Pokroky v propagácii civilizácie troch vysokovýkonných vláknitých textílií

Pokroky v propagácii civilizácie troch vysokovýkonných vláknitých textílií

Vysokovýkonné vlákna majú silnú odolnosť voči fyzikálnym vplyvom, ako je svetlo, elektrina, teplo a sila z vonkajšieho sveta, ako aj chemickým vplyvom, ako sú oxidanty, kyseliny a zásady, takže vlákna majú vysokú pevnosť, vysoký modul, odolnosť voči vysokej teplote a vlastnosti spomaľujúce horenie. Vysokovýkonné vlákna možno rozdeliť na organické vlákna a anorganické vlákna. Organické vlákna zahŕňajú: aramidové vlákna, polyetylénové vlákna s ultra vysokou molekulovou hmotnosťou, polyfenylénsulfidové vlákna atď.; medzi anorganické vlákna patria najmä: uhlíkové vlákna, keramické vlákna atď., z ktorých tri hlavné sú uhlíkové vlákna, aramidové vlákna a polyetylénové vlákna s ultra vysokou molekulovou hmotnosťou Vlákno je stále v období rýchleho rozvoja a postupne vstúpilo do obdobia intenzívneho technologická inovácia a hospodárska súťaž; Dopyt na globálnom trhu sa zrýchľuje a výrobcovia pokračujú v skúmaní oblastí použitia. Vyvíjajte predajné nové produkty, aby ste získali konkurenčnú výhodu.

V súčasnosti sú vysokovýkonné vlákna v štádiu bujného vývoja a rôzne produkty (kompozitné materiály, laná a pod.) nachádzajú uplatnenie aj v oblastiach vojenského priemyslu, letectva, navigácie, stavebníctva, textilu a odevov. Táto štúdia predstavuje a analyzuje rôzne optimalizačné techniky pre tri hlavné vysokovýkonné vlákna a textílie z hľadiska zníženia nákladov, funkčného vylepšenia a vylepšenia pridanej hodnoty s cieľom pokročiť vo vývoji vysokovýkonných textílií na zdieľateľné vysokokvalitné produkty. spoločnosti a civilistov.

1. Uhlíkové vlákno

Uhlíkové vlákno je vláknitý materiál na báze uhlíka zložený z vrstvených grafitových kryštálov naskladaných v axiálnom smere. Má vynikajúce mechanické vlastnosti a ľahké vlastnosti. Po desaťročiach vývoja sa komerčné využitie uhlíkových vlákien rozšírilo do mnohých oblastí špičkových technológií.

1.1 Technológia výroby

V súčasnosti sa približne 90 percent komerčných uhlíkových vlákien vyrába z polyakrylonitrilu (PAN). Tradičné priemyselné uhlíkové vlákna na báze PAN sú drahé a ich produkcia je obmedzená, čo sťažuje ich popularizáciu vo veľkom meradle. Na zníženie nákladov sa ako prekurzorové materiály na výrobu uhlíkových vlákien používajú lacný textilný PAN a obnoviteľný lignín.

Jiang a kol. Použitie metódy mokrého zvlákňovania na prípravu prekurzorových vlákien z lignínu pšeničnej slamy a textilných akrylových vlákien ako surovín môže znížiť výrobné náklady na uhlíkové vlákna; vďaka vysokej tepelnej reakčnej teplote lignínu môže tiež zlepšiť tepelnú stabilitu zmiešaných vlákien lignín/PAN. Huang a jeho tím použili hydrochlorid guanidínu bez obsahu kovu na úpravu textilných akrylových vlákien, čo umožnilo, aby proces predoxidácie prebiehal pri nižších teplotách, čím sa znížili výrobné náklady. Zároveň je polymérna štruktúra vytvorená cyklizačnou reakciou nitrilovej skupiny pri nízkej teplote stabilnejšia, takže uhlíkové vlákno má lepšie mechanické vlastnosti. UV ožarovanie vlákien PAN obsahujúcich fotoiniciátory pred predoxidáciou môže zvýšiť rýchlosť cyklizačnej reakcie a skrátiť čas oxidácie. Štúdia Jo a kol. Zistilo sa, že ožarovanie textilných vlákien PAN bez fotoiniciátora UV svetlom môže tiež účinne podporiť proces predoxidácie, ktorý trvá len 30 minút. Elektrostatické zvlákňovanie pomocou jednoduchého procesu je najlepší spôsob prípravy uhlíkových nanovlákien (CNF), ktorých proces do značnej miery závisí od prekurzorov, ako sú PAN, smola a lignín. Chen a kol. Bagasse sa homogénne esterifikovala pomocou anhydridu kyseliny a potom sa zmiešala s PAN na elektrostatické zvlákňovanie na prípravu CNF. Esterifikovaná bagasa pomáha zadržiavať atómy dusíka CNF, čím zlepšuje tepelnú stabilitu, elektrickú vodivosť a povrchovú aktivitu vlákien.

Je vidieť, že či už ide o tradičné mokré zvlákňovanie alebo nové elektrostatické zvlákňovanie, kľúč k zníženiu nákladov na výrobu uhlíkových vlákien spočíva v surovinách a procesoch. Výskum sa zameriava na výber, modifikáciu a optimalizáciu procesov prekurzorových materiálov na báze uhlíka. Sčítanie a odčítanie. Samozrejme, aby sme dosiahli nízkonákladovú masovú výrobu, je potrebné zvýšiť aj produktivitu.

1.2 Tieniaca technika

Vysoká kryštalinita a chemická inertnosť uhlíkových vlákien sťažuje farbenie tradičnými farbivami alebo pigmentmi. Fotonické kryštály sú dielektrické materiály, ktoré sú periodicky usporiadané v priestore pomocou materiálov s rôznymi indexmi lomu. Má fotonickú medzeru v pásme a môže selektívne odrážať fotóny určitej vlnovej dĺžky a odrazené svetlo sa ohýba na povrchu kryštálu, čo vedie k farbe. Farebné uhlíkové vlákna je možné pripraviť zostavením dispergovaných nabitých koloidných nanočastíc na povrch uhlíkových vlákien elektroforetickou depozíciou, ale mechanická odolnosť je v praktických aplikáciách nedostatočná. Niu a kol. Vrstvy ZnO a Al2O3 s veľkým kontrastom indexu lomu boli použité ako periodické zložky a nanesené na povrch plazmových aktívnych uhlíkových vlákien technikou nanášania atómovej vrstvy. Pripravené viacfarebné uhlíkové vlákna majú výbornú mechanickú stabilitu a umývateľnosť. rod. V podmienkach rozptýleného svetla môžu tkaniny s plátnovou väzbou z vlákien vykazovať reflexné vlastnosti a farbu nezávislé od uhla.

1.3 Funkčná technológia

1.3.1 Pružné vláknové elektródy

S rýchlym rozvojom nositeľnej technológie sa výskumná práca na elektronických inteligentných textíliách v posledných rokoch výrazne zlepšila. Výskum a vývoj zodpovedajúcich elektronických komponentov postupne zaujal miesto. Napríklad tkaniny na báze uhlíkových vlákien sú v súčasnosti obľúbenými flexibilnými elektródovými materiálmi; flexibilita a vynikajúci výkon takýchto elektród však boli dôležitou otázkou pri vývoji inteligentných textílií. Li a spol. Bavlnená tkanina potiahnutá KOH bola karbonizovaná procesom dynamickej templátovej kalcinácie, ktorý podporoval tvorbu vrstvenej usporiadanej poréznej štruktúry na stene vlákna. Vyrobené tkaniny z uhlíkových vlákien majú vynikajúcu mechanickú pevnosť a môžu byť použité ako superkondenzátorové elektródy. Existujú aj iné prístupy k vývoju superkapacitných elektród z uhlíkových vlákien, ako je selektívne chemické leptanie a elektrochemická exfoliácia nanočastíc niklu na vytvorenie viacrozmerných pórov a reaktívnych skupín v tkaninách a heteroatómová modifikácia tkanín z uhlíkových vlákien. Okrem toho majú CNF dobrú elektrickú vodivosť a veľký špecifický povrch, čo má veľký potenciál pri aplikácii elektronických zariadení. Levitt a kol. Dvojrozmerný karbid prechodného kovu Ti3C2Tx sa primiešal do roztoku PAN, po čom nasledovalo elektrostatické zvlákňovanie na prípravu rohoží z uhlíkových nanovlákien. Kapacita takto vyrobených kompozitných elektród je vyššia ako kapacita čistých uhlíkových vlákien. Pridanie Ti3C2Tx zlepšuje elektrochemický výkon kompozitnej elektródy. Vodivosť a odolnosť sú tiež silnejšie.

1.3.2 Flexibilné snímače

So zlepšovaním verejného zdravotného povedomia a zlepšovaním požiadaviek na vybavenie v špeciálnych oblastiach sa inteligentné textílie postupne začleňujú do monitorovacieho systému lekárskej starostlivosti a monitorovania. Jedným z kľúčových komponentov je snímač. Azizhani a kol. Ako matrica sa vyberie silikónová guma vytvrdzujúca pri izbovej teplote a nasekané uhlíkové vlákno sa použije ako vodivý materiál na prípravu snímača odporového napätia, ktorý má vysokú citlivosť v rozsahu amplitúdy deformácie až do 25 percent; jeho čas zotavenia je kratší ako 15 s. Keď sa tento typ snímača používa na monitorovanie ľudí, môže zabezpečiť stabilitu signálu a silný výkon snímania. Rovnako vysoká citlivosť a rozťažnosť piezorezistívneho kompozitného senzora z uhlíkových vlákien/polydimetylsiloxánu [18] ho robí vhodným na detekciu napätia v rôznych aplikáciách, ako je ľudský pohyb, krčenie tkanín atď. Tento typ snímača však potrebuje ďalšie zlepšenie. Jeho piezorezistívne vlastnosti sú citlivé na štruktúru zaťaženia. Nadmerné namáhanie spôsobí problémy, ako je znížená citlivosť a oneskorené piezorezistívne prepínanie.

2. Aramidové vlákno

Celý názov aramidového vlákna je aromatické polyamidové vlákno, ktoré má výhody vysokej pevnosti, vysokého modulu, nízkej hustoty, odolnosti proti opotrebeniu, odolnosti proti nárazu a vynikajúcej izolácie. V dôsledku rôznych pozícií spojenia amidovej väzby a benzénového kruhu existujú rozdiely v molekulárnej štruktúre aramidu, ktoré možno často rozdeliť na para-aramid, meta-aramid a aramid III.

2.1 Technológia výroby

Aramidové vlákna doma aj v zahraničí v posledných rokoch postupne dosahujú priemyselnú produkciu s vysokou pridanou hodnotou a produkcia sa z roka na rok zvyšuje. Aramidové vlákno 1414 (poly-p-fenyléntereftamid, PPTA), jeden z hlavných produktov, je kľúčovým bodom pri kontrole kvality hotového výrobku počas procesu pradenia. Chen Zhourong vykonal výskum výrobného procesu na toto: pridanie vody a antistatického činidla na predbežnú úpravu PPTA vlákien, aby sa znížila statická elektrina; pri mykaní používajte valcové a doferovacie zariadenia s malou hĺbkou zubov a rýchlou rýchlosťou, aby ste vyriešili problém, že pradenie je náchylné na prach a uzly. Zároveň upravte rozstup zariadenia, aby ste urýchlili prenos vlákien. Vývoj a výroba aramidových vlákien s vyššími mechanickými vlastnosťami je hodnotnou témou výskumu na rozšírenie oblasti použitia aramidových vlákien. Teng a kol. Zmiešajte komerčnú PPTA s h-PPTA (vysokomolekulárny PPTA) v koncentrovanej kyseline sírovej. Počas procesu suchého tryskového-mokrého zvlákňovania môže h-PPTA zvýšiť interakciu medzi makromolekulami a vyvolať orientáciu krátkych reťazcov PPTA pozdĺž osi vlákna. Zlepšuje sa pevnosť v ťahu a počiatočný modul vyrobených aramidových vlákien. Okrem toho Ren Zhongkai a spol. Výskum a príprava vysokopevnostného aramidu 1313. Pevnosť v lámaní bežného aramidu 1313 je nižšia ako u aramidu 1414. Zvýšením viskozity zvlákňovacieho roztoku a znížením obsahu pevných látok je možné zvýšiť molekulovú hmotnosť polyméru, resp. pridanie modifikátorov môže zvýšiť orientáciu a štruktúrnu jednotnosť vlákien. Postupné zahrievanie a postupné pranie zaisťuje kompaktnosť štruktúry vlákna. Tieto rôzne technické vylepšenia robia vlákna pevnejšími a odolnejšími.

2.2 Tieniaca technika

Aramid má kompaktnú štruktúru a vysokú teplotu skleného prechodu, čo sťažuje farbenie konvenčnými procesmi. Keď sa teda zvýši pohyblivosť makromolekulárneho reťazca vlákna a zväčší sa amorfná plocha, farbivo sa môže ľahko dostať do vlákna a spojiť sa s ním. Azam a kol. Navrhuje sa, že hĺbka farbenia aramidových vlákien je v posledných rokoch relatívne nízka, takže používajú benzylalkohol ako napučiavacie činidlo na optimalizáciu procesu farbenia katiónových farbív pre meta-aramidové vlákna. Aramidová tkanina má vysokú hĺbku farbenia a nízku stratu pevnosti. Okrem toho Kale a kol. Povrch farbeného aramidového vlákna je potiahnutý nanočasticami oxidu titaničitého, aby sa vyriešil problém zlej odolnosti farbeného aramidového vlákna voči svetlu. Pre potlač aramidových textílií je dobrým pokusom nosná potlač disperznými farbami,

2.3 Funkčná technológia

2.3.1 Optimalizácia štruktúry tkaniny

S rastúcim dopytom v oblasti osobných a priemyselných ochranných prostriedkov sa rozvinul aj výskum vysokovýkonných ochranných tkanín vyrobených z aramidu. Na základe trenia medzi priadzami v aramidových tkaninách, ktoré má väčší vplyv na odolnosť proti nárazu, Moure et al. Mechanické vlastnosti a koeficienty trenia priadze para-aramidových tkanín s rôznymi štruktúrami boli porovnané v rôznych vrstvách od priadze po štruktúru. Štúdia zistila, že aj keď sú mechanické vlastnosti priadzí v podstate rovnaké, mechanické vlastnosti tkanín sú odlišné; keď sú aramidové vlákna prepletené na výstužnej tkanine pod vertikálnym uhlom, môžu absorbovať veľa energie, ktorá je väčšia ako u bežných mäkkých látok. A keď má tkanina vyššiu hustotu absorbovanej energie a koeficient trenia,

2.3.2 Zlepšenie výkonu tkaniny

Na zlepšenie praktického výkonu ochranných odevov Nayak a kol. aplikované povlaky karbidu bóru na aramidové tkaniny. Hoci je celková odolnosť látky proti prepichnutiu zlepšená, spôsobuje tiež koncentráciu napätia, ktorá ovplyvňuje lokálnu ochranu látky; zároveň je obmedzený tok potných pár poťahu, čo má za následok znížený komfort. Vzhľadom na problém slabého potenia vlhkosti a potenia aramidových tkanín je možné použiť kyslý manganistan draselný alebo plazmovú modifikáciu kombinovanú s metódami konečnej úpravy potením vlhkosťou a potením na vytvorenie polárnych skupín na vláknach tkaniny, aby sa zlepšila zmáčavosť vlákien. penetruje a lepšie priľne k vláknam. Všeobecne povedané, multifunkčné produkty sú na trhu populárnejšie. Shen a kol. Zmiešaný roztok polyuretánu na vodnej báze, kopolyméru polyvinylidénfluorid-hexafluórpropylén a fluóralkylsilánu bol nanesený na aramidovú tkaninu metódou namáčania a získaná tkanina mala trvanlivú superhydrofóbnosť aj funkciu chemickej ochrany. . Liu a kol. Aramidové tkaniny boli impregnované šmykovou zahusťovacou kvapalinou (STF) a potiahnuté uhlíkovými nanorúrkami (CNT) kompozitným procesom, výsledkom čoho boli kompozitné tkaniny s vynikajúcou ochranou a snímacími funkciami. Medzi nimi CNT zvyšuje elektrickú vodivosť a charakteristiky odozvy tkaniny, ktoré možno efektívne detegovať; pridanie STF umožňuje kompozitnej tkanine odolávať vyšším nárazovým silám a poskytovať silnejšiu ochranu. Polyvinylidénfluorid-hexafluórpropylénový kopolymér a fluóralkylsilán boli nanesené na aramidovú tkaninu a výsledná tkanina mala trvanlivú superhydrofóbnosť aj chemickú ochranu. . Liu a kol. Aramidové tkaniny boli impregnované šmykovou zahusťovacou kvapalinou (STF) a potiahnuté uhlíkovými nanorúrkami (CNT) kompozitným procesom, výsledkom čoho boli kompozitné tkaniny s vynikajúcou ochranou a snímacími funkciami. Medzi nimi CNT zvyšuje elektrickú vodivosť a charakteristiky odozvy tkaniny, ktoré možno efektívne detegovať; pridanie STF umožňuje kompozitnej tkanine odolávať vyšším nárazovým silám a poskytovať silnejšiu ochranu. Polyvinylidénfluorid-hexafluórpropylénový kopolymér a fluóralkylsilán boli nanesené na aramidovú tkaninu a výsledná tkanina mala trvanlivú superhydrofóbnosť aj chemickú ochranu. . Liu a kol. Aramidové tkaniny boli impregnované šmykovou zahusťovacou kvapalinou (STF) a potiahnuté uhlíkovými nanorúrkami (CNT) kompozitným procesom, výsledkom čoho boli kompozitné tkaniny s vynikajúcou ochranou a snímacími funkciami. Medzi nimi CNT zvyšuje elektrickú vodivosť a charakteristiky odozvy tkaniny, ktoré možno efektívne detegovať; pridanie STF umožňuje kompozitnej tkanine odolávať vyšším nárazovým silám a poskytovať silnejšiu ochranu. Aramidové tkaniny boli impregnované šmykovou zahusťovacou kvapalinou (STF) a potiahnuté uhlíkovými nanorúrkami (CNT) kompozitným procesom, výsledkom čoho boli kompozitné tkaniny s vynikajúcou ochranou a snímacími funkciami. Medzi nimi CNT zvyšuje elektrickú vodivosť a charakteristiky odozvy tkaniny, ktoré možno efektívne detegovať; pridanie STF umožňuje kompozitnej tkanine odolávať vyšším nárazovým silám a poskytovať silnejšiu ochranu. Aramidové tkaniny boli impregnované šmykovou zahusťovacou kvapalinou (STF) a potiahnuté uhlíkovými nanorúrkami (CNT) kompozitným procesom, výsledkom čoho boli kompozitné tkaniny s vynikajúcou ochranou a snímacími funkciami. Medzi nimi CNT zvyšuje elektrickú vodivosť a charakteristiky odozvy tkaniny, ktoré možno efektívne detegovať; pridanie STF umožňuje kompozitnej tkanine odolávať vyšším nárazovým silám a poskytovať silnejšiu ochranu.

3. UHMWPE vlákno

Polyetylénové vlákna s ultra vysokou molekulovou hmotnosťou (UHMWPE) majú mnoho vynikajúcich vlastností, ako je vysoká pevnosť v ťahu, vysoký modul a nízka hmotnostná hustota a sú inertné v chemických rozpúšťadlách.

3.1 Technológia výroby

V súčasnosti sa výroba UHMWPE vlákien industrializovala, ale tento spôsob výroby vo veľkom meradle je možné dosiahnuť len gélovým zvlákňovaním. Táto metóda však využíva veľké množstvo organického rozpúšťadla a spôsobuje problém znečistenia životného prostredia s vysokými výrobnými nákladmi. Proces zvlákňovania taveniny (melt spin), ktorý je jednoduchý v procese, nevyžaduje organické rozpúšťadlo a má nízke náklady, je lepšou voľbou. Kakiage a kol. Kombinované metódy prípravy zvlákňovania a ťahania z taveniny na zlepšenie pevnosti v ťahu UHMWPE vlákien. Ťahanie taveniny urýchľuje nárast lineárnej orientácie kryštálov vo vlákne. Pri 145 stupňoch môže pevnosť v ťahu vlákna dosiahnuť 1,1 GPa za podmienok pomeru ťahania 20 a rýchlosti deformácie 40/min. V porovnaní s gélovým zvlákňovaním sú mechanické vlastnosti UHMWPE vlákien vyrobených tavným zvlákňovaním oveľa slabšie. Na uspokojenie potrieb trhu so stredne pevnými vláknami a trhu s textilnou hmotou však postačujú stredne pevné vlákna UHMWPE vyrobené svetlo znečisťujúcim zvlákňovaním z taveniny.

3.1 Tieniaca technika

Z pohľadu nadväzujúceho trhu s vláknami UHMWPE môžu vlákna UHMWPE so sýtymi farbami zvýšiť pridanú hodnotu produktov, rozšíriť trhové aplikácie, a tak zvýšiť konkurencieschopnosť produktov. Avšak kvôli vysokej kryštalinite a nedostatku funkčných skupín vlákien UHMWPE sa tradičné metódy farbia ťažko. Ma a spol. Pokusy o farbenie tkanín UHMWPE pri 120 stupňoch a 20 MPa superkritickým oxidom uhličitým (scCO2). So zvyšujúcou sa dobou farbenia a koncentráciou farbiva sa neustále zlepšuje farbiteľnosť UHMWPE tkaniny a zlepšuje sa aj farebná stálosť tkaniny. Čas farbenia sa predĺžil a zvýšil. A pridanie dekalínu ako ko-rozpúšťadla v scCO2 viedlo k vyšším výťažkom farby. Ale po pridaní dekalínu,