Napredak u civilizacijskoj promociji tri visokoučinkovita vlaknasta tekstila

Napredak u civilizacijskoj promociji tri visokoučinkovita vlaknasta tekstila

Vlakna visokih performansi imaju jaku otpornost na fizičke učinke kao što su svjetlost, elektricitet, toplina i sila iz vanjskog svijeta, kao i kemijske učinke kao što su oksidansi, kiseline i lužine, tako da vlakna imaju veliku čvrstoću, visok modul, otpornost na visoke temperature i svojstva usporavanja plamena. Vlakna visokih performansi mogu se podijeliti na organska vlakna i anorganska vlakna. Organska vlakna uključuju: aramidna vlakna, polietilenska vlakna ultravisoke molekularne mase, polifenilensulfidna vlakna itd.; anorganska vlakna uglavnom uključuju: ugljična vlakna, keramička vlakna itd., od kojih su ugljična vlakna, aramidna vlakna i polietilenska vlakna ultravisoke molekularne težine tri glavna vlakna. Vlakna su još uvijek u razdoblju brzog razvoja i postupno su ušla u razdoblje intenzivnog tehnološke inovacije i konkurencija; potražnja na globalnom tržištu se ubrzava, a proizvođači nastavljaju istraživati ​​područja primjene. Razvijte tržišne nove proizvode kako biste stekli konkurentsku prednost.

Trenutačno su vlakna visokih performansi u fazi snažnog razvoja, a različiti proizvodi (kompozitni materijali, užad itd.) također se koriste u područjima vojne industrije, zrakoplovstva, navigacije, građevinarstva, tekstila i odjeće. Ova studija uvodi i analizira različite tehnike optimizacije za tri glavna vlakna visokih performansi i tekstila u smislu smanjenja troškova, funkcionalnog poboljšanja i poboljšanja dodane vrijednosti kako bi se unaprijedio razvoj tekstila visokih performansi u proizvode visoke kvalitete koji se mogu dijeliti. društva i civila.

1. Karbonska vlakna

Ugljična vlakna su vlaknasti materijali na bazi ugljika koji se sastoje od slojevitih kristalita grafita naslaganih u aksijalnom smjeru. Ima izvrsna mehanička svojstva i svojstva male težine. Nakon desetljeća razvoja, komercijalna primjena karbonskih vlakana proširila se na mnoga područja visoke tehnologije.

1.1 Tehnologija proizvodnje

Trenutno se približno 90 posto komercijalnih karbonskih vlakana proizvodi od poliakrilonitrila (PAN). Tradicionalna industrijska karbonska vlakna temeljena na PAN-u skupa su i ograničena u proizvodnji, što otežava popularizaciju u velikoj mjeri. Kako bi se smanjili troškovi, jeftini tekstilni PAN i obnovljivi lignin koriste se kao prethodni materijali za proizvodnju karbonskih vlakana.

Jiang i sur. Korištenje metode mokrog predenja za pripremu prekursora vlakana od lignina pšenične slame i tekstilnih akrilnih vlakana kao sirovina može smanjiti proizvodne troškove karbonskih vlakana; zbog visoke temperature toplinske reakcije lignina, također može poboljšati toplinsku stabilnost vlakana mješavina lignina/PAN-a. Huang i njegov tim koristili su gvanidin hidroklorid bez metala za modificiranje tekstilnih akrilnih vlakana, omogućujući da se proces predoksidacije odvija na nižim temperaturama, smanjujući troškove proizvodnje. U isto vrijeme, polimerna struktura nastala reakcijom ciklizacije nitrilne skupine pri niskoj temperaturi je stabilnija, tako da karbonska vlakna imaju bolja mehanička svojstva. UV zračenje PAN vlakana koja sadrže fotoinicijatore prije predoksidacije može povećati brzinu reakcije ciklizacije i skratiti vrijeme oksidacije. Studija Joa i sur. Utvrđeno je da zračenje tekstilnih PAN vlakana bez fotoinicijatora UV svjetlom također može učinkovito pospješiti proces predoksidacije, koji traje samo 30 minuta. Elektropredenje pomoću jednostavnog postupka najbolji je način za pripremu ugljikovih nanovlakana (CNF), čiji proces uvelike ovisi o prekursorima kao što su PAN, smola i lignin. Chen i sur. Bagassa je homogeno esterificirana upotrebom kiselinskog anhidrida i zatim pomiješana s PAN za elektropredenje kako bi se pripremili CNF-ovi. Esterificirana bagasa pomaže u zadržavanju dušikovih atoma CNF-a, čime se poboljšava toplinska stabilnost, električna vodljivost i površinska aktivnost vlakana.

Može se vidjeti da, bilo da se radi o tradicionalnom mokrom predenju ili novom elektropredenju, ključ za smanjenje troškova proizvodnje karbonskih vlakana leži u sirovinama i procesima. Istraživanje je usmjereno na odabir, modifikaciju i optimizaciju procesa prekursora materijala na bazi ugljika. Zbrajanje i oduzimanje. Naravno, da bi se postigla jeftina masovna proizvodnja, potrebno je povećati i produktivnost.

1.2 Tehnologija sjenčanja

Visoka kristalnost i kemijska inertnost karbonskih vlakana otežavaju bojenje tradicionalnim bojama ili pigmentima. Fotonski kristali su dielektrični materijali koji se periodički poredaju u prostoru pomoću materijala s različitim indeksima loma. Ima fotonski zabranjeni pojas i može selektivno reflektirati fotone određene valne duljine, a reflektirana svjetlost se difragira na površini kristala, što rezultira bojom. Obojena ugljična vlakna mogu se pripremiti spajanjem dispergiranih nabijenih koloidnih nanočestica na površini ugljičnih vlakana elektroforetskim taloženjem, ali mehanička postojanost je nedovoljna u praktičnim primjenama. Niu i sur. Slojevi ZnO i Al2O3 s velikim kontrastom indeksa loma korišteni su kao periodične komponente i naneseni na površinu plazma aktiviranih ugljičnih vlakana tehnikom taloženja atomskog sloja. Pripremljena višebojna karbonska vlakna imaju izvrsnu mehaničku stabilnost i mogućnost pranja. spol. Pod uvjetima raspršenog svjetla, platno tkane tkanine od vlakana mogu pokazivati ​​reflektirajuća svojstva i boju neovisno o kutu.

1.3 Funkcionalna tehnologija

1.3.1 Fleksibilne vlaknaste elektrode

S brzim razvojem nosive tehnologije, istraživački rad na elektroničkim pametnim tekstilima značajno se poboljšao posljednjih godina. Istraživanje i razvoj odgovarajućih elektroničkih komponenti postupno je zauzeo mjesto. Na primjer, tkanine na bazi karbonskih vlakana trenutno su popularni fleksibilni materijali za elektrode; međutim, fleksibilnost i vrhunska izvedba takvih elektroda bila je važno pitanje u razvoju pametnih tekstila. Li et al. Pamučna tkanina obložena KOH-om karbonizirana je postupkom dinamičke kalcinacije šablona, ​​što je pospješilo stvaranje slojevito uređene porozne strukture na stijenci vlakana. Proizvedene tkanine od karbonskih vlakana imaju izvrsnu mehaničku čvrstoću i mogu se koristiti kao elektrode superkondenzatora. Postoje i drugi pristupi za razvoj superkapacitivnih elektroda od tkanine od ugljičnih vlakana, kao što je selektivno kemijsko jetkanje i elektrokemijsko ljuštenje nanočestica nikla za stvaranje višestrukih pora i reaktivnih skupina u tkaninama, te heteroatomska modifikacija tkanina od ugljičnih vlakana. Osim toga, CNF imaju dobru električnu vodljivost i veliku specifičnu površinu, što ima veliki potencijal u primjeni elektroničkih uređaja. Levitt i sur. Dvodimenzionalni karbid prijelaznog metala Ti3C2Tx umiješan je u otopinu PAN, nakon čega je uslijedilo elektropredenje kako bi se pripremile prostirke od ugljikovih nanovlakana. Kapacitet tako proizvedenih kompozitnih elektroda veći je od kapaciteta čistih karbonskih vlakana. Dodatak Ti3C2Tx poboljšava elektrokemijsku izvedbu kompozitne elektrode. Vodljivost i trajnost su također jače.

1.3.2 Fleksibilni senzori

S poboljšanjem svijesti o javnom zdravlju i poboljšanjem zahtjeva za opremom u posebnim područjima, pametni tekstili postupno se integriraju u sustav praćenja medicinske skrbi i praćenja. Jedna od ključnih komponenti je senzor. Azizhani i sur. Silikonska guma otvrdnjavajuća na sobnoj temperaturi odabrana je kao matrica, a nasjeckana ugljična vlakna koriste se kao vodljivi materijal za pripremu otpornog senzora naprezanja, koji ima visoku osjetljivost u rasponu amplitude naprezanja do 25 posto; njegovo vrijeme oporavka je manje od 15 s. Kada se ova vrsta senzora koristi za ljudski nadzor, može osigurati stabilnost signala i snažne performanse senzora. Isto tako, visoka osjetljivost i rastezljivost piezorezistivnog kompozitnog senzora nasjeckanih karbonskih vlakana/polidimetilsiloksana [18] čine ga prikladnim za detekciju naprezanja u različitim primjenama, kao što su ljudsko kretanje, naboranje tkanine itd. Međutim, ovu vrstu senzora potrebno je dodatno poboljšati. Njegova piezorezistivna svojstva osjetljiva su na strukturu opterećenja. Primijenjeno prekomjerno naprezanje uzrokovat će probleme kao što su smanjena osjetljivost i odgođeno piezorezistivno prebacivanje.

2. Aramidna vlakna

Puni naziv aramidnog vlakna je aromatsko poliamidno vlakno, koje ima prednosti visoke čvrstoće, visokog modula, niske gustoće, otpornosti na trošenje, otpornosti na udarce i izvrsne izolacije. Zbog različitih veznih položaja amidne veze i benzenskog prstena, postoje razlike u molekularnoj strukturi aramida, koji se često može podijeliti na para-aramid, meta-aramid i aramid III.

2.1 Tehnologija proizvodnje

Posljednjih godina, aramidna vlakna u zemlji i inozemstvu postupno su postigla industrijsku proizvodnju visoke dodane vrijednosti, a proizvodnja se povećavala iz godine u godinu. Aramid 1414 (poli-p-fenilen terefthamid, PPTA) vlakno, jedan od glavnih proizvoda, ključna je točka u kontroli kvalitete gotovog proizvoda tijekom procesa predenja. Chen Zhourong proveo je istraživanje proizvodnog procesa o ovome: dodavanje vode i antistatičkog sredstva za prethodnu obradu PPTA vlakana kako bi se smanjio statički elektricitet; kada grebenate, koristite cilindar i uređaje za skidanje s malom dubinom zuba i velikom brzinom kretanja kako biste riješili problem predenja sklonog prahu i čvorovima. U isto vrijeme prilagodite visinu uređaja kako biste ubrzali prijenos vlakana. Razvoj i proizvodnja aramidnih vlakana s višim mehaničkim svojstvima je vrijedna tema istraživanja za proširenje područja primjene aramidnih vlakana. Teng i sur. Pomiješajte komercijalni PPTA s h-PPTA (PPTA visoke molekularne težine) u koncentriranoj sumpornoj kiselini. Tijekom procesa predenja suho-mlaz-mokro, h-PPTA može poboljšati interakciju između makromolekula i inducirati orijentaciju kratkih PPTA lanaca duž osi vlakana. Poboljšana je vlačna čvrstoća i početni modul proizvedenih aramidnih vlakana. Osim toga, Ren Zhongkai i sur. Istraživanje i priprema aramida 1313 visoke čvrstoće. Prekidna čvrstoća konvencionalnog aramida 1313 niža je od one aramida 1414. Povećanjem viskoznosti otopine za predenje i smanjenjem sadržaja krutine, molekularna težina polimera može se povećati, a dodavanje modifikatora može povećati orijentaciju i strukturnu ujednačenost vlakana. Postupnim zagrijavanjem i postupnim načinom pranja osigurava se kompaktnost strukture vlakana. Ova različita tehnička poboljšanja čine vlakna jačima i izdržljivijima.

2.2 Tehnologija sjenčanja

Aramid ima kompaktnu strukturu i visoku temperaturu staklastog prijelaza, što otežava bojenje konvencionalnim postupcima. Stoga, kada se poveća pokretljivost makromolekularnog lanca vlakna i poveća amorfno područje, boja može lako ući u vlakno i spojiti se s njim. Azam i sur. Pretpostavlja se da je dubina bojenja aramidnih vlakana posljednjih godina relativno niska, pa se koristi benzil alkohol kao sredstvo za bubrenje kako bi se optimizirao proces bojenja kationskih boja za meta-aramidna vlakna. Aramidna tkanina ima veliku dubinu bojenja i mali gubitak čvrstoće. Dodatno, Kale et al. Površina obojenog aramidnog vlakna presvučena je nanočesticama titan dioksida kako bi se riješio problem slabe svjetlosne otpornosti obojenog aramidnog vlakna. Za tisak aramidnog tekstila dobar je pokušaj tisak nosača s disperznim bojama,

2.3 Funkcionalna tehnologija

2.3.1 Optimizacija strukture tkanine

Istraživanja visokoučinkovitih zaštitnih tkanina izrađenih od aramida također su razvijena kako raste potražnja u području osobne i industrijske zaštitne opreme. Na temelju trenja između pređe u aramidnim tkaninama koje ima veći utjecaj na otpornost na udarce, Moure et al. Uspoređena su mehanička svojstva i koeficijenti trenja pređe para-aramidnih tkanina različitih struktura na različitim slojevima od pređe do strukture. Studija je otkrila da iako su mehanička svojstva pređe u osnovi ista, mehanička svojstva tkanina su različita; kada su aramidna vlakna isprepletena na armirajućoj tkanini pod okomitim kutom, mogu apsorbirati puno energije, koja je veća nego kod običnih mekih tkanina. A kada tkanina ima veću gustoću apsorbirane energije i koeficijent trenja,

2.3.2 Poboljšanje performansi tkanine

Kako bi poboljšali praktičnu izvedbu zaštitne odjeće, Nayak et al. nanesene bor karbidne prevlake na aramidne tkanine. Iako je ukupna otpornost tkanine na probijanje poboljšana, ona također uzrokuje koncentraciju naprezanja, što utječe na lokalnu zaštitnu izvedbu tkanine; u isto vrijeme, protok znojnih para iz premaza je ograničen, što rezultira smanjenom udobnošću. S obzirom na problem slabog znojenja vlage i performansi znojenja aramidnih tkanina, može se koristiti kiseli kalijev permanganat ili modifikacija plazmom u kombinaciji s vlažnim znojenjem i metodama završne obrade znojenjem za stvaranje polarnih skupina na vlaknima tkanine kako bi se poboljšala sposobnost vlaženja vlakana i završna obrada prodire i bolje se veže za vlakna. Općenito govoreći, višenamjenski proizvodi su popularniji na tržištu. Shen i sur. Mješovita otopina poliuretana na bazi vode, poliviniliden fluorid-heksafluoropropilen kopolimera i fluoroalkil silana nanesena je na aramidnu tkaninu metodom premazivanja umakanjem, a dobivena tkanina imala je i izdržljivu superhidrofobnost i funkciju kemijske zaštite. . Liu i sur. Aramidne tkanine impregnirane su tekućinom za zgušnjavanje smicanjem (STF) i obložene ugljikovim nanocijevicama (CNT) kompozitnim postupkom, što je rezultiralo kompozitnim tkaninama s izvrsnom zaštitom i senzorskim funkcijama. Među njima, CNT povećava električnu vodljivost i karakteristike odziva tkanine, što se može učinkovito detektirati; dodatak STF-a omogućuje kompozitnoj tkanini da izdrži veće udarne sile i pruži jaču zaštitu. Poliviniliden fluorid-heksafluoropropilen kopolimer i fluoroalkil silan naneseni su potapanjem na aramidnu tkaninu, a dobivena tkanina imala je i trajnu superhidrofobnost i kemijsku zaštitu. . Liu i sur. Aramidne tkanine impregnirane su tekućinom za zgušnjavanje smicanjem (STF) i obložene ugljikovim nanocijevicama (CNT) kompozitnim postupkom, što je rezultiralo kompozitnim tkaninama s izvrsnom zaštitom i senzorskim funkcijama. Među njima, CNT povećava električnu vodljivost i karakteristike odziva tkanine, što se može učinkovito detektirati; dodatak STF-a omogućuje kompozitnoj tkanini da izdrži veće udarne sile i pruži jaču zaštitu. Poliviniliden fluorid-heksafluoropropilen kopolimer i fluoroalkil silan naneseni su potapanjem na aramidnu tkaninu, a dobivena tkanina imala je i trajnu superhidrofobnost i kemijsku zaštitu. . Liu i sur. Aramidne tkanine impregnirane su tekućinom za zgušnjavanje smicanjem (STF) i obložene ugljikovim nanocijevicama (CNT) kompozitnim postupkom, što je rezultiralo kompozitnim tkaninama s izvrsnom zaštitom i senzorskim funkcijama. Među njima, CNT povećava električnu vodljivost i karakteristike odziva tkanine, što se može učinkovito detektirati; dodatak STF-a omogućuje kompozitnoj tkanini da izdrži veće udarne sile i pruži jaču zaštitu. Aramidne tkanine impregnirane su tekućinom za zgušnjavanje smicanjem (STF) i obložene ugljikovim nanocijevicama (CNT) kompozitnim postupkom, što je rezultiralo kompozitnim tkaninama s izvrsnom zaštitom i senzorskim funkcijama. Među njima, CNT povećava električnu vodljivost i karakteristike odziva tkanine, što se može učinkovito detektirati; dodatak STF-a omogućuje kompozitnoj tkanini da izdrži veće udarne sile i pruži jaču zaštitu. Aramidne tkanine impregnirane su tekućinom za zgušnjavanje smicanja (STF) i obložene ugljikovim nanocijevicama (CNT) kompozitnim postupkom, što je rezultiralo kompozitnim tkaninama s izvrsnom zaštitom i senzorskim funkcijama. Među njima, CNT povećava električnu vodljivost i karakteristike odziva tkanine, što se može učinkovito detektirati; dodatak STF-a omogućuje kompozitnoj tkanini da izdrži veće udarne sile i pruži jaču zaštitu.

3. UHMWPE vlakno

Polietilenska vlakna ultravisoke molekularne težine (UHMWPE) imaju mnoga izvrsna svojstva kao što su visoka vlačna čvrstoća, visoki modul i niska gustoća mase te su inertna u kemijskim otapalima.

3.1 Tehnologija proizvodnje

Trenutačno je proizvodnja UHMWPE vlakana industrijalizirana, ali ova metoda proizvodnje velikih razmjera može se postići samo gel predenjem. Međutim, ova metoda koristi veliku količinu organskog otapala i uzrokuje problem onečišćenja okoliša s visokim troškovima proizvodnje. Bolji je izbor postupak predenja taline (melt spin), koji je jednostavan u postupku, ne zahtijeva organsko otapalo i ima nisku cijenu. Kakiage i sur. Kombinirane metode pripreme za predenje taline i izvlačenje taline za poboljšanje vlačne čvrstoće UHMWPE vlakana. Izvlačenje taline ubrzava povećanje linearne orijentacije kristala u vlaknu. Na 145 stupnjeva, vlačna čvrstoća vlakna može doseći 1,1 GPa pod uvjetima omjera izvlačenja od 20 i brzine deformacije od 40/min. U usporedbi s predenjem gela, mehanička svojstva UHMWPE vlakana izrađenih predenjem iz taline mnogo su slabija. Međutim, u zadovoljavanju potreba tržišta vlakana srednje čvrstoće i masovnog tržišta tekstila, dovoljna su UHMWPE vlakna srednje čvrstoće izrađena od taline koja zagađuje svjetlost.

3.1 Tehnologija sjenčanja

Iz perspektive nizvodnog tržišta UHMWPE vlakana, UHMWPE vlakna s bogatim bojama mogu povećati dodanu vrijednost proizvoda, proširiti tržišne primjene i tako poboljšati konkurentnost proizvoda. Međutim, zbog visoke kristalnosti i nedostatka funkcionalnih skupina UHMWPE vlakana, tradicionalne metode je teško bojati. Ma et al. Pokušaji bojanja UHMWPE tkanina na 120 stupnjeva i 20 MPa superkritičnog ugljičnog dioksida (scCO2). S povećanjem vremena bojenja i koncentracije boje, sposobnost bojanja UHMWPE tkanine kontinuirano se poboljšava, a postojanost boje tkanine također se poboljšava. Vrijeme bojenja se produžilo i povećalo. A dodavanje dekalina kao suotapala u scCO2 rezultiralo je većim prinosima boje. Ali nakon dodavanja dekalina,