Напредък в цивилизацията Промотиране на три високоефективни влакнести текстила

Напредък в цивилизацията Промотиране на три високоефективни влакнести текстила

Високопроизводителните влакна имат силна устойчивост на физически ефекти като светлина, електричество, топлина и сила от външния свят, както и химични ефекти като окислители, киселини и основи, така че влакната имат висока якост, висок модул, устойчивост на висока температура и свойства за забавяне на горенето. Високопроизводителните влакна могат да бъдат разделени на органични влакна и неорганични влакна. Органичните влакна включват: арамидни влакна, полиетиленови влакна с ултра високо молекулно тегло, полифениленсулфидни влакна и др.; неорганичните влакна включват главно: въглеродни влакна, керамични влакна и др., от които въглеродните влакна, арамидните влакна и полиетиленовите влакна с ултра високо молекулно тегло са три основни влакна. Влакната все още са в период на бързо развитие и постепенно са навлезли в период на интензивно технологични иновации и конкуренция; търсенето на световния пазар се ускорява и производителите продължават да изследват областите на приложение. Разработете продаваеми нови продукти, за да спечелите конкурентно предимство.

Понастоящем високопроизводителните влакна са в стадий на бурно развитие, а различни продукти (композитни материали, въжета и др.) се използват и в областите на военната промишленост, космическото корабоплаване, навигацията, гражданското строителство, текстила и облеклото. Това проучване въвежда и анализира различни техники за оптимизация за трите основни високоефективни влакна и текстил по отношение на намаляване на разходите, функционално подобрение и подобрение с добавена стойност, за да се ускори развитието на високоефективните текстилни изделия в споделени висококачествени продукти. обществото и цивилните.

1. Въглеродни влакна

Въглеродните влакна са влакнест материал на основата на въглерод, съставен от слоести графитни кристалити, подредени в аксиална посока. Има отлични механични свойства и леки свойства. След десетилетия на развитие, търговското приложение на въглеродните влакна се разпространи в много високотехнологични области.

1.1 Технология на производство

В момента приблизително 90 процента от търговските въглеродни влакна се произвеждат от полиакрилонитрил (PAN). Традиционните промишлени въглеродни влакна на базата на PAN са скъпи и ограничени в производството, което затруднява популяризирането им в голям мащаб. За да се намалят разходите, евтин текстилен PAN и възобновяем лигнин се използват като прекурсорни материали за производството на въглеродни влакна.

Jiang et al. Използването на метода на мокро предене за приготвяне на прекурсорни влакна от лигнин от пшенична слама и текстилни акрилни влакна като суровини може да намали производствените разходи на въглеродните влакна; поради високата температура на термична реакция на лигнина, той може също да направи смесените влакна от лигнин/PAN подобрена термична стабилност. Хуанг и неговият екип използваха гуанидин хидрохлорид без метал за модифициране на текстилни акрилни влакна, позволявайки на процеса на предварително окисляване да се извършва при по-ниски температури, намалявайки производствените разходи. В същото време полимерната структура, образувана от реакцията на циклизиране на нитрилната група при ниска температура, е по-стабилна, така че въглеродните влакна имат по-добри механични свойства. UV облъчването на PAN влакна, съдържащи фотоинициатори преди предварително окисляване, може да увеличи скоростта на реакцията на циклизация и да съкрати времето на окисляване. Изследването на Jo et al. Установено е, че облъчването на текстилни PAN влакна без фотоинициатор с UV светлина също може ефективно да насърчи процеса на предварително окисление, който отнема само 30 минути. Електропредене чрез прост процес е най-добрият начин за приготвяне на въглеродни нановлакна (CNF), чийто процес зависи до голяма степен от прекурсори като PAN, смола и лигнин. Chen et al. Багасът се естерифицира хомогенно с помощта на киселинен анхидрид и след това се смесва с PAN за електропредене за получаване на CNFs. Естерифицираният багас помага за задържането на азотните атоми на CNF, като по този начин подобрява термичната стабилност, електрическата проводимост и повърхностната активност на влакната.

Може да се види, че независимо дали става дума за традиционно мокро предене или ново електропредене, ключът към намаляването на разходите за производство на въглеродни влакна се крие в суровините и процесите. Изследването се фокусира върху подбора, модификацията и оптимизирането на процеса на прекурсорни материали на основата на въглерод. Събиране и изваждане. Разбира се, за да се постигне евтино масово производство, е необходимо и повишаване на производителността.

1.2 Технология на засенчване

Високата кристалност и химическата инертност на въглеродните влакна затрудняват оцветяването с традиционни багрила или пигменти. Фотонните кристали са диелектрични материали, които периодично се подреждат в пространството, използвайки материали с различни показатели на пречупване. Той има фотонна междина и може селективно да отразява фотони с определена дължина на вълната, а отразената светлина се разсейва върху повърхността на кристала, което води до цвят. Цветните въглеродни влакна могат да бъдат получени чрез сглобяване на диспергирани заредени колоидни наночастици върху повърхността на въглеродните влакна чрез електрофоретично отлагане, но механичната издръжливост е недостатъчна за практически приложения. Niu et al. Слоевете ZnO и Al2O3 с контраст с голям коефициент на пречупване са използвани като периодични компоненти и се отлагат върху повърхността на плазмено-активирани въглеродни влакна чрез техника за отлагане на атомен слой. Подготвените многоцветни въглеродни влакна имат отлична механична стабилност и възможност за пране. пол. При условия на разсеяна светлина платовете от гладко тъкане от влакна могат да проявяват независими от ъгъла отразяващи свойства и цвят.

1.3 Функционална технология

1.3.1 Гъвкави влакнести електроди

С бързото развитие на технологиите за носене, изследователската работа върху електронните смарт текстил се подобри значително през последните години. Изследването и разработването на съответните електронни компоненти постепенно заема място. Например тъканите на основата на въглеродни влакна са популярни в момента гъвкави електродни материали; обаче, гъвкавостта и превъзходната производителност на такива електроди са били важен въпрос при разработването на интелигентни текстилни изделия. Li et al. Памучната тъкан с KOH покритие беше карбонизирана чрез динамичен процес на калциниране на шаблон, който насърчи образуването на слоеста подредена пореста структура върху стената на влакната. Произведените тъкани от въглеродни влакна имат отлична механична якост и могат да се използват като суперкондензаторни електроди. Съществуват и други подходи за разработване на свръхкапацитивни електроди от въглеродни влакна, като селективно химическо ецване и електрохимично ексфолиране на никелови наночастици за създаване на многомащабни пори и реактивни групи в тъканите и хетероатомна модификация на тъкани от въглеродни влакна. В допълнение, CNF имат добра електрическа проводимост и голяма специфична повърхност, които имат голям потенциал при приложението на електронни устройства. Levitt et al. Двуизмерният преходен метален карбид Ti3C2Tx се смесва в разтвор на PAN, последвано от електропредене за приготвяне на подложки от въглеродни нановлакна. Капацитетът на така произведените композитни електроди е по-висок от този на чистите въглеродни влакна. Добавянето на Ti3C2Tx подобрява електрохимичните характеристики на композитния електрод. Проводимостта и издръжливостта също са по-силни.

1.3.2 Гъвкави сензори

С подобряването на осведомеността за общественото здраве и подобряването на изискванията за оборудване в специални области, интелигентните текстилни изделия постепенно се интегрират в системата за наблюдение на медицински грижи и наблюдение. Един от основните компоненти е сензорът. Азижани и др. Втвърдяващият се при стайна температура силиконов каучук е избран като матрица, а нарязаните въглеродни влакна се използват като проводящ материал за подготовка на сензора за деформация на съпротивление, който има висока чувствителност в диапазона на амплитуда на деформация до 25 процента; времето за възстановяване е по-малко от 15 s. Когато този тип сензор се използва за наблюдение от хора, той може да осигури стабилност на сигнала и силна производителност на сензорите. По същия начин, високата чувствителност и разтегливост на пиезорезистивния нарязани въглеродни влакна/полидиметилсилоксан композитен сензор [18] го правят подходящ за откриване на напрежение при различни приложения, като движение на човек, набръчкване на тъкани и др. Този тип сензори обаче се нуждаят от допълнително подобрение. Неговите пиезорезистивни свойства са чувствителни към структурата на натоварването. Приложеното прекомерно напрежение ще причини проблеми като намалена чувствителност и забавено пиезорезистивно превключване.

2. Арамидни влакна

Пълното име на арамидното влакно е ароматно полиамидно влакно, което има предимствата на висока якост, висок модул, ниска плътност, устойчивост на износване, устойчивост на удар и отлична изолация. Поради различните позиции на свързване на амидната връзка и бензоловия пръстен, има разлики в молекулярната структура на арамида, който често може да бъде разделен на пара-арамид, мета-арамид и арамид III.

2.1 Технология на производство

През последните години арамидните влакна у нас и в чужбина постепенно постигат промишлено производство с висока добавена стойност и продукцията се увеличава от година на година. Арамид 1414 (поли-р-фенилентерефтамид, PPTA) влакно, един от основните продукти, е ключов момент в контрола на качеството на крайния продукт по време на процеса на предене. Chen Zhourong проведе проучване на производствения процес за това: добавяне на вода и антистатичен агент за предварителна обработка на PPTA влакна за намаляване на статичното електричество; когато кардирате, използвайте устройства за цилиндър и дофер с малка дълбочина на зъбите и бърза скорост на движение, за да разрешите проблема, че преденето е предразположено към прах и възли. В същото време регулирайте стъпката на устройството, за да ускорите трансфера на влакна. Разработването и производството на арамидни влакна с по-високи механични свойства е достойна изследователска тема за разширяване на приложното поле на арамидните влакна. Teng et al. Смесете търговския PPTA с h-PPTA (PPTA с високо молекулно тегло) в концентрирана сярна киселина. По време на процеса на сухо-мокро предене, h-PPTA може да засили взаимодействието между макромолекулите и да индуцира ориентацията на къси PPTA вериги по оста на влакното. Подобрява се якостта на опън и началния модул на произведените арамидни влакна. В допълнение, Ren Zhongkai et al. Изследване и получаване на високоякостен арамид 1313. Якостта на разрушаване на конвенционалния арамид 1313 е по-ниска от тази на арамид 1414. Чрез увеличаване на вискозитета на разтвора за предене и намаляване на съдържанието на твърдо вещество, молекулното тегло на полимера може да се увеличи и добавянето на модификатори може да увеличи ориентацията и структурната еднородност на влакната. Методът на постепенното нагряване и постепенното измиване осигурява компактността на структурата на влакната. Тези различни технически подобрения правят влакната по-здрави и по-издръжливи.

2.2 Технология за засенчване

Арамидът има компактна структура и висока температура на встъкляване, което затруднява боядисването с конвенционални процеси. Следователно, когато подвижността на макромолекулната верига на влакното се увеличи и аморфната площ се увеличи, багрилото може лесно да влезе във влакното и да се комбинира с него. Azam et al. Предполага се, че дълбочината на боядисване на арамидните влакна е сравнително ниска през последните години, така че те използват бензилов алкохол като средство за набъбване за оптимизиране на процеса на боядисване на катионни багрила за мета-арамидни влакна. Арамидната тъкан има висока дълбочина на боядисване и ниска загуба на якост. Освен това, Kale et al. Повърхността на боядисаното арамидно влакно е покрита с наночастици от титанов диоксид, за да се реши проблемът с лошата устойчивост на светлина на боядисаните арамидни влакна. За отпечатването на арамидни текстилни носители печатът с дисперсни багрила е добър опит,

2.3 Функционална технология

2.3.1 Оптимизиране на структурата на тъканта

Изследванията на високоефективни защитни тъкани, изработени от арамид, също са разработени, тъй като търсенето в областта на личните и индустриални защитни средства се увеличава. Въз основа на триенето между прежди в арамидни тъкани, имащи по-голямо влияние върху устойчивостта на удар, Moure et al. Механичните свойства и коефициентите на триене на преждата на параарамидни тъкани с различни структури бяха сравнени на различни слоеве от прежда до структура. Проучването установи, че въпреки че механичните свойства на преждите са основно еднакви, механичните свойства на тъканите са различни; когато арамидните влакна се преплитат върху армиращата тъкан под вертикален ъгъл, те могат да абсорбират много енергия, която е по-голяма от тази на обикновените меки тъкани. И когато тъканта има по-висока абсорбирана енергийна плътност и коефициент на триене,

2.3.2 Подобряване на производителността на тъканта

За подобряване на практическото представяне на защитното облекло, Nayak et al. нанесени покрития от борен карбид върху арамидни тъкани. Въпреки че общата устойчивост на пробиване на тъканта е подобрена, тя също така причинява концентрация на напрежение, което се отразява на местната защита на тъканта; в същото време потокът на потните пари от покритието е ограничен, което води до намален комфорт. С оглед на проблема с лошото изпотяване и изпотяване на арамидните тъкани, киселинен калиев перманганат или плазмена модификация, комбинирани с изпотяване с влага и изпотяване, могат да се използват за генериране на полярни групи върху тъканните влакна, за да се подобри омокряемостта на влакната. прониква и се свързва по-добре с влакната. Най-общо казано, многофункционалните продукти са по-популярни на пазара. Shen et al. Смесеният разтвор на полиуретан на водна основа, поливинилиден флуорид-хексафлуоропропиленов съполимер и флуороалкил силан се нанася върху арамидна тъкан чрез метод на потапяне и получената тъкан има както трайна суперхидрофобност, така и функции за химическа защита. . Liu et al. Арамидните тъкани бяха импрегнирани с течност за сгъстяване на срязване (STF) и покрити с въглеродни нанотръби (CNTs) чрез композитен процес, което води до композитни тъкани с отлични защитни и сензорни функции. Сред тях CNT повишава електрическата проводимост и характеристиките на реакция на тъканта, които могат да бъдат ефективно открити; Добавянето на STF позволява на композитната тъкан да издържа на по-високи сили на удар и осигурява по-силна защита. Поливинилиден флуорид-хексафлуоропропиленов съполимер и флуороалкил силан бяха покрити с потапяне върху арамидна тъкан и получената тъкан имаше както трайна суперхидрофобност, така и химическа защита. . Liu et al. Арамидните тъкани бяха импрегнирани с течност за сгъстяване на срязване (STF) и покрити с въглеродни нанотръби (CNTs) чрез композитен процес, което води до композитни тъкани с отлични защитни и сензорни функции. Сред тях CNT повишава електрическата проводимост и характеристиките на реакция на тъканта, които могат да бъдат ефективно открити; Добавянето на STF позволява на композитната тъкан да издържа на по-високи сили на удар и осигурява по-силна защита. Поливинилиден флуорид-хексафлуоропропиленов съполимер и флуороалкил силан бяха покрити с потапяне върху арамидна тъкан и получената тъкан имаше както трайна суперхидрофобност, така и химическа защита. . Liu et al. Арамидните тъкани бяха импрегнирани с течност за сгъстяване на срязване (STF) и покрити с въглеродни нанотръби (CNTs) чрез композитен процес, което води до композитни тъкани с отлични защитни и сензорни функции. Сред тях CNT повишава електрическата проводимост и характеристиките на реакция на тъканта, които могат да бъдат ефективно открити; Добавянето на STF позволява на композитната тъкан да издържа на по-високи сили на удар и осигурява по-силна защита. Арамидните тъкани бяха импрегнирани с течност за сгъстяване на срязване (STF) и покрити с въглеродни нанотръби (CNTs) чрез композитен процес, което води до композитни тъкани с отлични защитни и сензорни функции. Сред тях CNT повишава електрическата проводимост и характеристиките на реакция на тъканта, които могат да бъдат ефективно открити; Добавянето на STF позволява на композитната тъкан да издържа на по-високи сили на удар и осигурява по-силна защита. Арамидните тъкани бяха импрегнирани с течност за сгъстяване на срязване (STF) и покрити с въглеродни нанотръби (CNTs) чрез композитен процес, което води до композитни тъкани с отлични защитни и сензорни функции. Сред тях CNT повишава електрическата проводимост и характеристиките на реакция на тъканта, които могат да бъдат ефективно открити; Добавянето на STF позволява на композитната тъкан да издържа на по-високи сили на удар и осигурява по-силна защита.

3. UHMWPE влакно

Полиетиленовите влакна с ултра високо молекулно тегло (UHMWPE) имат много отлични свойства като висока якост на опън, висок модул и ниска плътност на масата и са инертни в химически разтворители.

3.1 Технология на производство

Понастоящем производството на UHMWPE влакна е индустриализирано, но този широкомащабен производствен метод може да бъде постигнат само чрез гел предене. Този метод обаче използва голямо количество органичен разтворител и причинява проблема със замърсяването на околната среда с висока производствена цена. Процесът на предене на стопилка (melt spin), който е прост в процеса, не изисква органичен разтворител и има ниска цена, е по-добър избор. Kakiage et al. Комбинирани методи за предене на стопилка и приготвяне за изтегляне на стопилка за подобряване на якостта на опън на UHMWPE влакна. Изтеглянето на стопилката ускорява увеличаването на линейната кристална ориентация във влакното. При 145 градуса якостта на опън на влакното може да достигне 1,1 GPa при условията на съотношение на изтегляне от 20 и скорост на напрежение 40/min. В сравнение с предене на гел, механичните свойства на UHMWPE влакната, получени чрез предене на стопилка, са много по-слаби. Въпреки това, за задоволяване на нуждите на пазара на влакна със средна якост и на масовия пазар на текстил, влакната от UHMWPE със средна якост, изработени от светлинно замърсяващо предене на стопилка, са достатъчни.

3.1 Технология за засенчване

От гледна точка на пазара надолу по веригата на UHMWPE влакна, UHMWPE влакна с богати цветове могат да увеличат добавената стойност на продуктите, да разширят приложенията на пазара и по този начин да подобрят конкурентоспособността на продукта. Въпреки това, поради високата кристалност и липсата на функционални групи на UHMWPE влакна, традиционните методи са трудни за боядисване. Ma et al. Опит за боядисване на UHMWPE тъкани при 120 градуса и 20 MPa свръхкритичен въглероден диоксид (scCO2). С увеличаването на времето за боядисване и концентрацията на багрилото, боядисването на UHMWPE тъканта непрекъснато се подобрява, а устойчивостта на цвета на тъканта също се подобрява. Времето за оцветяване се удължава и увеличава. А добавянето на декалин като съразтворител в scCO2 води до по-голям добив на цвят. Но след добавяне на декалин,