Молекулярная структура волокон
Электронно-микроскопические и другие исследования показали, что волокна, как правило, имеют надмолекулярную структуру в виде пачек (пучков) макромолекул. Минимальными структурными элементами волокна являются микрофибриллы толщиной от 3 — 6 до 100 нм. Кроме микрофибрилл в волокне имеются крупные фибриллярные элементы — макрофибриллы диаметром около 1 мкм и длиной до нескольких десятков микрон. Между макрофибриллами есть прослойка, которая состоит, вероятно, из отдельных пачек макромолекул.
К числу волокнистых полимеров, характеризующихся аморфно-кристаллическим строением, относятся целлюлоза, полиамидные, полиэфирные и полнакрилонитрильные волокна, в которых общая степень кристалличности может колебаться от 10 до 90 %•
Дискуссионным пока остается вопрос о размере и форме элементарных кристаллитов и характере взаимосвязи их в более крупных кристаллических образованиях.
Микрофизическая структура весьма различна в различных частях волокна: у растительных волокон наблюдается наличие на поверхности кутикулы, у шерстяных — чешуйчатого слоя, у целлюлозных — слоев роста, у химических — ориентационная поверхностная рубашка (у вискозного волокна). Кроме того, не все пространство внутри волокна занято макромолекулами, каждый полимер пронизан системой субмикроскопических пор (пустот) различной формы и протяженности. Субмикроскопические пространства облегчают диффузию красителей, химических реагентов, аппретирующих веществ в волокне.
Наличие пор является существенной особенностью архитектоники всех волокнистых материалов и нередко в литературе считается дефектом структуры. Однако чем равномернее распределение пор, тем выше степень обеспечения быстрого рассасывания местных перенапряжений в волокне и возрастания его работоспособности. С этих позиций пористость является необходимым составным компонентом структуры волокон, обеспечивающим улучшение их эксплуатационных свойств. Данные электронно-микроскопических исследований целлюлозных материалов показывают, что размеры пор оцениваются величинами от трех до нескольких микрометров. На долю различных пустот и неплотностей упаковки хлопкового волокна (селекционный сорт 108-Ф) приходится 10—12 % всего объема волокна вискозного— 15,8 %.
Благодаря особенности формования химические волокна можно получать с различной пористостью. Однако крупные поры, пустоты, а также трещины размером 1—2 мкм следует уже отнести к морфологическим особенностям строения волокна. Они являются нежелательными, так как ухудшают усталостные характеристики волокна.