Досягнення в розвитку цивілізації трьох високоякісних волоконних текстильних виробів

Досягнення в розвитку цивілізації трьох високоякісних волоконних текстильних виробів

Високопродуктивні волокна мають сильну стійкість до фізичних впливів, таких як світло, електрика, тепло та сила зовнішнього світу, а також до хімічних впливів, таких як окислювачі, кислоти та луги, завдяки чому волокна мають високу міцність, високий модуль, висока термостійкість і вогнезахисні властивості. Високопродуктивні волокна можна розділити на органічні та неорганічні. До органічних волокон належать: арамідні волокна, поліетиленові волокна надвисокої молекулярної маси, поліфеніленсульфідні волокна тощо; неорганічні волокна в основному включають: вуглецеві волокна, керамічні волокна тощо, з яких вуглецеві волокна, арамідні волокна та поліетиленові волокна надвисокої молекулярної маси є трьома основними. технологічні інновації та конкуренція; попит на світовому ринку прискорюється, і виробники продовжують досліджувати сфери застосування. Розробляйте нові продукти, які можна придбати, щоб отримати конкурентну перевагу.

В даний час високопродуктивні волокна знаходяться в стадії бурхливого розвитку, а різноманітні вироби (композитні матеріали, канати тощо) використовуються також у військовій промисловості, аерокосмічній, навігаційній, цивільній, текстильній та швейній та інших галузях. У цьому дослідженні представлені та аналізуються різні методи оптимізації для трьох основних високоефективних волокон і текстилю з точки зору зниження витрат, функціонального покращення та підвищення доданої вартості, щоб просунути розвиток високоякісних текстильних виробів у високоякісні продукти, які можна ділитися. суспільства та цивільних осіб.

1. Вуглецеве волокно

Вуглецеве волокно - це волокнистий матеріал на основі вуглецю, що складається з шаруватих кристалітів графіту, укладених в осьовому напрямку. Має чудові механічні властивості та легкість. Після десятиліть розробки комерційне застосування вуглецевого волокна поширилося на багато високотехнологічних галузей.

1.1 Технологія виробництва

В даний час приблизно 90 відсотків комерційного вуглецевого волокна виробляється з поліакрилонітрилу (PAN). Традиційні промислові вуглецеві волокна на основі PAN є дорогими та обмеженими у виробництві, що ускладнює широку популяризацію. Щоб зменшити витрати, недорогий текстильний ПАН і відновлюваний лігнін використовуються як попередники для виробництва вуглецевого волокна.

Цзян та ін. Використання методу мокрого прядіння для приготування волокон-попередників з лігніну пшеничної соломи та текстильних акрилових волокон як сировини може знизити собівартість виробництва вуглецевих волокон; завдяки високій температурі термічної реакції лігніну він також може покращити термостабільність волокон, змішаних з лігніну/PAN. Хуанг і його команда використовували гідрохлорид гуанідину без металу для модифікації текстильних акрилових волокон, дозволяючи процесу попереднього окислення відбуватися при нижчих температурах, знижуючи витрати виробництва. У той же час полімерна структура, утворена реакцією циклізації нітрильної групи при низькій температурі, є більш стабільною, тому вуглецеве волокно має кращі механічні властивості. УФ-опромінення волокон PAN, що містять фотоініціатори перед попереднім окисленням, може збільшити швидкість реакції циклізації та скоротити час окислення. Дослідження Jo et al. Було виявлено, що опромінення текстильних волокон PAN без фотоініціатора ультрафіолетовим світлом також може ефективно сприяти процесу попереднього окислення, який займає всього 30 хвилин. Електропрядіння з використанням простого процесу є найкращим способом приготування вуглецевих нановолокон (CNF), процес яких значною мірою залежить від попередників, таких як PAN, смола та лігнін. Чен та ін. Багас гомогенно етерифікували за допомогою кислотного ангідриду, а потім змішували з PAN для електропрядіння для приготування CNF. Етерифікована багасса допомагає утримувати атоми азоту CNF, тим самим покращуючи термостабільність, електропровідність і поверхневу активність волокон.

Можна помітити, що, будь то традиційне мокре прядіння чи новий електропрядіння, ключ до зниження вартості виробництва вуглецевого волокна лежить у сировині та процесах. Дослідження зосереджено на відборі, модифікації та оптимізації процесу вуглецевих матеріалів-попередників. Додавання і віднімання. Звичайно, щоб досягти дешевизни масового виробництва, необхідно також підвищити продуктивність.

1.2 Технологія затінення

Висока кристалічність і хімічна інертність вуглецевого волокна ускладнюють фарбування традиційними барвниками або пігментами. Фотонні кристали - це діелектричні матеріали, які періодично впорядковуються в просторі за допомогою матеріалів з різними показниками заломлення. Він має фотонну заборонену зону і може вибірково відбивати фотони певної довжини хвилі, а відбите світло дифрагує на поверхні кристала, в результаті чого колір. Кольорові вуглецеві волокна можна отримати шляхом складання дисперсних заряджених колоїдних наночастинок на поверхні вуглецевих волокон шляхом електрофоретичного осадження, але механічна міцність недостатня для практичного застосування. Ніу та ін. В якості періодичних компонентів використовували шари ZnO та Al2O3 з великим контрастом коефіцієнта заломлення, які наносили на поверхню плазмово-активованого вугілля методом нанесення атомного шару. Підготовлені різнокольорові вуглецеві волокна мають прекрасну механічну стабільність і придатність до прання. Стать. В умовах розсіяного світла тканини гладкого переплетення з волокон можуть проявляти незалежні від кута відбивні властивості та колір.

1.3 Функціональні технології

1.3.1 Гнучкі волоконні електроди

Зі стрімким розвитком технологій носіння, дослідницька робота з електронного розумного текстилю значно покращилася за останні роки. Дослідження та розробка відповідних електронних компонентів поступово зайняли місце. Наприклад, тканини на основі вуглецевого волокна в даний час є популярними гнучкими електродними матеріалами; однак гнучкість і чудова продуктивність таких електродів була важливою проблемою в розробці розумного текстилю. Лі та ін. Бавовняна тканина з покриттям KOH була карбонізована за допомогою процесу динамічного прожарювання шаблону, який сприяв формуванню шаруватої впорядкованої пористої структури на стінці волокна. Вироблені тканини з вуглецевого волокна мають відмінну механічну міцність і можуть використовуватися як електроди суперконденсаторів. Існують інші підходи до розробки надємних електродів з вуглецевого волокна, такі як селективне хімічне травлення та електрохімічне відлущування наночастинок нікелю для створення багатомасштабних пір і реакційноздатних груп у тканинах, а також гетероатомна модифікація тканин з вуглецевого волокна. Крім того, CNF мають хорошу електропровідність і велику питому поверхню, які мають великий потенціал у застосуванні електронних пристроїв. Levitt et al. Двовимірний карбід перехідного металу Ti3C2Tx був змішаний в розчині PAN з подальшим електропрядінням для приготування матів з вуглецевого нановолокна. Ємність виготовлених таким чином композитних електродів вища, ніж ємність чистих вуглецевих волокон. Додавання Ti3C2Tx покращує електрохімічні характеристики композитного електрода. Провідність і довговічність також міцніші.

1.3.2 Гнучкі датчики

З підвищенням обізнаності населення в галузі охорони здоров’я та покращенням вимог до обладнання в спеціальних галузях смарт-текстиль поступово інтегрується в систему моніторингу медичної допомоги та моніторингу. Одним з ключових компонентів є датчик. Азіжані та ін. В якості матриці вибирається силіконовий каучук кімнатної температури, а подрібнене вуглецеве волокно використовується як провідний матеріал для виготовлення датчика деформації опору, який має високу чутливість в діапазоні амплітуди деформації до 25 відсотків; час його відновлення менше 15 с. Коли цей тип датчика використовується для моніторингу людини, він може забезпечити стабільність сигналу та високу продуктивність сприйняття. Аналогічно, висока чутливість і розтяжність п'єзорезистивного подрібненого вуглецевого волокна/полідиметилсилоксану композитного датчика [18] робить його придатним для виявлення деформацій у різних застосуваннях, таких як рух людини, зморщування тканини тощо. Однак цей тип датчика потребує подальшого вдосконалення. Його п'єзорезистивні властивості чутливі до структури навантаження. Надмірне напруження спричинить такі проблеми, як зниження чутливості та затримка п’єзорезистивного перемикання.

2. Арамідне волокно

Повна назва арамідного волокна - ароматичне поліамідне волокно, яке має переваги високої міцності, високого модуля, низької щільності, зносостійкості, ударостійкості та відмінної ізоляції. Через різні положення з’єднання амідного зв’язку та бензольного кільця існують відмінності в молекулярній структурі араміду, який часто можна розділити на пара-арамід, мета-арамід і арамід III.

2.1 Технологія виробництва

В останні роки арамідні волокна в країні та за кордоном поступово досягли промислового виробництва з високою доданою вартістю, а виробництво збільшувалося з року в рік. Арамідне волокно 1414 (полі-п-фенілентерефтамід, PPTA), одне з основних продуктів, є ключовим моментом у контролі якості готового продукту під час процесу прядіння. Chen Zhourong провів дослідження виробничого процесу з цього приводу: додавання води та антистатичних речовин для попередньої обробки волокон PPTA для зменшення статичної електрики; під час чесання використовуйте циліндрові та знімальні пристрої з невеликою глибиною зубців і швидкою швидкістю, щоб вирішити проблему порошку та пилу під час віджиму. Проблема вузликів, регулюючи крок пристрою, прискорює передачу волокна. Розробка та виробництво арамідних волокон з більш високими механічними властивостями є гідною темою дослідження для розширення сфери застосування арамідних волокон. Teng et al. Змішайте комерційний PPTA з h-PPTA (високомолекулярний PPTA) у концентрованій сірчаній кислоті. Під час процесу віджиму «сухий струмінь-мокрий» h-PPTA може посилити взаємодію між макромолекулами та індукувати орієнтацію коротких ланцюгів PPTA вздовж осі волокна. Покращуються міцність на розрив і початковий модуль отриманих арамідних волокон. Крім того, Ren Zhongkai et al. Дослідження та приготування високоміцного араміду 1313. Міцність на розрив звичайного араміду 1313 нижча, ніж у араміду 1414. Збільшуючи в’язкість прядильного розчину та зменшуючи вміст твердих речовин, можна збільшити молекулярну масу полімеру та додавання модифікаторів може підвищити орієнтацію та структурну однорідність волокон. Метод поступового нагрівання та поступового промивання забезпечує компактність структури волокна. Ці різноманітні технічні вдосконалення роблять волокна міцнішими та довговічнішими.

2.2 Технологія затінення

Арамід має компактну структуру і високу температуру склування, що ускладнює фарбування звичайними процесами. Тому, коли збільшується рухливість макромолекулярного ланцюга волокна і збільшується аморфна площа, барвник може легко проникнути в волокно і з’єднатися з ним. Азам та ін. Припускається, що глибина фарбування арамідних волокон є відносно низькою в останні роки, тому вони використовують бензиловий спирт як набухаючий агент для оптимізації процесу фарбування катіонних барвників для мета-арамідних волокон. Арамідна тканина має високу глибину фарбування і низьку втрату міцності. Крім того, Kale et al. Поверхня пофарбованого арамідного волокна покрита наночастинками діоксиду титану, щоб вирішити проблему поганої світлостійкості пофарбованого арамідного волокна. Для друку на арамідному текстилі друк на носії за допомогою дисперсних барвників є хорошою спробою,

2.3 Функціональні технології

2.3.1 Оптимізація структури тканини

Дослідження високоефективних захисних тканин з араміду також були розроблені в міру зростання попиту в області засобів індивідуального та промислового захисту. На основі тертя між нитками в арамідних тканинах, що мають більший вплив на ударопрочність, Moure et al. Порівнювали механічні властивості та коефіцієнти тертя пряжі параарамідних тканин з різною структурою на різних шарах від пряжі до структури. Дослідження показало, що хоча механічні властивості пряжі в основному однакові, механічні властивості тканин різні; коли арамідні волокна вплітаються на армуючу тканину під вертикальним кутом, вони можуть поглинати багато енергії, яка більше, ніж у звичайних м’яких тканин. А коли тканина має вищу щільність поглиненої енергії та коефіцієнт тертя,

2.3.2 Покращення продуктивності тканини

Щоб покращити практичні характеристики захисного одягу, Nayak et al. нанесені покриття з карбіду бору на арамідні тканини. Хоча загальна стійкість тканини до проколу покращена, це також викликає концентрацію напруги, що впливає на локальний захист тканини; в той же час потік пари поту з покриття обмежується, що призводить до зниження комфорту. З огляду на проблему поганого потовиділення і потовиділення арамідних тканин, кислотний перманганат калію або плазмова модифікація в поєднанні з вологим потовиділенням і методами обробки потом можна використовувати для створення полярних груп на волокнах тканини для поліпшення змочуваності волокон. краще проникає і зчіплюється з волокнами. Взагалі кажучи, багатофункціональні продукти є більш популярними на ринку. Shen et al. Змішаний розчин поліуретану на водній основі, сополімеру полівініліденфториду-гексафторпропілену та фторалкілсилану наносили на арамідну тканину методом занурення, і отримана тканина мала як довговічну супергідрофобність, так і функції хімічного захисту. . Лю та ін. Арамідні тканини були просякнуті рідиною для згущення зсуву (STF) і покриті вуглецевими нанотрубками (CNTs) за допомогою композитного процесу, що призвело до отримання композитних тканин з чудовими захисними та чутливими функціями. Серед них ВНТ підвищує електропровідність і характеристики реакції тканини, що можна ефективно виявити; Додавання STF дозволяє композитній тканині витримувати більш високі сили удару та забезпечувати більш міцний захист. Полівініліденфторид-гексафторпропіленовий сополімер і фторалкілсилан були покриті зануренням на арамідну тканину, і отримана тканина мала як міцну супергідрофобність, так і хімічний захист. . Лю та ін. Арамідні тканини були просякнуті рідиною для згущення зсуву (STF) і покриті вуглецевими нанотрубками (CNTs) за допомогою композитного процесу, що призвело до отримання композитних тканин з чудовими захисними та чутливими функціями. Серед них ВНТ підвищує електропровідність і характеристики реакції тканини, що можна ефективно виявити; Додавання STF дозволяє композитній тканині витримувати більш високі сили удару та забезпечувати більш міцний захист. Полівініліденфторид-гексафторпропіленовий сополімер і фторалкілсилан були покриті зануренням на арамідну тканину, і отримана тканина мала як міцну супергідрофобність, так і хімічний захист. . Лю та ін. Арамідні тканини були просякнуті рідиною для згущення зсуву (STF) і покриті вуглецевими нанотрубками (CNTs) за допомогою композитного процесу, що призвело до отримання композитних тканин з чудовими захисними та чутливими функціями. Серед них ВНТ підвищує електропровідність і характеристики реакції тканини, що можна ефективно виявити; Додавання STF дозволяє композитній тканині витримувати більш високі сили удару та забезпечувати більш міцний захист. Арамідні тканини були просякнуті рідиною для згущення зсуву (STF) і покриті вуглецевими нанотрубками (CNTs) за допомогою композитного процесу, що призвело до отримання композитних тканин з чудовими захисними та чутливими функціями. Серед них ВНТ підвищує електропровідність і характеристики реакції тканини, що можна ефективно виявити; Додавання STF дозволяє композитній тканині витримувати більш високі сили удару та забезпечувати більш міцний захист. Арамідні тканини були просякнуті рідиною для згущення зсуву (STF) і покриті вуглецевими нанотрубками (CNTs) за допомогою композитного процесу, що призвело до отримання композитних тканин з чудовими захисними та чутливими функціями. Серед них ВНТ підвищує електропровідність і характеристики реакції тканини, що можна ефективно виявити; Додавання STF дозволяє композитній тканині витримувати більш високі сили удару та забезпечувати більш міцний захист.

3. Волокно UHMWPE

Волокна з ультрависокомолекулярного поліетилену (UHMWPE) мають багато чудових властивостей, таких як висока міцність на розрив, високий модуль, низька масова щільність тощо, і є інертними до хімічних розчинників.

3.1 Технологія виробництва

В даний час виробництво волокон UHMWPE було промислово розвинене, але цей широкомасштабний метод виробництва може бути досягнутий тільки шляхом гелевого прядіння. Однак цей метод використовує велику кількість органічного розчинника і викликає проблему забруднення навколишнього середовища з високою вартістю виробництва. Кращим вибором є процес прядіння з розплаву (melt spin), який є простим у процесі, не потребує органічного розчинника та має низьку вартість. Kakiage та ін. Комбіновані методи прядіння з розплаву та витяжки з розплаву для підвищення міцності на розрив волокон UHMWPE. Витяжка з розплаву прискорює збільшення лінійної орієнтації кристалів у волокні. При 145 градусах міцність волокна на розрив може досягати 1,1 ГПа за умов витяжки 20 і швидкості деформації 40/хв. У порівнянні з гелевим прядінням, механічні властивості волокон UHMWPE, отриманих методом прядіння з розплаву, значно слабші. Однак для задоволення потреб ринку середньої міцності волокна та масового текстильного ринку достатньо волокон середньої міцності, виготовлених із світлозабруднювального розплавного прядіння.

3.1 Технологія затінення

З точки зору подальшого ринку волокон UHMWPE, волокна UHMWPE з насиченими кольорами можуть збільшити додану вартість продукції, розширити ринкове застосування і, таким чином, підвищити конкурентоспроможність продукції. Однак через високу кристалічність і відсутність функціональних груп волокон UHMWPE традиційні методи фарбування важко піддаються. Ма та ін. Спроби фарбувати тканини UHMWPE при температурі 120 градусів і 20 МПа надкритичному двоокисі вуглецю (scCO2). Зі збільшенням часу фарбування та концентрації барвника здатність до фарбування тканини UHMWPE постійно покращується, а також покращується стійкість кольору тканини. Час фарбування подовжується і збільшується. А додавання декаліну як співрозчинника в scCO2 призвело до більшого виходу кольору. Але після додавання декаліну,

3.2 Функція

технології

3.2.1 Гнучкі волоконні електронні матеріали

Високопровідні гнучкі волокна є важливим матеріалом для поєднання гнучкості та комфорту одягу з функціональністю розумних електронних пристроїв. вищі люди. Використання технології прищепленої полімеризації та технології активації металу для введення іонів срібла на поверхню поліетиленових волокон надвисокої молекулярної маси, а потім безелектрообміднення для приготування провідних поліетиленових волокон надвисокої молекулярної маси з чудовою електричною стабільністю та довговічністю, а також його питомий опір бути низьким до 1,40×10 -5 Ω·см. У методі вода використовується як розчинник у процесі прищепленої полімеризації, а іони срібла відбираються в процесі активації, що вигідно для зниження витрат і захисту навколишнього середовища. Іншим важливим класом гнучких волокнистих електронних матеріалів є гнучкі електроди. Du та ін. Волокна UHMWPE були покриті PDA та безелектричним сріблом, використовуючи комбінацію покриття полідофаміну (PDA) та полі3, 4-етилендіокситіофен:полістиролсульфонату (PEDOT:PSS). Завдяки безперервній модифікації осадження PEDOT:PSS були виготовлені композитні електроди з міцністю на розрив до 3,72 ГПа. У той же час термін служби електрода тривалий, після 20000 циклів

Після цього 90 відсотків початкової ємності все ще можна підтримувати. Серед них PEDOT:PSS є провідним полімером з хорошими плівкоутворюючими властивостями, а нанесення його на поверхню волокна для утворення плівки є методом приготування електродів суперконденсаторів. Покриття PDA може ефективно покращити силу зчеплення між волокнами матриці та матеріалами.

3.2.2 Покращення продуктивності тканини

Тканина UHMWPE має високу ударостійкість, але коефіцієнт тертя між волокнами невеликий, а тканинну пряжу легко зміщувати та проколювати при ударі. Дослідження показали, що гнучкість і стійкість до ударів тканин UHMWPE покращуються після просочення STF, а додавання більш високої концентрації SiO2 до STF корисно для підвищення стійкості тканин до ударів. Подальше дослідження Li et al. Було виявлено, що коли розмір частинок SiO2 становив 15 нм, а концентрація становила 25 відсотків, стійкість до проколу композитної тканини STF/UHMWPE досягала найкращого. Щодо тертя між нитками UHMWPE, Arora et al. Експериментами було встановлено, що збільшення тертя між нитками не обов’язково сприяє поглинанню енергії удару. Роль STF у підвищенні ударостійкості тканини більше залежить від структури тканини, включаючи щільність тканини та пряжу. Щільність лінії.

Нанопориста поліетиленова плівка є різновидом зносостійкої, інфрачервоної та видимого світла, поганої повітропроникності та вологопровідності плівки, яку неможливо безпосередньо використовувати для виготовлення одягу та інших текстильних виробів. Лю та ін. На цій основі були зроблені вдосконалення для приготування нанопористих UHMWPE/PET, які можна наносити на текстиль за допомогою метоксиполіетиленгліколь-аміноетил/полідофамінових частинок (mPPDAPs), поліефірних волокон (PET) і UHMWPE. Композитна тканина. Це пов’язано головним чином із тим, що у фазі UHMWPE тканини є багато з’єднаних пір і роз’єднаних стільникових, щоб забезпечити повітропроникність та комфорт. ПЕТ-сітка, яка використовується для зміцнення тканини, також допомагає тканині дихати; додавання mPPDAP підвищує гідрофільність тканини. Ця нанопориста композитна тканина використовується як матеріал для текстильних виробів, що регулюють температуру людини.

4. на закінчення

Дослідження вуглецевого волокна, арамідного волокна, надвисокомолекулярного поліетиленового волокна та його текстилю стають все більш інтенсивними, а виробничий процес стає все більш зрілим. У майбутньому напрямок розвитку цих трьох основних волокон та їх текстилю для масового ринку – це екологічно чисте та недороге виробництво, насичений колір продукту, інтелектуальний, багатофункціональний, а також розробка додатків з нановолокна, відповідних для рівня споживання людей. і задовольнити різноманітні потреби. потреби клієнта. Серед них переваги безперервного зниження витрат, постійного вдосконалення функцій і збільшення функцій, зумовлених інноваційними процесами, дозволять трьом основним волокнам отримати більш широкий і швидший розвиток в період конкуренції інноваційних технологій.