Анализ преимуществ полимерных текстильных материалов

УДК 677:29.27.43

Т. В. Яковлева, Н. М. Артамонова АНАЛИЗ ПРЕИМУЩЕСТВ ПОЛИМЕРНЫХ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Ключевые слова: одежда, полимеры, волокно.

В работе осуществляется сравнительный анализ полимерных волокон натурального, искусственного и синтетического происхождения. Выявлено, что для удовлетворения высоких запросов современных потребителей наиболее подходящими являются искусственные и синтетические полимерные материалы, с их последующей модификацией в виду того, что их волокна создаются с применением последних достижений современной науки. Использование таких волокон способствует созданию высококачественных и конкурентоспособных изделий

Keywords: dothes, polymers, fibre.

We carried out a comparative analysis of polymeric fibers of natural, artificial and synthetic origin. Revealed that for the demanding needs of modern consumers are the most suitable artificial and synthetic polymer materials and their subsequent modification due to the fact that their fibers are created using the latest achievements of modern science. The use of these fibers contributes to the creation of high quality and competitive products.

Одной из особенностей современного этапа развития производства швейных изделий является значительное ужесточение всего комплекса требований к продукции, потребительских, эстетических, эксплуатационных и промышленных, что обусловлено повышением уровня качества жизни в мире и обострением конкуренции при реализации товаров на рынке. Потребители преимущественно выбирают изделия красивые, модные, добротные, удобные, качественно изготовленные и приемлемые по цене. Повышение конкурентоспособности изделий отечественных предприятий в настоящее время достигается в основном за счет увеличения количества выпускаемой продукции. Выпуск же качественных изделий требует мобильных, технически и научно-вооруженных, экономичных технологических процессов, особенно в сфере «выпускного» цеха легкой промышленности России.

Одежда стала продуктом массового промышленного производства только в ХХ веке и долгое время, особенно в нашей стране, удовлетворяла преимущественно утилитарные потребности человека.

Сегодня одежда является промышленным товаром и результатом научно-технического прогресса, и в то же время в значительной мере выполняет эстетические функции, и функции социального характера. Она подчеркивает положение человека в обществе, соответствует торжественности момента, способствует воспитанию, акцентирует внимание на достоинствах внешности и маскирует недостатки, омолаживает, поднимает настроение, формирует имидж наряду с другими средствами.

Ассортимент моделей и видов одежды диктуется необходимостью постоянного их обновления при сохранении высокого качества и минимальной стоимости. Сырьевая база швейной промышленности непрерывно претерпевает существенные изменения. Расширяется ассортимент текстильных материалов, улучшаются их потребительские свойства [1].

Как известно, полимерные волокна, из которых изготавливаются ткани, бывают натурального, искусственного и синтетического происхождения. Поэтому, для того, чтобы удовлетворить спрос населения в одежде определенного ассортимента, необходимо определить из каких тканей целесообразней ее изготавливать.

Бурный технический процесс на исходе XX века предъявил к текстильным материалам новые, казалось бы, фантастические требования: они должны обладать специфичными свойствами, которые необходимы в конкретной сфере деятельности человека, а так же уметь

изменять их в нужном человеку направлении под воздействием внешней среды, т.е. вырабатывать ответную реакцию.

Безусловно, неоспоримы достоинства тканей из натуральных волокон, это и высокая экологичность и высокая гигиеничность, они прекрасно пропускают воздух, позволяя коже дышать, но на ряду с этим это и сильная усадка, и быстрая изнашиваемость, и еще ряд недостатков, которые неприемлемы для одежды XXI века. Поэтому человечество продолжает искать новые пути создания тканей, мастерски имитирующих свойства природных полимеров, углубленно изучая их свойства.

На основе этих знаний создается новое поколение тканей из синтетических полимеров с применением последних достижений современной науки не только не хуже, но в чем-то даже превосходящие своих натуральных собратьев.

Ученых увлекает создание тканей, подобных природным. Свойства таких тканей имитируют живую природу, и в перспективе усовершенствования их уже нельзя назвать «искусственными» в том смысле, что синтетика - это неизменно хуже. Синтетические ткани оправдывают свое название только потому, что созданы человеком. Но по качеству они стремятся уподобиться натуральным волокнам, имитируя внешние эффекты растительного и животного мира. Они подобны натуральным полимерам и имитируют их свойства, но придают тканям прочность, износостойкость, водостойкость и эластичность.

Разработка новых материалов и технологии их получения является объективной необходимостью технического и социального развития общества. Новые материалы принято называть материалами XXI века. Без них нельзя представить существенные достижения ни в одном из важных направлений развития науки и техники. Роль новых материалов с каждым годом возрастает. По оценке американских экспертов, в ближайшие 20 лет 90 % современных материалов будут заменены принципиально новыми, что приведет к технической революции практически во всех отраслях производства.

На сегодняшний день текстильные материалы являются одними из важнейших высокотехнологичных материалов. Они все чаще используются в производстве инновационной продукции. Благодаря постоянно улучшающимся свойствам текстиля спектр его применения постоянно растет: автомобилестроение и авиационная промышленность, строительство и сельское хозяйство, товары для спорта и досуга, медицина и сырье для объединённых энергосистем. Также традиционные текстильные изделия для домашнего обихода и одежда становятся все более функциональными, благодаря применению искусственных и синтетических полимерных материалов. Их применение продолжает расширяться в виде волокон, пленок, пластиков и многих других видов материалов.

Исторически первыми были получены полимерные материалы природного происхождения в основном на основе целлюлозы. Однако по мере развития полимерной химии и технологии доминирующее значение приобрели синтетические полимерные материалы на базе органического минерального сырья.

В настоящее время разработано много современных полимерных материалов, позволяющих создавать сложную форму и различные эффекты. Расширение ассортимента и увеличение производства текстильных волокон осуществляются по нескольким направлениям:

- совершенствование свойств полимерных волокон для широкой области применения за счет их модификации - повышения комфортности и механических свойств;

- создание полимерных суперволокон со специальными свойствами более узкого назначения (сверхпрочные, сверхэластичные, ультратонкие и т.п.);

- создание интерактивных полимерных волокон, активно «откликающихся» на изменение внешних условий (тепло, освещение, механическое воздействие и т.д.);

- разработка новых технологий получения полимерных волокон из воспроизводимого (природного) сырья, чтобы уменьшить зависимость от снижения запасов нефти и газа;

- использование биотехнологий для синтеза новых видов волокнообразующих полимеров и улучшения качества натуральных волокон

Широко применяемым методом, направленным на изменение и улучшение свойств полимерных волокон, является их модификация. Существуют различные способы физической и химической модификации полимерных волокон, при этом, придается шероховатость, повышенная цепкость. Нити и материалы из таких волокон приобретают повышенную объемность и пористость.

В США и Японии разработаны методы получения многослойных полимерных волокон (до 100 пленочных слоев). Такие волокна способны изменять блеск и цветовые оттенки и насыщенность при смене освещения или угла зрения и даже обладают голографическим эффектом.

Комбинированные волокна можно получить путем осаждения на готовом волокне (подложке) различных полимеров из растворов или расплавов, образуя на его поверхности «рубашку» любой толщины. В частности, на поверхности целлюлозных и химических волокон осаждают легкоплавкие слои связующего полимера, используемого для получения нетканых материалов.

В последние десятилетия одним из основных направлений совершенствования и улучшения качества полимерных волокон являлось создание сверхтонких волокон, позволяющих создать определенную фактуру (поверхность) материала: эффект «кожа персика», замшевидная поверхность, бархатистая, мягкая шелковистая поверхность, приближение к волокну натурального шелка. Волокна и материалы, «доставляющие удовольствие», приятные для всех органов чувств в зарубежной специальной литературе, называются «:Ы§к-1оиск» [2].

Современные высокотехнологичные ткани из синтетических материалов не лишены достоинств натурального хлопка, но при этом не имеют его недостатков. Такие материалы, как Мерил, Сапплекс, Тактель, эластан, полиэстер наилучшим образом подходят для изготовления спортивных топов, футболок, бриджей и брюк. Эти ткани удобны в носке, просты в уходе, долгое время не теряют первоначальной формы — они не дают усадки и не растягиваются. Ткань Мерил отличается превосходной способностью испарять влагу, сшитая из нее одежда не прилипает к телу, кожа имеет возможность дышать. В такой одежде человек не будет испытывать ни малейшего дискомфорта в течение всей тренировки. Также существует специально разработанная одежда для спортсменов, которая изготавливается из легкого эластичного материала неопрена, который создает эффект сауны.

Все более актуальным и востребованным становится производство и использование металлизированных текстильных и полимерных материалов. Металлизированные полимерные пленки уже достаточно широко известны и используются в различных отраслях, то металлизированный текстильный материал только начинает внедряться. При этом он обладает рядом неоспоримых преимуществ и значительно расширяет спектр применения металлизированных материалов. Металлизированный текстильный материал, не теряет свойств присущих текстилю ( воздухо- и влагопроницаемость, драпируемость, прочностные характеристики),а также приобретает свойства присущие металлам.

Эти материалы обладают электрической проводимостью, отражают тепловое (ИК) излучение и электромагнитное (ВЧ, СВЧ) излучение, при этом их можно стирать, сшивать, клеить.

Покрытия наносятся вакуумным ионно-плазменным магнетронным напылением различных металлов и сплавов (титан, алюминий, цинк, медь, нержавеющая сталь и др.), а также их оксидов, нитридов.

Искусственные волокна, обладающие уникальными свойствами, должны благодарить за это ученых, разработавших нанотехнологии. Ускоряющийся темп развития в области производства текстиля нанотехнологий в конце XX века стартовал с началом исследований в этой области в 1959 году, когда американский ученый Ричард Фейман ввел понятие

«нанотехнология». Производство таких тканей стало называться высоким, наукоемким, а сами ткани - «умным текстилем». Сейчас развитие этой индустрии производит, в основном, одежду для спортсменов, экспедиций и альпинистов, космической отрасли и военно-промышленного комплекса, для людей, работающих в экстремальных условиях природных катаклизмов -наиболее затратных и дорогостоящих областей [3].

Развитие работ в области «:умных волокон» идет в двух направлениях: колористическом и интеллектуальном. Колористическое направление связано с разработкой принципиально новых видов армейского камуфляжа и развитием моды, предлагающей одежду с необычными цветовыми эффектами. Суть их состоит в использовании фото-, термо- и гидрохромных красителей. Окрашенные ими ткани могут изменять цвет под действием воды, тепла и света подобно хамелеонам. Изменения могут иметь локальный характер неопределенной формы и четко выраженный рисунок на тех или иных деталях или участках одежды.

Работы по использованию термо-, фотохромных красителей и материалов для военных целей и космоса начали интенсивно развиваться в 70-е годы прошлого века. Ткани-« хамелеоны», способные изменять свой цвет в зависимости от внешних факторов - идеальный материал для армейского камуфляжа. Подобно коже живых рептилий защитная одежда военного сможет мимикрировать, адаптируясь к изменениям окружающей среды. Процесс это долгий, трудоемкий и недешевый. Свой цвет при воздействии на нее света ткань меняет благодаря специальной тончайшей пленке, наносимой на ткань, она становится не восприимчивой к воде. Изнутри «умный текстиль» способен пропускать наружу избыточное тепло и капли пота. Ткань одновременно и легкая и прочная.

Интеллектуальное направление в развитии умного текстиля - это создание и промышленное освоение технологий, обеспечивающих получение текстильных материалов с широким набором новых свойств, расширяющих области их применения. В первую очередь работы в этом направлении были связаны с армейскими заказами.

«Умные» ткани должны уметь «следить» за сердечным ритмом солдата, вводить, если необходимо, соответствующие лекарства или купировать раны, сигнализировать о самочувствии больного. Одежда из «умных» тканей должна самоочищаться, поддерживать требуемую температуру в пододежном пространстве, нейтрализовать химические отравляющие вещества, обладать свойствами бронежилета. Экипировка военного должна при этом оставаться легкой, не стесняющей движений, а система связи, включая дисплей компьютера и клавиатуру, быть не только легкой, но и мягкой, способной изменять свою конфигурацию.

Реализовать подобное «чудо» и сделать его явью стало возможным в связи с интеграцией наукоемких технологий (hi-tech) в текстильное производство. Ведущую роль в этом сыграли нанотехнологии.

Не так давно были разработаны ткани «ароматные», состоящие из микрокапсул, встроенных в нановолокно. Химикам известны соединения, которые благодаря своему строению обладают удивительным и важным свойством - способностью к образованию с различными веществами комплексов типа «хозяин-гость», называемых инклюзионными комплексами, соединениями-включениями, клатратами.

Большое внимание созданию душистых тканей уделяет компания Woolmark, которая в содружестве с одним из подразделений английской фирмы ICI разработала технологию Sensory Percention Technology TN, открывающую широкие возможности для производства разнообразных ароматных тканей и экологичных видов текстильной продукции. Ароматические вещества подвергаются нанокапсулированию и вводятся в волокнистый материал. Капсулы устойчивы к воздействию влаги, стирке и химчистке, заключенные в них ароматные вещества не испаряются и не разлагаются при действии окислителей. Капсулы активизируются в момент движения или соприкосновения, выделяя скрытые в них ароматы в

окружающую среду. Это происходит при одевании или снятии одежды, чистке ковровых покрытий или мебельных тканей [4].

На основе нанотехнологий создаются ткани с особой прочностью для космических костюмов, скафандров, касок и бронежилетов вооруженным силам, костюмы пожарникам и сталеварам.

О высокой прочности бронежилетов и касок говорит за себя тот факт, что ткань отталкивает пулю, и тут же вновь разглаживается, не оставляя даже намека на след от удара. Костюмы для пожарных служб обладают свойством отдавать тепло таким образом, что работник уже не получит ожога от полыхающего огня. Скафандры для космонавтов достаточно удобны и функциональны, и все равно специалисты трудятся над тем, чтобы улучшить их в дальнейшем.

Нанотехнологии способны производить «паучий шелк» - синтетическую ткань настолько мягкую и тонкую, что ее возможно использовать вместо бинта или ваты, подкладки для одежды, необходимой в экстренных случаях. Ткань обладает свойством оказывать первую помощь, останавливать кровотечение и предотвращать большую потерю крови.

Натуральные ткани, обладающие необычными свойствами, создаются на стыке синтеза микроуровней и природных волокон - они стали еще более комфортны, дополненные «умным» текстилем или модернизированные, как, например, шерсть Woolmark, которая не дает усадку благодаря использованной при ее создании инновационной безусадочной технологии.

Хорошо известно модифицирование свойств полимерных пленок и тканей с помощью так называемой «холодной плазмы», к которой относят плазму тлеющего разряда низкого давления и плазму атмосферного давления, инициируемую слаботочными коронным и поверхностно-барьерным разрядами. Эти процессы уже давно вышли за рамки лабораторных исследований. Многие годы выпускается оборудование для модифицирования поверхностей пленочных материалов плазмой как низкого, так и атмосферного давления. Внедрение методов обработки тканей «холодной» плазмой - это реальный путь для решения многих экологических и экономических задач в текстильной промышленности.

Плазма пониженного давления сегодня нашла свою нишу в технологии отделки текстильных материалов. Основные проблемы ее промышленного использования связаны с высокой стоимостью оборудования и сложностью согласования вакуумных процессов с традиционными жидкофазными. Частично эта проблема может быть решена путем перехода к разрядам атмосферного давления. Однако традиционные барьерный и коронный разряды малоэффективны, а в случае тлеющего разряда атмосферного давления обработка тканей возможна только в потоке за зоной плазмы. Более перспективно активирование традиционных жидкофазных процессов с использованием этого типа разряда и применение плазменно-растворных систем [5].

Совершенные образцы создает природа, а человеческий ум пытается их имитировать и усовершенствовать. Расширение границ и открытие новых путей дают человеку возможность углубить свою мысль. Исследование околоземного пространства и космических далей уравновешивается углублением исследований в области строения вещества и закономерностей природы. Одновременно с исследованиями на околоземной орбите на земле идет глубокое изучение свойств природных материалов. Эти уникальные свойства новых искусственных волокон обязаны разработкам в области нанотехнологий.

Освоение нанотехнологий текстильной отраслью требует создания нового оборудования и новых выпускных форм отделочных материалов, решения проблем стабилизации наноэмульсий и контроля качества текстильных материалов с новыми видами отделок и эффектов. Это требует больших материальных затрат, но это приоритетное направление в текстиле поэтому инвестиции, вложенные в эту сферу деятельности оправданы. Из всего этого можно сделать вывод, что исследования в области текстильных

полимерных материалов и их модифицированных волокон - это сфера деятельности для

молодых ученых наиболее актуальная на сегодняшний день.

Литература

1. Метелева, О.В. Роль химии в процессах изготовления швейных изделий/О.В. Метелева//Российский химический журнал. Том ХЬУІ. - 2002. - №1. - с.121 - 133.

2. Бузов, Б.А. Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности (швейное производство) / Б. А. Бузов, Н.Д. Алыменкова. - М.: Академия, 2004. - 448 с.: ил.

3. Ткани на все случаи жизни [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.cЫopok.ru.html, свободный.

4. Аналитический портал химической промышленности [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.newchemistry.ru.html, свободный.

5. Российский химический журнал. Том ХЬУІ/А.М. Кутепов [и др.]// Плазменное модифицирование текстильных материалов: перспективы и проблемы. - 2002. - №1. - с.103 - 115.

© Т. В. Яковлева - ст. препод. каф. дизайна КГТУ, hammatova_vv@kstu.ru; Н. М. Артамонова - ст. препод. той же кафедры.