Свойства шёлка: прочность, влага, тепло

Шёлк — самое прочное из натуральных волокон, но «прочнее стали» он не является; об этом стоит сказать прямо, потому что миф очень живуч.

Измеренные значения прочности на разрыв:

• волокно в целом — около 400 МПа при модуле Юнга порядка 9 ГПа;
• шёлк-сырец — 219–422 МПа;
• отваренный шёлк — 250–507 МПа;
• чистый серицин — около 130 МПа.

Разброс большой, и это честная картина: результат зависит от породы шелкопряда, скорости, с которой гусеница выдавала нить, влажности при испытании и способа отварки. В экспериментах с принудительным вытягиванием нити из гусеницы с контролируемой скоростью получали до 700 МПа при удлинении около 37 % — но это лабораторное условие, а не обычный шёлк.

Удлинение при разрыве у обычного волокна — около 15 %. Это заметно больше, чем у хлопка (7–8 %), и означает, что шёлк амортизирует рывок, а не рвётся сразу.

Отварка, как видно из цифр, прочность не снижает, а скорее повышает: убирается хрупкий серицин, остаётся несущий фиброин.

У всех волокон прочность меняется при намокании, но направление разное. Хлопок и лён во влажном виде становятся прочнее. Шёлк — наоборот: вода проникает в аморфные участки фиброина, раздвигает цепи и ослабляет водородные связи между ними. Мокрая шёлковая вещь теряет заметную часть прочности и возвращает её при высыхании.

Отсюда все практические правила ухода, и они не произвольны:

• не выкручивать и не отжимать в машине — именно в мокром состоянии волокно наиболее уязвимо к механике;
• не тереть мокрую ткань о себя — так появляются зацепы и «залысины» блеска;
• не вешать мокрую тяжёлую вещь на плечики — под собственным весом она вытянется;
• сушить, разложив на полотенце, а не на верёвке.

Гигроскопичность у шёлка высокая: в торговой практике нормативная влажность принимается равной 11 % от массы волокна. То есть в обычных комнатных условиях больше десятой части веса шёлковой вещи — это впитанная из воздуха вода, и при этом ткань на ощупь сухая. Шёлк способен принять ещё больше влаги, прежде чем начнёт ощущаться мокрым.

У полиэстера для сравнения показатель около 0,4 % — он воду практически не берёт, и вся влага остаётся на коже.

Цифру «нормативная влажность шёлка 11 %» приводят повсюду, и почти всегда без оговорки, которая меняет её смысл.

Она взята из таблицы торговых норм влажности — ASTM D1909 и аналогичных национальных документов. И сам стандарт прямо предупреждает: указанное значение не является экспериментально определённой величиной и представляет собой условную договорённость.

Зачем она нужна. Волокно продаётся на вес, а вес зависит от влажности воздуха на складе. Чтобы покупатель и продавец не спорили о погоде, отрасль договорилась считать вес по фиксированной норме: столько-то процентов влаги принимается «по умолчанию» независимо от реальной. Для шёлка это 11 %, для хлопка 8,5 %, для шерсти заметно больше.

Что это значит для читателя. Фактическое содержание влаги в шёлке при обычных комнатных условиях от 11 % отличается и зависит от влажности воздуха, от того, отварено ли волокно, и от отделки. Стандарт отдельно оговаривает, что реальные значения не находятся в постоянном соотношении с торговыми.

Почему цифру всё же стоит знать. Она верна как порядок величины и как инструмент сравнения: 11 % у шёлка против 0,4 % у полиэстера — это разница почти в тридцать раз, и именно она объясняет, почему под синтетикой душно, а под шёлком нет. Просто не надо воспринимать её как результат измерения вашей наволочки.

«Шёлк греет зимой и холодит летом» — фраза из рекламы, но физика за ней есть.

Что действительно работает:

• Влагоперенос. Шёлк впитывает пот и отдаёт его в воздух, не давая коже оставаться мокрой. Основной источник дискомфорта в постели — именно влажная кожа, и здесь разница с синтетикой ощутима.
• Теплота сорбции. При поглощении влаги волокном выделяется немного тепла, при испарении — наоборот, поглощается. Это сглаживает скачки температуры.
• Малая теплоёмкость при тонкости. Шёлковое полотно быстро принимает температуру тела, поэтому не ощущается холодным при касании, в отличие от прохладного хлопкового сатина.

Чего ждать не стоит: шёлк не охлаждает активно. Ощущение прохлады в первые секунды даёт теплопроводность гладкой поверхности, а не какой-то механизм охлаждения. Через несколько минут температура выравнивается. Тонкая шёлковая наволочка на ощупь прохладнее хлопковой, но воздух в комнате она не студит.

Как утеплитель шёлк тоже уступает: шёлковая вата лёгкая и приятная, но по теплоизоляции на единицу веса проигрывает пуху.

Честный перечень слабых мест.

Свет. Ультрафиолет разрушает фиброин — волокно желтеет и теряет прочность. Из всех натуральных волокон шёлк к УФ чувствительнее всех. Отсюда правило: не сушить на солнце, не хранить на свету, шёлковые шторы считать расходным материалом.

Щёлочь. Разрушает пептидные связи. Обычный стиральный порошок щелочной.

Ферменты. Протеазы в средствах «против стойких пятен» расщепляют белок, не различая пятно и ткань.

Хлор. Необратимо разрушает фиброин. Шёлк нельзя отбеливать хлорсодержащими средствами и нежелательно носить в бассейн.

Пот. Сочетание соли, мочевины и кислой реакции постепенно желтит ткань, особенно в подмышках. Пятна пота на шёлке со временем закрепляются и перестают отстирываться.

Истирание. Шёлк прочен на разрыв, но поверхностное истирание переносит хуже синтетики: ворсинки на участках трения выходят наружу, и появляется белёсость.

Моль и кожееды. Шёлк — белок, то есть еда. Хранить следует чистым (на грязном моль откладывает яйца охотнее) и с репеллентом.

Вода с жёсткими солями и горячая вода выше 40 °C. Первая оставляет разводы, вторая ускоряет потерю блеска.

Светостойкость — самое слабое место шёлка, и у этого есть конкретная химическая причина.

В фиброине есть ароматические аминокислоты: тирозин (около 5 % в тяжёлой цепи), а также фенилаланин и триптофан в следовых количествах. Именно ароматические кольца поглощают ультрафиолет и вступают в реакции окисления, тогда как глицин и аланин, составляющие основную массу белка, к свету почти безразличны.

Что происходит при облучении:

• тирозин окисляется, образуя в том числе дитирозин — продукт сшивки двух остатков между собой. Дитирозин окрашен, и именно его накопление связывают с пожелтением;
• сшивки делают белок жёстче и ломче: нить теряет не только цвет, но и прочность;
• в экспериментах потеря тирозина доходила до 46–56 % после двадцати пяти часов облучения.

Единого мнения о механизме нет. Часть исследователей указывает на триптофан как на основной источник жёлтой окраски, часть — на карбонильные группы, образующиеся из глицина и аланина, причём в последнем случае отмечена прямая связь между желтизной и содержанием карбонилов. Сходится всё в одном: процесс идёт по окислению и ускоряется ультрафиолетом.

Для реставраторов шёлк — наименее светостойкое из распространённых волокон, и музейные ткани хранят при строго ограниченном освещении.

Бытовые следствия ровно те же: не сушить на солнце, не хранить на свету, не вешать шёлковые шторы на южные окна без расчёта на то, что это расходный материал. Выгорание необратимо — ни стирка, ни отбеливание прочность не вернут.

Поведение при горении — самый надёжный бытовой тест на натуральность, потому что проверяет химию, а не внешность.

Натуральный шёлк:

• горит медленно, при вынесении из пламени чаще всего гаснет сам;
• пахнет палёным волосом или рогом — это характерный запах горящего белка;
• остаток — хрупкий чёрный шарик, который растирается в порошок между пальцами.

Полиэстер и нейлон:

• плавятся, а не горят, волокна подтягиваются от огня;
• пахнут жжёной пластмассой;
• остаток — твёрдый оплавленный шарик, который не растирается.

Вискоза:

• горит быстро и ярко, как бумага;
• пахнет жжёной бумагой;
• остаток — лёгкий серый пепел.

Тест делают на одной нитке из внутреннего шва или с припуска, над раковиной. Смесовые ткани дают смешанную картину: часть нитей оплавляется, часть пахнет белком — это тоже результат, означающий, что чистого шёлка перед вами нет.