CC BY
135
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 677: 29.27.43 В. В. Хамматова
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКОН И КЛЕЕВОЙ СЕТКИ
Ключевые слова: клеевой материал, плазма, высокочастотный разряд, прессование.
Рассмотрены многофункциональные композиционные материалы на основе использования химических волокон и клеевой сетки. Установлено, что способность композиционных текстильных материалов поглощать, транспортировать и удерживать в своей структуре воду и тепло зависит от их строения, конструкции и свойств индивидуальных текстильных материалов, которые входят в состав композиционного текстильного материала.
Keywords: a glutinous material, plasma, the high-frequency category, pressing.
Multipurpose composite materials on the basis of use of chemical fibres and a glutinous grid are considered. It is established that ability of composite textile materials to absorb, transport and keep in the structure water and heat depends on their structure, a design and properties of individual textile materials which are a part of a composite textile material.
Стремление к разработке
многофункциональных композиционных
материалов явилось стимулом для исследования химических волокон и нитей. Развитие производства композиционных материалов на основе химических волокон в настоящее время имеет следующие особенности [1]:
- наиболее интенсивно растет выпуск полиэфирных волокон, затем полиамидных, полипропиленовых и полиакрилонитрильных волокон;
- совершенствуются процессы получения вискозных и организация производства гидратцеллюлозных волокон типа лиоцелл, существенное развитие получил процесс производства эластомерных полиуретановых нитей.
Важным направлением развития новых видов химических волокон и волокнистых материалов на их основе является их модифицирование, поскольку данный способ является одним из наиболее простых и перспективных путей, который позволяет получать химические волокна с широкой гаммой заданных функциональных свойств.
Методы модифицирования волокон можно подразделить на три группы:
Физические методы - с изменением надмолекулярного строения, формы или внешней поверхности волокон. Эти методы используется на стадии формования и последующих обработок волокон. Они позволяют на базе традиционных видов
волокнообразующих полимеров получать волокна, нити и текстиль на их основе с существенно улучшенными или полностью измененными функциональными свойствами. Следует отметить, что новый процесс сверхвысокоскоростного формования волокон из расплавов позволил в несколько раз повысить производительность. Кроме того, он позволил получать принципиально новые виды полиэфирных, полиамидных и
полипропиленовых нитей с высокой деформативностью, используемых в основном для текстурирования и производства трикотажных изделий.
Методы композитной модификации, или методы смешения, когда к основному волокнообразующему полимеру (его расплаву или раствору) добавляются те или иные мелкодисперсные или растворимые компоненты - носители новых свойств. Добавки вводятся на стадии подготовки исходного расплава или раствора к формованию или непосредственно перед формованием. Этот метод широко применяется при получении синтетических, а также вискозных волокон.
Методы химической модификации -изменение химического строения
волокнообразующего полимера путем сополимеризации при получении исходного полимера или введения новых функциональных групп при обработке сформованных волокон (используется редко), а также при обработке текстильных полотен или изделий.
Большинство выпускаемых в настоящее время химических волокон и нитей являются сополимерными или полученными со специальными функциональными добавками, что позволяет существенно улучшать существующие или придавать новые потребительские свойства текстильным изделиям. Эти методы модифицирования позволили существенно улучшить многие свойства волокон и волокнистых материалов на их основе в рамках существующих технологий. В настоящее время модификация все шире применяется для улучшения функциональных свойств традиционных видов волокон, для создания нового ассортимента текстиля и повышения потребительских свойств изделий, а также для получения их с новым комплексом функциональных свойств.
Простейшие способы получения многофункциональных текстилей (смешение волокон, модификация нитей, модификация строения и поверхности текстильных полотен) не в полной мере дают желаемых результатов. Более широкие возможности при производстве товаров с высокими потребительскими свойствами лежат в переходе к сложным слоистым композиционным текстильным структурам. Учитывая огромное разнообразие современных химических волокон можно предположить, что способ соединения отдельных текстильных материалов в одну структуру дает возможность изменять, варьировать технические свойства композитов в широких пределах. Научный и производственный интерес в этой области объясняется потенциальными возможностями создания текстильных композитов с дополнительными качествами, в которых сочетаются самые разнообразные свойства и функции [2].
Преимущества таких материалов состоят в относительной простоте соединения слоев в сложные структуры; большом разнообразии свойств соединяемых текстилей; возможности варьировать свойства в широких пределах; возможности создания многофункциональности на поверхности и в объеме; прогнозируемости с большой вероятностью свойств композита; управляемой анизотропии свойств.
Многообразие свойств современных волокнистых материалов, текстиля, пленочных материалов и технологий их получения, в принципе, позволяют осуществить самые смелые фантазии. Свойства полученных композитов будут зависеть от вида текстильного материала (химического состава, структурных
характеристик используемых волокон, строения
тканей и др.); физических и химических свойств слоев; толщины и объема слоев; объема воздуха в системе, особенно во внутреннем пространстве; порядка взаимного расположения слоев в структуре; технологии соединения.
Многослойные текстильные композиции можно рассматривать в определенной мере как революционный продукт (обладающий высокими технико-эксплуатационными
свойствами, новыми функциями, добавленными качествами, экологичностью и рыночной ликвидностью) разработка которого требует использования новых материалов (структурных и функциональных) на основе новых технологических процессов, реализация которых требует проведения исследовательских работ.
Ниже приведен пример использования многослойных композиционных текстильных материалов в одежде для защиты от химических и биологических факторов риска. Изменение условий эксплуатации и выполняемой функции композиционного текстиля влечет за собой пересмотр требований, предъявляемых к текстильному продукту.
Защитная одежда должна обеспечивать: высокую хемостойкость; защиту от токсичных газов и аэрозолей благодаря наличию фильтрующего вкладыша со сферическим активированным углем; механическую прочность; водоотталкивание; малую
проницаемость для частиц размером менее 0,5 мм; трудногорючесть; тепловой комфорт.
Области использования композитов определяются сферой деятельности человека и отличаются большим разнообразием, поскольку все создаваемые текстильные композиты направлены на выполнение основной функции: регулирование тепломассообменных процессов (поглощение влаги, тепла; разделение жидкостей и др.).
Основными методами соединения плоских текстильных элементов в многослойную структуру являются сшивание, склеивание, соединение посредствам сварки и прессования. Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки. Выбор метода соединения - важный этап на этапе проектирования, так как он влияет на технические свойства текстильного композита. В первую очередь он определяет наличие воздуха, который заключен между слоями и толщиной продукта, и видом скрепляющего материала.
Воздушная прослойка также является функциональным слоем в конструкции композита. Располагаясь между слоями, она создает климат-контроль и выполняет функцию
управления перемещением влаги и тепла. Различные текстильные и соединительные материалы конструкции могут изменять объем воздуха. Кроме того, объем между слоями может играть роль функционального пространства.
Таким образом, многофункциональные 3Б-текстильные структуры могут быть образованы наслоением индивидуальных текстильных слоев. Каждый из слоев, включая и воздух, вносит свои свойства.
В последние годы методом термоклеевого дублирования с использованием клеевых материалов с двусторонней клеящей способностью получены многослойные текстильные композиционные материалы. Преимущество данного способа соединения полотен в многослойную структуру -возможность формирования в объеме композита полостей между слоями. Такие пустоты могут служить резервуарами для воздушного и жидкого пространства или могут быть заполнены наполнителем (волокна, порошок, гранулы). Это дает возможность контролировать свойства композиционных материалов.
В качестве клеевых материалов для соединения текстильных полотен в композиционный материал используются два вида полотна с двусторонней клеящей способностью. Первый - эластичный трикотаж, содержащий в своей структуре низкоплавкие полиэтиленовые нити (с температурой плавления до 1300С). В нем полиэтиленовые мононити частично выходят на поверхность полотна с лицевой и изнаночной сторон. Другой - клеевая сетка из сополимера этилена и винилацетата (ЭВА) (фирмы Вошйс, Великобритания,
Финляндия). Главное различие между этими материалами - толщина и клеящая способность.
Ниже представлены результаты наших экспериментальных работ, в ходе которых были исследованы транспортные свойства (транспорт воды и тепла) исходных и многослойных композиционных текстильных материалов. Образцы получены путем соединения современных функциональных текстильных материалов в многослойную структуру посредством клеевой сетки. Различия в физических свойствах позволили разделить исходные текстильные полотна на группы в зависимости от выполняемой ими функции при поглощении и переносе воды и тепла. Изменяя взаимное расположение слоев, заменяя их или изменяя толщину, можно регулировать скорость перемещения воды и тепла внутри композиционного текстильного материала и управлять способностью удерживать воду и тепло.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что способность композиционных текстильных материалов поглощать,
транспортировать и удерживать в своей структуре воду и тепло зависит от их строения, конструкции и свойств индивидуальных текстильных материалов, которые входят в состав композиционного текстильного материала.
Литература
1. Перепелкин, К.Е. Прошлое, настоящее и будущее химических волокон. - М.: Изд. МГТУ, 2004. -208с. 2. Сборник статей Международной
конференции «Волокнистые материалы XXI век». - СПб.: Изд. СПбУТиД, 2005. -264с.
© В. В. Хамматова - д-р техн. наук, проф., зав. каф. дизайна КНИТУ, [email protected].
