.
Величина коэффициента теплопроводности чистой шерсти (при температуре 30° и объемном весе равном 30 кг/м3), составляющая 0,32 Вт/(м*К) - меньше, чем у других текстильных волокон, т. е. для шерсти характерна более низкая теплопроводность. Однако при оценке теплопроводности тканных, вязаных или валяных изделий из шерсти приходится учитывать величину коэффициента теплопроводности не только собственно шерстяных волокон, но и теплопроводность неподвижного воздуха, постоянно находящегося в мелких полостях (порах) между шерстяными волокнами. Следовательно, коэффициент теплопроводности волокон шерсти является величиной, неполностью характеризующей теплоизоляционные свойства готовых шерстяных изделий, у которых они значительно выше. В таблице 51 приведены коэффициенты теплопроводности некоторых материалов.
Строение и свойства шерстяных волокон

15. Прядильная способность шерстяного волокна. Все операции процесса прядения направлены на превращение массы волокнистого материала в нить. Это превращение должно осуществляться так, чтобы из данной массы волокон получить наибольшее количество максимально тонкой и крепкой нити, однородной по своим свойствам и строению.
Тонина пряжи, также как и тонина волокна, определяется по номеру, т. е. по отношению длины отрезка в километрах или метрах к массе этого отрезка в килограммах или граммах. При превращении волокнистого материала в нить основными показателями использования его являются номер, разрывная длина и масса получаемой пряжи.
Степень количественного использования волокнистого материала при его переработке в пряжу определяется по ее выходу, т. е. по отношению массы пряжи к массе израсходованного на ее получение волокнистого материала (шерсти). Это можно рассматривать как способ определения прядильной способности шерсти.
Главным фактором, определяющим прядильную способность шерсти, является ее тонина.
16. Способность шерсти к свойлачиванию. Шерстяные волокна отличаются большой способностью свойлачиваться или сваливаться. В результате воздействия сил давления и трения волокна переплетаются и вся их масса уплотняется. Чешуйки шерстяных волокон удерживают волокна при валке в занятом ими положении, препятствующим смещению их в готовом изделии и повышающим его крепость. Влажность и температура определяют способность шерсти к свойлачиванию.
Способность различных видов шерсти к свойлачиванию определяют по отношению плотности свалянного изделия к плотности первоначального материала.
17. Химические свойства шерстяного волокна. Шерстяные волокна тонкорунных овец состоят на 99% из белка кератина, включающего три фракции - α, β, и γ. Преобладающим компонентом кератина является α-кератоза, из которой состоят микро- и макрофибриллы волокон. β-кератоза - аморфное вещество, соединяющее фибриллы между собой. Третья фракция - γ-кератоза является основой субкутикулярной мембраны, предохраняющей главную часть волокна - корковый слой - от воздействия различных факторов. Содержание серы, с которой связывают основные свойства шерсти, в γ-кератозе в 2-3 раза выше, чем в α- и β-кератозах.
Кератин шерсти, рогов, копыт, также как и фиброин шелка, относится к фибриллярным белкам, состоящим из полипептидных цепей, способных к растяжению и сокращению. Кератины имеют очень большой молекулярный вес.
Примерный химический состав шерсти: углерод - 50%, кислород - 22%, азот - 18%, водород - 7%, сера - 2-5%. На долю зольных веществ приходится от 1 до 3%. От других белков кератин отличается повышенным содержанием серы, которая входит в состав молекул серосодержащих аминокислот цистина, цистеина и метионина. Почти вся сера шерстяного волокна находится в составе цистина, который в организме овец не синтезируется и поэтому должен поступать с кормом. С увеличением содержания серы в шерсти повышается прочность шерсти и улучшаются ее прядильные свойства.
В пуховых волокнах серы больше, чем в ости и мертвом волосе. Этим объясняется более высокое содержание серы в мериносовой шерсти (4%) по сравнению с грубой шерстью (3,3%).
В таблице 52 показан аминокислотный состав кератина шерсти.
Строение и свойства шерстяных волокон

В состав кератина шерсти входят 19 аминокислот; наиболее высоким содержанием характеризуются глютаминовая кислота, цистин, лейцин и аргинин.
Шерстяные волокна способны адсорбировать и химически связывать кислоты и щелочи из водных растворов. Адсорбция кислот и щелочей, как и в случае влагопоглощения, сопровождается набуханием шерстяных волокон.
Обработка шерсти слабым раствором серной кислоты (до 5%) повышает крепость волокон. 5-7% раствор серной кислоты применяется для очистки шерсти от трудноотделимого растительного сора; при этом шерстяным волокнам ущерб не наносится, а растительные примеси растворяются. Этот процесс называется карбонизацией шерсти.
Наиболее сильное действие на шерсть оказывают щелочи. Степень разрушающего влияния их на шерсть зависит от вида щелочи, концентрации, температуры и продолжительности действия раствора. Особенно сильно разрушают шерсть едкие щелочи (едкий натр и едкое кали). Даже при слабых концентрациях растворов они вызывают разрушение шерсти, причем тем большее, чем выше температура. Обработка шерстяной пряжи 0,05%-ным раствором едкого натра делает ее непригодной для дальнейшей переработки в ткань. При кипячении в 3%-ном растворе едкого натра или калия в течение двух-трех минут шерсть полностью растворяется. При повышении концентрации раствора едкого натра до 15% шерсть разрушается со все возрастающей скоростью.
Обработка хлором также вызывает энергичное разложение вещества в шерсти.
Длительное воздействие солнечного света приводит к повреждению шерсти: она желтеет, становится жесткой и ломкой. Под воздействием ультрафиолетовых лучей шерсть разрушается.
18. Шерсть и другие текстильные волокна. Шерстяной (волосяной) покров животных, первоначально диких, а затем и одомашненных, человек использовал в качестве материала для защиты своего тела от внешних воздействий и утепления жилища с доисторических времен. Сначала шерстяной покров использовался вместе с кожей, т. е. в виде шкур, из которых изготовлялись первобытные накидки и набедренные прикрытия. Эти предметы являются одним из древнейших изобретений человека. Уже в памятниках позднего палеолита были обнаружены каменные скребки и костяные иглы, служившие для обработки и сшивания шкур. Научившись в эпоху неолита изготавливать из состриженной шерсти пряжу, человек начал производить шерстяные ткани. Древнейшие остатки шерстяных тканей были обнаружены в Швейцарии в зоне свайных построек, которые были заселены человеком 10-20 тысяч лет назад. Имеются хорошо сохранившиеся настенные рисунки, показывающие, что уже 6-7 тысяч лет назад в Египте и Вавилоне существовали сравнительно хорошо организованные технологии прядения шерсти и изготовления из пряжи шерстяных тканей (рис. 39).
Строение и свойства шерстяных волокон

Это дало основание Энсмингеру считать, что шерсть в истории человечества была первым текстильным волокном, из которого были изготовлены первые ткани.
С ростом численности населения и развитием его потребностей происходило постепенное увеличение спроса на ткани из шерсти, а затем на ткани из растительных волокон. В течение длительного времени преобладающим текстильным сырьем на мировом рынке были шерсть и лен. К 1700-му году их доля в общем объеме текстильных волокон составляла более 90%. Далее наступил период длительного спада спроса на эти волокна - в 1913 году их доля уменьшилась до 21%. В последние годы доля шерсти и льна составляет менее 3%.
Производство отдельных волокон и их доля в валовом производстве всех видов текстильных волокон в мире за последние 93 года показаны в таблице 53.
Строение и свойства шерстяных волокон

Из данных таблицы видно, что в течение XX века произошли существенные изменения объемов производства отдельных видов текстильных волокон и соотношения этих объемов.
Наиболее наглядно динамика производства трех главных видов волокон, на долю которых в 2005 году приходилось 95,6% всех произведенных в мире волокон, представлена на рисунке 40.
Рисунок показывает, что производство шерсти в мире, начиная с 40-х годов, находилось примерно на одном уровне 1,07-1,30 млн. тонн, несколько увеличившись в 60-е годы.
Строение и свойства шерстяных волокон

Производство хлопка возрастало средними темпами с небольшим ежегодным ускорением. В результате в течение века производство хлопка увеличилось в 5 раз. Производство же искусственных текстильных волокон в течение этого времени, начав практически с нуля, продемонстрировало исключительно энергичный рост. Объем их производства возрос в 4000 раз. Это произошло в основном за счет бурного развития производства синтетических волокон, которое стартовало в конце 50-х- начале 60-х годов.
Все вышесказанное привело к тому, что структура производимых в мире текстильных волокон, а следовательно, и тканей из них, в течение XX века подверглась весьма значительным изменениям. На рисунке 41 показано изменение соотношения долей двух главных типов текстильных волокон -натуральных и искусственных - в мировом их производстве.
Строение и свойства шерстяных волокон

Текстильные волокна и, следовательно, ткани из них используются для производства одежды - главного средства защиты тела человека от негативных факторов окружающей среды и обеспечения экологически комфортных условий его существования. Рисунок показывает, что если в начале прошлого века практически вся одежда в мире изготавливалась из натуральных текстильных волокон, то в начале XXI века более половины ее производилось из искусственных, а точнее синтетических волокон, т. к. на долю последних в этой группе волокон приходится 92%.
Удельный вес искусственных волокон в общем мировом душевом потреблении текстильных волокон составляет 62%; согласно долгосрочному прогнозу развития к 2015 году доля их потребления увеличится до 80%. В России удельный вес потребления искусственных волокон и нитей в балансе текстильной промышленности в 2006 году составил около 26%.
В настоящее время ведущими фирмами мира производятся искусственные волокна и специальные текстильные материалы на основе нанотехнологий, обладающие искусственным интеллектом, реагирующие на резкое изменение параметров окружающей среды и минимизирующие последствия вредных воздействий, характеризующиеся высокими термофизиологическими и иммуномодулирующими свойствами и антимикробным действием.
Основная масса синтетических волокон по важнейшим свойствам существенно отличается от натуральных текстильных волокон, особенно от шерсти. В таблице 54 приведены параметры важнейших физических свойств натуральных и искусственных текстильных волокон.
Строение и свойства шерстяных волокон

Возрастающее производство искусственных, и в первую очередь синтетических, волокон является следствием того, что эти волокна обладают рядом преимуществ, привлекающих промышленников и дающих им возможность получать дополнительную прибыль. Достоинства, которыми обладают натуральные волокна, и особенно шерсть, в этом случае уходят на второй план.
Основными, выделяющимися достоинствами шерсти являются следующие.
Удельный вес (плотность) шерсти является наиболее низким по сравнению с другими натуральными и искусственными волокнами. Легче шерсти только капрон, нитрон и спандекс, поэтому изделия из шерсти относятся к наиболее легким.
Эластичность (растяжимость). По этому показателю овечья шерсть и козий пух превосходят все натуральные и искусственные волокна за исключением спандекса (полиуретанового синтетического волокна).
Гигроскопичность (влажность), то есть способность поглощать влагу (пот) является очень важным свойством шерсти. По этому показателю шерсть превосходит все натуральные и искусственные волокна.
Теплопроводность шерсти. Это важнейшее достоинство шерсти. По сравнению с другими текстильными волокнами шерсть характеризуется самым низким коэффициентом теплопроводности. Имеется в виду теплопроводность собственно самого вещества шерсти - белка кератина. Следует иметь в виду, что функцию теплового изолятора выполняет не монолитное вещество шерсти, а изделия из шерсти - текстильные, вязанные, войлочные, валяные и шубные - постоянно содержащие в мелких полостях между шерстяными волокнами различное количество неподвижного воздуха. Такая композитная субстанция, состоящая из шерсти и воздуха, обладает более высокой теплоизоляционной способностью, чем чистое шерстяное волокно.
Поэтому, когда публикуется восторженное отношение российских специалистов к ускоренному развитию производства синтетических волокон и широкому их внедрению в текстильной промышленности за счет вытеснения шерсти, сразу возникает мысль о том, что эти люди забыли или не знают, что:
а) 65% территории России находятся в зоне вечной мерзлоты;
б) самый холодный регион Северного полушария расположен в России в районе Верхоянска, где абсолютный минимум температур составляет около -70°С;
в) запасы невозобновляемого сырья для производства синтетических текстильных волокон - нефти - иссякнут в разных странах в следующие годы (РБК, 2008, №8):
• Норвегия - 2010
• Индонезия - 2010
• Алжир - 2020
• Китай - 2022
• Россия - 2023
• Ливия - 2057
• Иран - 2070
• Саудовская Аравия - 2084
• Кувейт - 2129
Некоторые специалисты считают, что оптимистические прогнозы относительно форсированного развития производства синтетических волокон и использования их в текстильной промышленности в будущем недостаточно тесно коррелируют с данными об истощении запасов нефтехимического сырья для синтеза волокнообразующих полимеров.
Исходя из сказанного выше, можно считать, что у шерстного овцеводства, особенно в такой стране как Россия, имеются вполне конкретные перспективы его возрождения и развития.
Представляют интерес пути и количественная структура использования шерсти для производства изделий различного назначения. В таблице 55 показано использование произведенной шерсти разных видов на изготовление различных изделий в СССР.
Из данных таблицы видно, что превалирующая часть всех видов шерсти используется для производства тканей - камвольных, суконных, трикотажных. Для этих целей тонкая шерсть используется на 96,3%, полу-грубая - на 87,2% и грубая - на 55,6%.
Строение и свойства шерстяных волокон

Следует отметить, что в России, как северной стране, значительная часть шерсти используется для производства термоизоляционных изделий, таких как валяная обувь, обувь и другие изделия из войлока, шубномеховые изделия (шерсть на специально обработанной коже, одеяла, пледы).
Длительное время при производстве шерстяных тканей для улучшения некоторых их свойств к шерстяным нитям добавляют определенное количество искусственных и других натуральных волокон. В СССР сырье, которое использовалось для производства шерстяных тканей, в среднем имело следующий состав (табл. 56).
Строение и свойства шерстяных волокон

Таблица показывает, что доля искусственных, преимущественно синтетических, волокон с пониженными термоизоляционными свойствами и почти полным отсутствием способности поглощать влагу в советских шерстяных тканях составляла 20%. В России в 2006 году удельный вес синтетических волокон и нитей в сырьевом балансе текстильной и легкой промышленности составил около 26%. Эту величину для российских условий можно считать вполне приемлемой, не нуждающейся в дальнейшем увеличении.
Ткани, изготавливаемые из шерсти с добавлением других текстильных волокон, могут быть как очень тонкими и легкими, изделия из которых могут обеспечить человеку комфорт в условиях жаркого климата и даже тропиков, так и толстыми и очень теплыми, пригодными для жизни в условиях очень холодного климата.
Шерстяные ткани делятся на три группы: камвольные, тонкосуконные и грубосуконные.
Камвольные (гребенные) ткани имеют гладкую поверхность с ярко выраженным рисунком переплетения нитей и небольшой вес. Для производства камвольной пряжи используют шерсть длиной 55 мм и выше. Эти ткани вырабатывают из пряжи от № 84 до № 28 с линейной плотностью 12-36 текс (1 текс=1 г/км). Вес 1 м2 ткани колеблется: для платьев - 130-230 г, для костюмов -200-500 г.
Тонкосуконные ткани вырабатывают из более короткого (меньше 55 мм) по длине волокна. Поверхность суконных тканей в результате валки не имеет ткацкого рисунка, но может иметь ворс. Тонкосуконные ткани изготовляют из аппаратной пряжи с №24 по № 10 (42-100 текс). Легкие костюмные ткани имеют вес 260-320 г/м2, наиболее тяжелые ткани для демисезонных пальто - 700-800 г/м2.
Грубосуконные ткани вырабатывают из аппаратной пряжи низких номеров - от №8 до №2 (125-500 текс), получаемой из полугрубой и грубой шерсти. Лучшим видом грубосуконной ткани является бобрик с хорошим устойчивым ворсом. Эти ткани имеют довольно большой вес - от 350 до 780 г/м2.