Pokroky v civilizační podpoře tří vysoce výkonných vlákenných textilií

Pokroky v civilizační podpoře tří vysoce výkonných vlákenných textilií

Vysoce výkonná vlákna mají silnou odolnost vůči fyzikálním vlivům, jako je světlo, elektřina, teplo a síla z vnějšího světa, stejně jako chemickým vlivům, jako jsou oxidanty, kyseliny a zásady, takže vlákna mají vysokou pevnost, vysoký modul, odolnost proti vysokým teplotám a vlastnosti zpomalující hoření. Vysoce výkonná vlákna lze rozdělit na organická vlákna a anorganická vlákna. Organická vlákna zahrnují: aramidová vlákna, polyethylenová vlákna s ultravysokou molekulovou hmotností, polyfenylensulfidová vlákna atd.; anorganická vlákna zahrnují především: uhlíková vlákna, keramická vlákna atd., z nichž tři hlavní jsou uhlíková vlákna, aramidová vlákna a polyetylenová vlákna s ultravysokou molekulovou hmotností Vlákno je stále v období rychlého rozvoje a postupně vstoupilo do období intenzivního technologické inovace a konkurence; poptávka na globálním trhu se zrychluje a výrobci pokračují ve zkoumání aplikačních oblastí. Vyvíjet prodejné nové produkty, abyste získali konkurenční výhodu.

V současné době jsou vysoce výkonná vlákna ve stádiu bouřlivého vývoje a různé produkty (kompozitní materiály, lana atd.) nacházejí uplatnění také ve vojenském průmyslu, letectví, navigaci, stavebnictví, textilním a oděvním průmyslu a dalších oborech. Tato studie představuje a analyzuje různé optimalizační techniky pro tři hlavní vysoce výkonná vlákna a textilie, pokud jde o snížení nákladů, funkční vylepšení a vylepšení s přidanou hodnotou, aby se posunul vývoj vysoce výkonných textilií do sdílených vysoce kvalitních produktů. společnost a civilisté.

1. Uhlíkové vlákno

Uhlíkové vlákno je vláknitý materiál na bázi uhlíku složený z vrstvených grafitových krystalitů naskládaných v axiálním směru. Má vynikající mechanické vlastnosti a lehké vlastnosti. Po desetiletích vývoje se komerční aplikace uhlíkových vláken rozšířila do mnoha oblastí špičkových technologií.

1.1 Technologie výroby

V současné době se přibližně 90 procent komerčních uhlíkových vláken vyrábí z polyakrylonitrilu (PAN). Tradiční průmyslová uhlíková vlákna na bázi PAN jsou drahá a jejich produkce je omezená, což ztěžuje jejich popularizaci ve velkém měřítku. Pro snížení nákladů se jako prekurzorové materiály pro výrobu uhlíkových vláken používají levný textilní PAN a obnovitelný lignin.

Jiang a kol. Použití metody mokrého spřádání k přípravě prekurzorových vláken z ligninu pšeničné slámy a textilních akrylových vláken jako surovin může snížit výrobní náklady uhlíkových vláken; díky vysoké teplotě tepelné reakce ligninu může také zlepšit tepelnou stabilitu vláken ze směsi lignin/PAN. Huang a jeho tým použili guanidin hydrochlorid bez kovu k úpravě textilních akrylových vláken, což umožnilo, aby proces předoxidace probíhal při nižších teplotách, čímž se snížily výrobní náklady. Zároveň je polymerní struktura vzniklá cyklizační reakcí nitrilové skupiny při nízké teplotě stabilnější, takže uhlíkové vlákno má lepší mechanické vlastnosti. UV ozařování vláken PAN obsahujících fotoiniciátory před předoxidací může zvýšit rychlost cyklizační reakce a zkrátit dobu oxidace. Studie Jo et al. Bylo zjištěno, že ozařování textilních vláken PAN bez fotoiniciátoru UV světlem může také účinně podpořit proces předoxidace, který trvá pouze 30 minut. Elektrostatické zvlákňování pomocí jednoduchého procesu je nejlepším způsobem přípravy uhlíkových nanovláken (CNF), jejichž proces silně závisí na prekurzorech, jako je PAN, smola a lignin. Chen a kol. Bagasse byla homogenně esterifikována pomocí anhydridu kyseliny a poté smíchána s PAN pro elektrostatické zvlákňování za účelem přípravy CNF. Esterifikovaná bagasa pomáhá zadržovat atomy dusíku CNF, čímž zlepšuje tepelnou stabilitu, elektrickou vodivost a povrchovou aktivitu vláken.

Je vidět, že ať už jde o tradiční mokré zvlákňování nebo nové elektrostatické zvlákňování, klíč ke snížení nákladů na výrobu uhlíkových vláken spočívá v surovinách a procesech. Výzkum se zaměřuje na výběr, modifikaci a optimalizaci procesu prekurzorových materiálů na bázi uhlíku. Sčítání a odčítání. Abychom dosáhli nízkonákladové masové výroby, je samozřejmě také nutné zvýšit produktivitu.

1.2 Stínící technika

Vysoká krystalinita a chemická inertnost uhlíkových vláken znesnadňují barvení tradičními barvivy nebo pigmenty. Fotonické krystaly jsou dielektrické materiály, které jsou periodicky uspořádány v prostoru pomocí materiálů s různými indexy lomu. Má fotonickou mezeru v pásmu a může selektivně odrážet fotony určité vlnové délky a odražené světlo se ohýbá na povrchu krystalu, což má za následek barvu. Barevná uhlíková vlákna lze připravit sestavením dispergovaných nabitých koloidních nanočástic na povrch uhlíkových vláken elektroforetickou depozicí, ale mechanická odolnost je v praktických aplikacích nedostatečná. Niu a kol. Vrstvy ZnO a Al2O3 s velkým kontrastem indexu lomu byly použity jako periodické složky a deponovány na povrch plazmových vláken aktivního uhlí technikou atomární depozice. Připravená vícebarevná uhlíková vlákna mají vynikající mechanickou stabilitu a omyvatelnost. Rod. V podmínkách rozptýleného světla mohou tkaniny s plátnovou vazbou z vláken vykazovat reflexní vlastnosti a barvu nezávislé na úhlu.

1.3 Funkční technologie

1.3.1 Pružné vláknové elektrody

S rychlým rozvojem nositelných technologií se výzkumná práce na elektronických inteligentních textiliích v posledních letech výrazně zlepšila. Postupně se prosazuje výzkum a vývoj odpovídajících elektronických součástek. Například tkaniny na bázi uhlíkových vláken jsou v současnosti oblíbenými flexibilními elektrodovými materiály; flexibilita a vynikající výkon takových elektrod však byly důležitou otázkou při vývoji inteligentních textilií. Li a kol. Bavlněná tkanina potažená KOH byla karbonizována procesem dynamické templátové kalcinace, který podporoval tvorbu vrstvené uspořádané porézní struktury na stěně vlákna. Vyrobené tkaniny z uhlíkových vláken mají vynikající mechanickou pevnost a lze je použít jako superkondenzátorové elektrody. Existují i ​​další přístupy k vývoji superkapacitních elektrod z uhlíkových vláken, jako je selektivní chemické leptání a elektrochemická exfoliace nanočástic niklu za účelem vytvoření vícerozměrných pórů a reaktivních skupin v tkaninách a heteroatomová modifikace tkanin z uhlíkových vláken. Kromě toho mají CNF dobrou elektrickou vodivost a velký specifický povrch, což má velký potenciál při aplikaci elektronických zařízení. Levitt a kol. Dvourozměrný karbid přechodného kovu Ti3C2Tx byl přimíchán do roztoku PAN a následně elektrostatickým zvlákňováním byly připraveny rohože z uhlíkových nanovláken. Kapacita takto vyrobených kompozitních elektrod je vyšší než u čistých uhlíkových vláken. Přídavek Ti3C2Tx zlepšuje elektrochemický výkon kompozitní elektrody. Vodivost a trvanlivost jsou také silnější.

1.3.2 Flexibilní senzory

Se zlepšováním veřejného zdravotního povědomí a zlepšováním požadavků na vybavení ve speciálních oborech se chytré textilie postupně začleňují do monitorovacího systému lékařské péče a monitoringu. Jednou z klíčových součástí je snímač. Azizhani a kol. Jako matrice je vybrán silikonový kaučuk vytvrzovaný při pokojové teplotě a nasekané uhlíkové vlákno se používá jako vodivý materiál pro přípravu snímače odporového napětí, který má vysokou citlivost v rozsahu amplitudy deformace až 25 procent; jeho doba zotavení je kratší než 15 s. Když se tento typ senzoru používá pro monitorování lidí, může zajistit stabilitu signálu a silný výkon snímání. Stejně tak vysoká citlivost a roztažnost piezorezistivního kompozitního senzoru z uhlíkových vláken/polydimethylsiloxanu [18] jej činí vhodným pro detekci pnutí v různých aplikacích, jako je lidský pohyb, mačkání tkanin atd. Tento typ senzoru však potřebuje další vylepšení. Jeho piezorezistivní vlastnosti jsou citlivé na strukturu zatížení. Nadměrné namáhání způsobí problémy, jako je snížená citlivost a zpožděné piezorezistivní přepínání.

2. Aramidové vlákno

Celý název aramidového vlákna je aromatické polyamidové vlákno, které má výhody vysoké pevnosti, vysokého modulu, nízké hustoty, odolnosti proti opotřebení, odolnosti proti nárazu a vynikající izolace. Vzhledem k různým polohám spojení amidové vazby a benzenového kruhu existují rozdíly v molekulární struktuře aramidu, které lze často rozdělit na para-aramid, meta-aramid a aramid III.

2.1 Technologie výroby

V posledních letech aramidová vlákna doma i v zahraničí postupně dosahují průmyslové výroby s vysokou přidanou hodnotou a produkce rok od roku stoupá. Aramidové vlákno 1414 (poly-p-fenylentereftamid, PPTA), jeden z hlavních produktů, je klíčovým bodem při kontrole kvality hotového výrobku během procesu spřádání. Chen Zhourong provedl výzkum výrobního procesu na toto téma: přidání vody a antistatických činidel k předúpravě vláken PPTA ke snížení statické elektřiny; při mykání používejte válcová a dofferovací zařízení s malou hloubkou zubů a vysokou rychlostí, abyste vyřešili problém prášku a prachu během spřádání. Problém uzlů při nastavování rozteče zařízení urychluje přenos vláken. Vývoj a výroba aramidových vláken s vyššími mechanickými vlastnostmi je významným výzkumným tématem pro rozšíření aplikační oblasti aramidových vláken. Teng a kol. Smíchejte komerční PPTA s h-PPTA (vysokomolekulární PPTA) v koncentrované kyselině sírové. Během procesu suchého paprsku-mokrého zvlákňování může h-PPTA zvýšit interakci mezi makromolekulami a indukovat orientaci krátkých řetězců PPTA podél osy vlákna. Zlepšuje se pevnost v tahu a počáteční modul vyrobených aramidových vláken. Kromě toho Ren Zhongkai a kol. Výzkum a příprava vysokopevnostního aramidu 1313. Pevnost v lomu konvenčního aramidu 1313 je nižší než u aramidu 1414. Zvýšením viskozity zvlákňovacího roztoku a snížením obsahu pevných látek lze zvýšit molekulovou hmotnost polymeru, popř. přidání modifikátorů může zvýšit orientaci a strukturní jednotnost vláken. Postupný ohřev a postupné praní zajišťuje kompaktnost struktury vlákna. Tato různá technická vylepšení dělají vlákna pevnější a odolnější.

2.2 Stínící technika

Aramid má kompaktní strukturu a vysokou teplotu skelného přechodu, což ztěžuje barvení konvenčními procesy. Když se tedy zvýší pohyblivost makromolekulárního řetězce vlákna a zvětší se amorfní plocha, může se barvivo snadno dostat do vlákna a spojit se s ním. Azam a kol. Předpokládá se, že hloubka vybarvení aramidových vláken je v posledních letech relativně nízká, takže používají benzylalkohol jako bobtnadlo k optimalizaci procesu barvení kationtových barviv pro meta-aramidová vlákna. Aramidová tkanina má vysokou hloubku barvení a nízkou ztrátu pevnosti. Kromě toho Kale a kol. Povrch barveného aramidového vlákna je potažen nanočásticemi oxidu titaničitého, aby se vyřešil problém špatné světelné odolnosti barveného aramidového vlákna. Pro potisk aramidových textilií je dobrým pokusem nosný potisk disperzními barvivy,

2.3 Funkční technologie

2.3.1 Optimalizace struktury tkaniny

S rostoucí poptávkou v oblasti osobních a průmyslových ochranných prostředků byl také rozvíjen výzkum vysoce účinných ochranných tkanin vyrobených z aramidu. Na základě tření mezi přízí v aramidových tkaninách, které má větší vliv na odolnost proti nárazu, Moure et al. Mechanické vlastnosti a koeficienty tření příze para-aramidových tkanin s různými strukturami byly porovnány v různých vrstvách příze od struktury. Studie zjistila, že i když jsou mechanické vlastnosti přízí v zásadě stejné, mechanické vlastnosti tkanin jsou odlišné; když jsou aramidová vlákna propletena na výztužnou tkaninu pod svislým úhlem, mohou absorbovat mnoho energie, která je větší než u běžných měkkých tkanin. A když má tkanina vyšší hustotu absorbované energie a koeficient tření,

2.3.2 Zlepšení výkonu tkaniny

Pro zlepšení praktického výkonu ochranných oděvů Nayak et al. aplikované povlaky karbidu boru na aramidové tkaniny. I když je celková odolnost tkaniny proti propíchnutí zlepšena, způsobuje také koncentraci napětí, která ovlivňuje místní ochranu tkaniny; zároveň je omezeno proudění potní páry zátěrem, což má za následek snížený komfort. Vzhledem k problému špatného pocení a pocení aramidových tkanin lze použít kyselý manganistan draselný nebo plazmové modifikace kombinované s metodami konečné úpravy potem a potem k vytvoření polárních skupin na vláknech tkaniny, aby se zlepšila smáčivost vláken a konečná úprava penetruje a lépe přilne k vláknům. Obecně lze říci, že multifunkční produkty jsou na trhu populárnější. Shen a kol. Směsný roztok polyuretanu na vodní bázi, kopolymeru polyvinylidenfluorid-hexafluorpropylen a fluoralkyl silanu byl nanesen na aramidovou tkaninu metodou povlékání a získaná tkanina měla jak trvalou superhydrofobicitu, tak funkci chemické ochrany. . Liu a kol. Aramidové tkaniny byly impregnovány smykovou zahušťovací kapalinou (STF) a potaženy uhlíkovými nanotrubičkami (CNT) kompozitním procesem, jehož výsledkem byly kompozitní tkaniny s vynikající ochranou a snímacími funkcemi. Mezi nimi CNT zvyšuje elektrickou vodivost a charakteristiky odezvy tkaniny, které lze účinně detekovat; přidání STF umožňuje kompozitní tkanině odolávat vyšším nárazovým silám a poskytovat silnější ochranu. Polyvinylidenfluorid-hexafluorpropylenový kopolymer a fluoralkylsilan byly potaženy máčením na aramidové tkanině a výsledná tkanina měla jak trvalou superhydrofobnost, tak chemickou ochranu. . Liu a kol. Aramidové tkaniny byly impregnovány smykovou zahušťovací kapalinou (STF) a potaženy uhlíkovými nanotrubičkami (CNT) kompozitním procesem, jehož výsledkem byly kompozitní tkaniny s vynikající ochranou a snímacími funkcemi. Mezi nimi CNT zvyšuje elektrickou vodivost a charakteristiky odezvy tkaniny, které lze účinně detekovat; přidání STF umožňuje kompozitní tkanině odolávat vyšším nárazovým silám a poskytovat silnější ochranu. Polyvinylidenfluorid-hexafluorpropylenový kopolymer a fluoralkylsilan byly potaženy máčením na aramidové tkanině a výsledná tkanina měla jak trvalou superhydrofobnost, tak chemickou ochranu. . Liu a kol. Aramidové tkaniny byly impregnovány smykovou zahušťovací kapalinou (STF) a potaženy uhlíkovými nanotrubičkami (CNT) kompozitním procesem, jehož výsledkem byly kompozitní tkaniny s vynikající ochranou a snímacími funkcemi. Mezi nimi CNT zvyšuje elektrickou vodivost a charakteristiky odezvy tkaniny, které lze účinně detekovat; přidání STF umožňuje kompozitní tkanině odolávat vyšším nárazovým silám a poskytovat silnější ochranu. Aramidové tkaniny byly impregnovány smykovou zahušťovací kapalinou (STF) a potaženy uhlíkovými nanotrubičkami (CNT) kompozitním procesem, jehož výsledkem byly kompozitní tkaniny s vynikající ochranou a snímacími funkcemi. Mezi nimi CNT zvyšuje elektrickou vodivost a charakteristiky odezvy tkaniny, které lze účinně detekovat; přidání STF umožňuje kompozitní tkanině odolávat vyšším nárazovým silám a poskytovat silnější ochranu. Aramidové tkaniny byly impregnovány smykovou zahušťovací kapalinou (STF) a potaženy uhlíkovými nanotrubičkami (CNT) kompozitním procesem, jehož výsledkem byly kompozitní tkaniny s vynikající ochranou a snímacími funkcemi. Mezi nimi CNT zvyšuje elektrickou vodivost a charakteristiky odezvy tkaniny, které lze účinně detekovat; přidání STF umožňuje kompozitní tkanině odolávat vyšším nárazovým silám a poskytovat silnější ochranu.

3. UHMWPE vlákno

Polyethylenová vlákna s ultravysokou molekulovou hmotností (UHMWPE) mají mnoho vynikajících vlastností, jako je vysoká pevnost v tahu, vysoký modul, nízká hmotnostní hustota atd. a jsou inertní v chemických rozpouštědlech.

3.1 Technologie výroby

V současné době se výroba UHMWPE vláken industrializovala, ale tento způsob výroby ve velkém lze dosáhnout pouze gelovým zvlákňováním. Tato metoda však používá velké množství organického rozpouštědla a způsobuje problém znečištění životního prostředí s vysokými výrobními náklady. Proces zvlákňování taveniny (melt spin), který je jednoduchý, nevyžaduje organická rozpouštědla a má nízkou cenu, je lepší volbou. Kakiage a kol. Kombinované metody přípravy tavného zvlákňování a tažení taveniny pro zlepšení pevnosti v tahu UHMWPE vláken. Tažení taveninou urychluje nárůst lineární krystalové orientace ve vláknu. Při 145 stupních může pevnost v tahu vlákna dosáhnout 1,1 GPa za podmínek dloužení 20 a rychlosti deformace 40/min. Ve srovnání s gelovým zvlákňováním jsou mechanické vlastnosti UHMWPE vláken vyrobených tavným zvlákňováním mnohem slabší. Pro uspokojení potřeb trhu se středně pevnými vlákny a trhu s textilní hmotou však postačují středně pevná UHMWPE vlákna vyrobená zvlákňováním z taveniny, které znečišťuje světlo.

3.1 Stínící technika

Z pohledu navazujícího trhu s UHMWPE vlákny mohou UHMWPE vlákna s bohatými barvami zvýšit přidanou hodnotu produktů, rozšířit uplatnění na trhu, a tím zvýšit konkurenceschopnost produktů. Vzhledem k vysoké krystalinitě a nedostatku funkčních skupin vláken UHMWPE se však tradiční metody barví obtížně. Ma a kol. Pokusy o barvení UHMWPE tkanin při 120 stupních a 20 MPa superkritickým oxidem uhličitým (scCO2). Se zvyšující se dobou barvení a koncentrací barviva se neustále zlepšuje barvitelnost tkaniny UHMWPE a zlepšuje se také barevná stálost tkaniny. Doba barvení se prodloužila a prodloužila. A přidání dekalinu jako ko-rozpouštědla v scCO2 vedlo k vyšším výtěžkům barvy. Ale po přidání decalinu,

3.2 Funkce

technika

3.2.1 Flexibilní vláknové elektronické materiály

Vysoce vodivá flexibilní vlákna jsou důležitým materiálem pro spojení pružnosti a pohodlí oblečení s funkčností chytrých elektronických zařízení. vyšší lidé. Použití technologie štěpové polymerace a technologie aktivace kovů k zavedení iontů stříbra na povrch polyethylenových vláken s ultravysokou molekulární hmotností a následné bezproudové pokovování mědí k přípravě vodivých polyethylenových vláken o ultravysoké molekulární hmotnosti s vynikající elektrickou stabilitou a trvanlivostí a jejich měrným odporem. být nižší než 1,40×10 -5 Ω·cm. V tomto způsobu se voda používá jako rozpouštědlo v procesu roubované polymerace a ionty stříbra se vybírají v procesu aktivace, což je výhodné pro snížení nákladů a ochranu životního prostředí. Další důležitou třídou pružných vláknitých elektronických materiálů jsou ohebné elektrody. Du a kol. Vlákna UHMWPE byla potažena PDA a bezproudovým stříbrem za použití kombinace povlaku polydopaminu (PDA) a poly3, 4-ethylendioxythiofen:polystyrensulfonátu (PEDOT:PSS). Průběžnou modifikací depozice PEDOT:PSS byly vyrobeny kompozitní elektrody s pevností v tahu až 3,72 GPa. Životnost elektrodového cyklu je zároveň dlouhá, po 20,{10}} cyklech

Poté může být stále zachováno 90 procent počáteční kapacity. Mezi nimi je PEDOT:PSS vodivý polymer s dobrými filmotvornými vlastnostmi a jeho ukládání na povrch vlákna za účelem vytvoření filmu je způsob přípravy elektrod superkondenzátoru. PDA povlak může účinně zlepšit vazebnou sílu mezi matricovými vlákny a materiály.

3.2.2 Zlepšení výkonu tkaniny

Tkanina UHMWPE má vysokou odolnost proti nárazu, ale koeficient tření mezi vlákny je malý a textilní příze se při nárazu snadno posune a propíchne. Studie ukázaly, že pružnost a odolnost UHMWPE tkanin se po impregnaci STF zlepší a přidání vyšší koncentrace SiO2 do STF je prospěšné pro zlepšení odolnosti tkanin proti bodnutí. Další studie Li et al. Bylo zjištěno, že když velikost částic Si02 byla 15 nm a koncentrace byla 25 procent, dosáhla odolnost proti propíchnutí kompozitní tkaniny STF/UHMWPE nejlepší. Pokud jde o tření mezi UHMWPE nitěmi, Arora et al. Prostřednictvím experimentů bylo zjištěno, že zvýšení tření mezi nitěmi nemusí nutně vést k absorpci nárazové energie. Úloha STF při zlepšování odolnosti tkaniny proti nárazu více závisí na struktuře tkaniny, včetně hustoty tkaniny a příze. Hustota čáry čáry.

Nanoporézní polyethylenová fólie je druh fólie odolné proti opotřebení, infračervenému a viditelnému světlu, špatnou propustností pro vzduch a vodivostí vlhkosti, kterou nelze přímo použít k výrobě oděvů a jiných textilií. Liu a kol. Na tomto základě byla provedena vylepšení pro přípravu nanoporézního UHMWPE/PET, který lze aplikovat na textilie pomocí částic methoxypolyethylenglykol-aminoethyl/polydopaminu (mPPDAP), polyesterových vláken (PET) a UHMWPE. Kompozitní tkanina. Je to hlavně proto, že ve fázi UHMWPE tkaniny je mnoho propojených pórů a odpojených voštinových pórů, které zajišťují prodyšnost a pohodlí. PET síťovina použitá k vyztužení tkaniny také pomáhá tkanině dýchat; přidání mPPDAP zvyšuje hydrofilitu tkaniny. Tato nanoporézní kompozitní tkanina se používá jako materiál pro lidské termomanažerské textilie.

4. na závěr

Výzkum uhlíkových vláken, aramidových vláken, polyetylenových vláken s ultravysokou molekulovou hmotností a jejich textilií je stále intenzivnější a výrobní proces je stále vyzrálejší. V budoucnu je směr vývoje těchto tří hlavních vláken a jejich textilií pro masový trh šetrný k životnímu prostředí a nízkonákladová výroba, produkt bohatý na barvy, inteligentní, multifunkční a vývoj aplikací nanovláken vhodných pro úroveň spotřeby lidí. a splňují různé potřeby. potřeby klienta. Mezi nimi výhody neustálého snižování nákladů, neustálého zlepšování funkcí a zvyšování funkcí, které přináší procesní inovace, umožní třem hlavním vláknům získat širší a rychlejší rozvoj v období konkurence inovativních technologií.