Всем хороши синтетические волокна и одежда из неё. Она сравнительно недорога, прочна, долговечна, она не интересна моли и плесени, мало намокает и быстро сохнет, не мнется, медленно пачкается и легко отстирывается. Однако сегодня придирчивый покупатель недовольно морщится, прочитав на бирке, что свитер или белье синтетические. Ведь при всех своих достоинствах синтетика имеет два существенных недостатка: она плохо пропускает воздух и электризуется. Последний недостаток, хоть и рождает массу неудобств (пыль прилипает к одежде, к телу, она искрит и бьет током), легко устраним с помощью антистатиков, повышающих поверхностную электропроводность ткани. А вот второй недостаток пока еще не удается ликвидировать. Даже комбинируя волокна натуральные, синтетические волокна (из синтетических полимеров) и разные виды искусственных (из природных полимеров), технологи не всегда получают удовлетворительный результат. Что же плохого в том, что синтетическая ткань не пропускает воздух? Во-первых, затрудняется кожное дыхание, а во-вторых — и это гораздо хуже, — кожа плохо охлаждается. Нагретый телом воздух остается под одеждой, а перегретая кожа «задыхается» и потеет, поскольку включается механизм охлаждения. Но пот будет испаряться лишь до тех пор, пока прилегающий к ней воздух не перенасытится влагой, которая не может выйти из-под удушливой ткани, а потом начинается перегрев. Не случайно колбасу и сыр не рекомендуют хранить в закрытом полиэтиленовом пакете — они быстро портятся из-за отсутствия вентиляции и избытка влаги. Точно так же потеет и человек в одежде из синтетики, изнывая от жары и летом, и зимой, несмотря даже на умеренную температуру, влажность воздуха и интенсивную работу своей охладительной системы. Все знают, как сыро ногам в резиновых сапогах и туфлях из кожзаменителя. Почему же любой неприродный материал (резина, кожзаменитель, пленка илисинтетическая нить) плохо пропускает воздух? Если говорить о заменителях кожи, резине, пленках, клеенках, то тут все ясно — они не «дышат», поскольку сплошные. В них, в отличие от естественных материалов — кожи, бумаги и других, — нет пор, пропускающих воздух. В некоторых современных материалах этот недостаток устраняют — в сплошной пленке пробивают многочисленные микроотверстия (микроперфорацию), пропускающие нагретый воздух и испаренную влагу. Именно так устроены новые мембранные материалы типа «хайпора» или «гортекс» Но если сравнивать ткани, сделанные из природных и химических волокон, то окажется, что они вроде бы ничем существенным не различаются: и те и другие — это переплетения нитей с зазорами-ячейками между ними, которые должны пропускать воздух. Действительно, ячейки есть во всех тканях, но достаточно увидеть их под микроскопом, чтобы понять, что они разные. Зазоры между не синтетическими нитями, спряденными из природных волокон, скажем, хлопка и льна, как и сами нити, большие и грубые — их видно невооруженным глазом. Асинтетическая нить зазоров между химическими нитями почти не дает и их видно только под микроскопом или лупой. В этом и кроется причина плохой проницаемости синтетической ткани для воздуха и пара. Ведь по законам аэро и гидродинамики скорость течения жидкости или газа через малое отверстие пропорциональна квадрату его поперечника. Поэтому по части «дыхания» синтетика с ее мелкими ячейками сходна со сплошной полимерной пленкой, полностью перекрывающей ток воздуха. Впрочем, именно благодаря этому свойству синтетические материалы незаменимы во многих областях техники. Фильтры, обивка, защитные чехлы, кожухи, паруса яхт, парашюты, воздушные шары — везде, где надо замедлить прохождение воздуха через ткань, ничего лучше синтетики не придумать. Казалось бы, проблему можно решить, расширив зазоры между синтетическими нитями, чтобы ячейки легче пропускали воздух. Но такой путь невозможен, синтетическая нить не может располагаться свободно, словно в теннисной ракетке, и расстояние между ними обычно равно их же диаметру. Причина в том, что синтетическая нить удерживаются в ткани только трением, значит, их надо туго натянуть и плотно пригнать друг к другу — иначе синтетическая ткань распадется. Речь идет именно о синтетических тканях, а не о трикотаже, для которого проблема «дыхания» в целом решена. В трикотаже размеры ячеек в меньшей степени зависят от толщины нитей, поскольку они держатся не на трении, а в основном за счет плетения. Поэтому петли в нем можно делать гораздо шире. Выходит, что именно синтетическая нить с малой толщиной химического волокна и не позволяет синтетической ткани пропускать воздух. Кстати, по той же причине плохо «дышат» ткани из тонких искусственных волокон и даже ткани из природного шелка. Недаром именно из дорогого и тонкого шелкового волокна делали прежде купола парашютов и оболочки воздушных шаров и змеев. Синтетическая нить сделаться толще тоже не может, поскольку толщина нитей определяется самой технологией изготовления. Жидкая полимерная масса, словно вода из дyша, струйками выдавливается сквозь многочисленные тончайшие отверстия специального диска (фильеры) и на лету полимеризуется в тонкую, как паутина, синтетическую нить. Выходит, все просто — надо сделать шире отверстия фильеры, и синтетическая нитьполучится толще? Но размер отверстий выбран малым не случайно — макромолекулы жидкого (растворенного или расплавленного) полимера, пройдя сквозь тонкие отверстия, выстраиваются вдоль оси струйки. В образовавшейся нити молекулы расположены строго упорядоченно, и это придает ей одновременно прочность и эластичность. Если же отверстия увеличить, то уменьшится прочность выходящего из них волокна (особенно это заметно у стекловолокна). К тому же толстые волокна получаются слишком жесткими и негнущимися в сравнении с природными нитями той же толщины, а значит, неудобной будет и одежда из них. Попробуйте плотно намотать на тонкий стержень сначала хлопчатобумажную нитку, а затем леску той же толщины. Нить наматывается легко, а леска пружинит и сразу же разматывается. Дело в том, что нить в отличие от лески не сплошная — она свита из многих волокон, что снижает ее жесткость. Что же тогда мешает соединить и свить тонкие синтетические волокна в толстую пряденуюсинтетическую нить? Именно таким путем и пошли технологи, хотя он и не очень простой.Синтетические волокна плохо сцепляются и легко расплетаются. Происходит это не только из-за жесткости, но и потому, что у них маленький коэффициент трения (вспомним полимерные подшипники скольжения). Синтетические ткани нередко сразу можно узнать по гладкой блестящей поверхности. Именно из-за плохого сцепления тут же расплетается разрезанная капроновая нить, и ее конец приходится заваривать над пламенем. Получается, что еще один недостаток синтетических волокон — это их совершенство, излишняя правильность в сравнении с природными. Идеально гладкая поверхность, малая смачиваемость, низкий коэффициент трения, большая жесткость, правильная круглая форма поперечного среза волокна — все это препятствует надежному сцеплению синтетических волокон. Кстати, именно в плохой смачиваемости и ровной поверхности причина повышенной электризуемости синтетики. На волокнах не удерживается проводящая ток влага, и электропроводность оказывается недостаточной для того, чтобы стек накопленный поверхностный заряд. Итак, чтобы синтетическое волокно больше походило на природное, его структуру надо делать менее совершенной, правильной и симметричной. Для этого можно подбирать полимеры с большим коэффициентом трения и искусственно создавать на поверхности волокон неровности и зазубрины, чтобы шершавые волокна, спряденные как синтетическая нить, цеплялись друг за друга. Ведь и жесткие шерстинки животных держатся в пряже и войлоке благодаря микрочешуйкам на их поверхности. Можно пофантазировать и предложить технологам искажать поверхность еще не застывших волокон, скажем, с помощью ультразвука либо химически протравливать уже готовоесинтетическое волокно. Однако на практике проще сделать отверстия фильеры особой формы, чтобы синтетическая нить не была круглой. Так, еще в 60-х годах прошлого века Фриц Боланд разработал технологию получения профильного полиамидного волокна, имевшего не круглый, а звездчатый профиль сечения — такие волокна хорошо сцеплялись и позволяли прясть из них толстые нити с широкими зазорами. Синтетические ткани и трикотаж из такого полиамида не электризовались, не образовывали катышков и хорошо пропускали воздух Поверхность волокна можно сде¬лать шершавой и иначе — если не¬ровности волокна будут создавать составляющие его мелкие волоконца, объединенные в одно крупное. Именно такие нити прядет паук. Способ, которым он создает свои удивительные, до сих пор технически не превзойденные творения, отчасти напоминает производство химического волокна. На брюшке паука есть несколько выступов — паутинных бородавок, снабженных множеством микроскопических подвижных паутинных трубочек (их бывает до 600 штук и более). Через отверстия этих трубочек, словно через отверстия фильеры, выдавливается белковая жидкость, застывающая на воздухе в тонкие сплошные и идеально ровные волоконца. На этом сходство с процессом производства искусственного волокна заканчивается. Вместо того чтобы разлететься в стороны, подобно каскаду струй в фонтане, сотни волоконец (бородавки обычно работают не все сразу, а поочередно: паук регулирует плотность нити, меняя число элементарных волоконец), еще не успев окончательно застыть, сплетаются и склеиваются быстрыми движениями паутинных трубочек в нити со сложной структурой. Так получается невероятно прочная и эластичная паутина. Если бы удалось сделать некое подобие паучьего прядильного аппарата, то, быть может, синтетические волокна и стали бы походить на натуральные. Достаточно создать фильеру соответствующей конструкции, а отверстия в ней расположить таким образом, чтобы не до конца застывшие волокна переплетались и склеивались на лету в более толстые воздушные нити. Паук может делать паутину различной толщины и плотности — для этого ему достаточно немного сблизить или развести паутинные бородавки. Эту идею можно воспроизвести при помощи нескольких подвижных фильер. Портить структуру таких склеенных из многих волоконец нитей уже ни к чему: они и без этого будут иметь сложный рельеф поверхности и хорошо сцепляться друг с другом благодаря торчащим из них петлям элементарных волоконец. Именно такие петли, похожие на одну из сторон застёжки-«липучки», удерживают паучью лапу на крибеллярной нити — филигранном творении некоторых видов пауков. Конечно, до паутинного аппарата нам, людям, еще далеко, но кое-какие шаги в этом направлении уже сделаны. В начале 90-х технологи разработали особые дышащую тонковолокнистую полиамидную синтетическую нить, с фирменными названиями «тактель» (концерн Дюпон) и «мерил» (концерн Нилстар). Тактель, например, состоит из множества сверхтонких волокон (их число иногда сто и больше), причем каждое из них в 15 раз тоньше шелка. В этих материалах особое значение имеет и форма профиля волокон (которая обеспечивает хорошее сцепление) — она задается формой отверстий в фильерах. Новые микроволокна пока более других похожи на паутинную нить. Конечно,синтетическая нить и трикотаж из таких нитей уже не сравним с «кримпленом» 70-х — он дышит и не электризуется. Теперь дело за тканями.