Napredak u promociji civilizacije tri vlaknasta tekstila visokih performansi

Napredak u promociji civilizacije tri vlaknasta tekstila visokih performansi

Vlakna visokih performansi imaju jaku otpornost na fizičke efekte poput svjetlosti, struje, topline i sile iz vanjskog svijeta, kao i na hemijske efekte kao što su oksidansi, kiseline i alkalije, tako da vlakna imaju veliku čvrstoću, visok modul, otpornost na visoke temperature i svojstva usporenja plamena. Vlakna visokih performansi mogu se podijeliti na organska vlakna i neorganska vlakna. Organska vlakna uključuju: aramidna vlakna, polietilenska vlakna ultra visoke molekularne mase, polifenilen sulfidna vlakna, itd.; anorganska vlakna uglavnom uključuju: karbonska vlakna, keramička vlakna, itd., od kojih su tri glavna karbonska vlakna, aramidna vlakna i polietilenska vlakna ultra visoke molekularne težine. tehnološke inovacije i konkurencija; potražnja na globalnom tržištu se ubrzava, a proizvođači nastavljaju da istražuju polja primjene. Razvijte tržišne nove proizvode kako biste stekli konkurentsku prednost.

Trenutno su vlakna visokih performansi u fazi snažnog razvoja, a različiti proizvodi (kompozitni materijali, užad, itd.) se takođe koriste u oblastima vojne industrije, vazduhoplovstva, navigacije, građevinarstva, tekstila i odeće. Ova studija uvodi i analizira različite tehnike optimizacije za tri glavna vlakna i tekstil visokih performansi u smislu smanjenja troškova, funkcionalnog poboljšanja i poboljšanja dodane vrijednosti kako bi se unaprijedio razvoj tekstila visokih performansi u visokokvalitetne proizvode koji se mogu dijeliti. društva i civila.

1. Ugljična vlakna

Ugljična vlakna su vlaknasti materijal na bazi ugljika koji se sastoji od slojevitih grafitnih kristalita naslaganih u aksijalnom smjeru. Ima odlična mehanička svojstva i lagana svojstva. Nakon desetljeća razvoja, komercijalna primjena karbonskih vlakana proširila se na mnoga područja visoke tehnologije.

1.1 Tehnologija proizvodnje

Trenutno se otprilike 90 posto komercijalnih karbonskih vlakana proizvodi od poliakrilonitrila (PAN). Tradicionalna industrijska karbonska vlakna na bazi PAN-a su skupa i ograničena u proizvodnji, što otežava popularizaciju u velikim razmjerima. Kako bi se smanjili troškovi, jeftin PAN za tekstil i obnovljivi lignin se koriste kao prethodni materijali za proizvodnju karbonskih vlakana.

Jiang et al. Korištenje metode mokrog predenja za pripremu prekursorskih vlakana od lignina pšenične slame i tekstilnih akrilnih vlakana kao sirovina može smanjiti troškove proizvodnje karbonskih vlakana; zbog visoke temperature termičke reakcije lignina, također može poboljšati toplinsku stabilnost vlakana miješanih lignin/PAN. Huang i njegov tim koristili su gvanidin hidrohlorid bez metala da modificiraju tekstilna akrilna vlakna, omogućavajući proces preoksidacije da se odvija na nižim temperaturama, smanjujući troškove proizvodnje. Istovremeno, polimerna struktura nastala reakcijom ciklizacije nitrilne grupe na niskoj temperaturi je stabilnija, tako da karbonska vlakna imaju bolja mehanička svojstva. UV zračenje PAN vlakana koja sadrže fotoinicijatore prije pre-oksidacije može povećati brzinu reakcije ciklizacije i skratiti vrijeme oksidacije. Studija Jo et al. Utvrđeno je da zračenje tekstilnih PAN vlakana bez fotoinicijatora UV svjetlom također može efikasno promovirati proces preoksidacije, koji traje samo 30 minuta. Elektropredenje pomoću jednostavnog procesa najbolji je način za pripremu ugljičnih nanovlakna (CNF), čiji proces uvelike ovisi o prekursorima kao što su PAN, smola i lignin. Chen et al. Bagasse je homogeno esterifikovan upotrebom kiselog anhidrida, a zatim pomešan sa PAN-om za elektrospinovanje da bi se pripremili CNF. Esterificirana bagasa pomaže u zadržavanju atoma dušika CNF-a, čime se poboljšava toplinska stabilnost, električna provodljivost i površinska aktivnost vlakana.

Može se vidjeti da, bilo da je u pitanju tradicionalno mokro predenje ili novo elektropredenje, ključ za smanjenje troškova proizvodnje karbonskih vlakana leži u sirovinama i procesima. Istraživanje se fokusira na odabir, modifikaciju i optimizaciju procesa prekursorskih materijala na bazi ugljika. Sabiranje i oduzimanje. Naravno, da bi se postigla jeftina masovna proizvodnja, potrebno je i povećati produktivnost.

1.2 Tehnologija senčenja

Visoka kristalnost i hemijska inertnost karbonskih vlakana otežavaju bojenje tradicionalnim bojama ili pigmentima. Fotonski kristali su dielektrični materijali koji se periodično uređuju u prostoru koristeći materijale s različitim indeksima loma. Ima fotonski pojas i može selektivno reflektirati fotone određene valne dužine, a reflektirana svjetlost se difraktira na površini kristala, što rezultira bojom. Obojena karbonska vlakna mogu se pripremiti sklapanjem dispergiranih nabijenih koloidnih nanočestica na površini karbonskih vlakana elektroforetskim taloženjem, ali je mehanička izdržljivost nedovoljna u praktičnim primjenama. Niu et al. Slojevi ZnO i Al2O3 sa velikim kontrastom indeksa prelamanja korišteni su kao periodične komponente i taloženi na površinu plazma aktivnih ugljičnih vlakana tehnikom nanošenja atomskog sloja. Pripremljena višebojna karbonska vlakna imaju odličnu mehaničku stabilnost i mogućnost pranja. spol. U uslovima raspršenog svetla, tkanine od vlakana u običnom tkanju mogu pokazati reflektujuća svojstva i boju nezavisna od ugla.

1.3 Funkcionalna tehnologija

1.3.1 Fleksibilne vlaknaste elektrode

S brzim razvojem nosive tehnologije, istraživački rad na elektroničkom pametnom tekstilu značajno se poboljšao posljednjih godina. Istraživanje i razvoj odgovarajućih elektronskih komponenti postepeno je zauzeo mjesto. Na primjer, tkanine na bazi karbonskih vlakana su trenutno popularni fleksibilni materijali za elektrode; međutim, fleksibilnost i superiorne performanse takvih elektroda bile su važno pitanje u razvoju pametnog tekstila. Li et al. Pamučna tkanina obložena KOH je karbonizirana dinamičkim procesom kalcinacije šablona, ​​koji je potaknuo formiranje slojevite uređene porozne strukture na stijenci vlakana. Proizvedene tkanine od karbonskih vlakana imaju odličnu mehaničku čvrstoću i mogu se koristiti kao superkondenzatorske elektrode. Postoje i drugi pristupi za razvoj superkapacitivnih elektroda od karbonskih vlakana, kao što su selektivno hemijsko jetkanje i elektrohemijsko piling nanočestica nikla da bi se stvorile pore na više nivoa i reaktivne grupe u tkaninama, i heteroatomska modifikacija tkanina od ugljeničnih vlakana. Osim toga, CNF imaju dobru električnu provodljivost i veliku specifičnu površinu, što ima veliki potencijal u primjeni elektronskih uređaja. Levitt et al. Dvodimenzionalni karbid prelaznog metala Ti3C2Tx je pomešan u rastvor PAN, nakon čega je usledilo elektrospinovanje da bi se pripremile prostirke od ugljeničnih nanovlakna. Kapacitet tako proizvedenih kompozitnih elektroda je veći od kapaciteta čistih karbonskih vlakana. Dodatak Ti3C2Tx poboljšava elektrohemijske performanse kompozitne elektrode. Provodljivost i izdržljivost su također jači.

1.3.2 Fleksibilni senzori

Sa unapređenjem javne zdravstvene svijesti i poboljšanjem zahtjeva za opremom u posebnim oblastima, pametni tekstil se postepeno integriše u sistem praćenja medicinske nege i praćenja. Jedna od ključnih komponenti je senzor. Azizhani i dr. Silikonska guma koja se stvrdnjava na sobnoj temperaturi je odabrana kao matrica, a usitnjena ugljična vlakna se koriste kao provodni materijal za pripremu senzora otpornog naprezanja, koji ima visoku osjetljivost u rasponu amplitude deformacije do 25 posto; njegovo vrijeme oporavka je manje od 15 s. Kada se ovaj tip senzora koristi za ljudski nadzor, može osigurati stabilnost signala i snažne performanse sensinga. Isto tako, visoka osjetljivost i rastezljivost piezorezistivnog sjeckanog karbonskog vlakna/polidimetilsiloksana kompozitnog senzora [18] čine ga pogodnim za detekciju naprezanja u različitim primjenama, kao što su kretanje ljudi, naboranost tkanine, itd. Međutim, ovaj tip senzora treba dodatno poboljšati. Njegova piezorezistivna svojstva su osjetljiva na strukturu opterećenja. Primijenjeno pretjerano naprezanje će uzrokovati probleme kao što su smanjena osjetljivost i odloženo piezorezistivno prebacivanje.

2. Aramidna vlakna

Puni naziv aramidnog vlakna je aromatično poliamidno vlakno, koje ima prednosti visoke čvrstoće, visokog modula, male gustine, otpornosti na habanje, otpornosti na udarce i odlične izolacije. Zbog različitih položaja veze 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 inostranstvu postupno postižu industrijsku proizvodnju visoke dodane vrijednosti, a proizvodnja se povećava iz godine u godinu. Aramid 1414 (poli-p-fenilen tereftamid, PPTA) vlakno, jedan od glavnih proizvoda, ključna je tačka u kontroli kvaliteta gotovog proizvoda tokom procesa predenja. Chen Zhourong je proveo istraživanje proizvodnog procesa o tome: dodavanje vode i antistatičkog sredstva za prethodnu obradu PPTA vlakana kako bi se smanjio statički elektricitet; prilikom karanja, koristite uređaje za cilindar i doffer s malom dubinom zubaca i velikom brzinom kretanja kako biste riješili problem da je predenje sklono prahu i čvorovima. Istovremeno, podesite visinu uređaja kako biste ubrzali prijenos vlakana. Razvoj i proizvodnja aramidnih vlakana viših mehaničkih svojstava je vrijedna istraživačka tema za proširenje polja primjene aramidnih vlakana. Teng et al. Pomiješajte komercijalni PPTA sa h-PPTA (PPTA visoke molekularne težine) u koncentrovanoj sumpornoj kiselini. Tokom procesa suvo-mokro predenje, h-PPTA može poboljšati interakciju između makromolekula i inducirati orijentaciju kratkih PPTA lanaca duž ose vlakana. Vlačna čvrstoća i početni modul proizvedenih aramidnih vlakana su poboljšani. Pored toga, Ren Zhongkai et al. Istraživanje i priprema aramida visoke čvrstoće 1313. Čvrstoća na lomljenje konvencionalnog aramida 1313 je niža od one kod aramida 1414. Povećanjem viskoziteta otopine za predenje i smanjenjem sadržaja čvrste tvari, molekularna težina polimera se može povećati i dodavanje modifikatora može povećati orijentaciju i strukturnu uniformnost vlakana. Metoda postepenog zagrijavanja i postepenog pranja osigurava kompaktnost strukture vlakana. Ova razna tehnička poboljšanja čine vlakna jačima i izdržljivijima.

2.2 Tehnologija senčenja

Aramid ima kompaktnu strukturu i visoku temperaturu staklastog prijelaza, što otežava bojenje konvencionalnim procesima. Stoga, kada se poveća mobilnost makromolekularnog lanca vlakna i poveća amorfna površina, boja može lako ući u vlakno i kombinirati se s njim. Azam et al. Predlaže se da je dubina bojenja aramidnih vlakana relativno niska posljednjih godina, pa koriste benzil alkohol kao sredstvo za bubrenje za optimizaciju procesa bojenja kationskih boja za meta-aramidna vlakna. Aramidna tkanina ima veliku dubinu bojenja i mali gubitak čvrstoće. Pored toga, Kale et al. Površina obojenog aramidnog vlakna je presvučena nanočesticama titanijum dioksida kako bi se riješio problem slabe svjetlosne otpornosti obojenih aramidnih vlakana. Za štampanje aramidnog tekstila, štampanje nosača sa disperznim bojama je dobar pokušaj,

2.3 Funkcionalna tehnologija

2.3.1 Optimizacija strukture tkanine

Istraživanja zaštitnih tkanina visokih performansi napravljenih od aramida također su razvijena kako se povećava potražnja u području lične i industrijske zaštitne opreme. Na osnovu trenja između niti u aramidnim tkaninama koje imaju veći utjecaj na otpornost na udar, Moure et al. Uspoređena su mehanička svojstva i koeficijenti trenja pređe paraaramidnih tkanina različite strukture na različitim slojevima od pređe do strukture. Studija je pokazala da iako su mehanička svojstva pređe u osnovi ista, mehanička svojstva tkanina su različita; kada su aramidna vlakna isprepletena na armaturnoj tkanini pod okomitim uglom, mogu apsorbirati mnogo energije, koja je veća od one 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 učinkovitost zaštitne odjeće, Nayak et al. naneti premaze od bor karbida na aramidne tkanine. Iako je ukupna otpornost tkanine na probijanje poboljšana, ona također uzrokuje koncentraciju naprezanja, što utječe na performanse lokalne zaštite tkanine; u isto vrijeme, protok pare znoja premaza je ograničen, što rezultira smanjenom udobnošću. S obzirom na problem lošeg znojenja vlage i performansi znojenja aramidnih tkanina, kiseli kalijev permanganat ili modifikacija plazme u kombinaciji sa znojenjem vlage i metodama završne obrade znojem mogu se koristiti za stvaranje polarnih grupa na vlaknima tkanine kako bi se poboljšala kvašenje vlakana, a završni sloj prodire i bolje se vezuje za vlakna. Općenito govoreći, multifunkcionalni proizvodi su popularniji na tržištu. Shen et al. Mješoviti rastvor poliuretana na bazi vode, poliviniliden fluorid-heksafluoropropilen kopolimera i fluoroalkil silana premazana je na aramidnu tkaninu metodom potapanja, a dobivena tkanina je imala i trajnu superhidrofobnost i funkciju kemijske zaštite. . Liu et al. Aramidne tkanine su impregnirane tekućinom za zgušnjavanje smicanja (STF) i obložene ugljičnim nanocijevkama (CNT) kompozitnim postupkom, što je rezultiralo kompozitnim tkaninama s izvrsnom funkcijom zaštite i senzora. Među njima, CNT povećava električnu provodljivost i karakteristike odziva tkanine, što se može efikasno detektovati; Dodatak STF-a omogućava kompozitnoj tkanini da izdrži veće udarne sile i pruži jaču zaštitu. Poliviniliden fluorid-heksafluoropropilen kopolimer i fluoroalkil silan premazani su potapanjem na aramidnu tkaninu, a rezultirajuća tkanina imala je i trajnu superhidrofobnost i hemijsku zaštitu. . Liu et al. Aramidne tkanine su impregnirane tekućinom za zgušnjavanje smicanja (STF) i obložene ugljičnim nanocijevkama (CNT) kompozitnim postupkom, što je rezultiralo kompozitnim tkaninama s izvrsnom funkcijom zaštite i senzora. Među njima, CNT povećava električnu provodljivost i karakteristike odziva tkanine, što se može efikasno detektovati; Dodatak STF-a omogućava kompozitnoj tkanini da izdrži veće udarne sile i pruži jaču zaštitu. Poliviniliden fluorid-heksafluoropropilen kopolimer i fluoroalkil silan premazani su potapanjem na aramidnu tkaninu, a rezultirajuća tkanina imala je i trajnu superhidrofobnost i hemijsku zaštitu. . Liu et al. Aramidne tkanine su impregnirane tekućinom za zgušnjavanje smicanja (STF) i obložene ugljičnim nanocijevkama (CNT) kompozitnim postupkom, što je rezultiralo kompozitnim tkaninama s izvrsnom funkcijom zaštite i senzora. Među njima, CNT povećava električnu provodljivost i karakteristike odziva tkanine, što se može efikasno detektovati; Dodatak STF-a omogućava kompozitnoj tkanini da izdrži veće udarne sile i pruži jaču zaštitu. Aramidne tkanine su impregnirane tekućinom za zgušnjavanje smicanja (STF) i obložene ugljičnim nanocijevkama (CNT) kompozitnim postupkom, što je rezultiralo kompozitnim tkaninama s izvrsnom funkcijom zaštite i senzora. Među njima, CNT povećava električnu provodljivost i karakteristike odziva tkanine, što se može efikasno detektovati; Dodatak STF-a omogućava kompozitnoj tkanini da izdrži veće udarne sile i pruži jaču zaštitu. Aramidne tkanine su impregnirane tekućinom za zgušnjavanje smicanja (STF) i obložene ugljičnim nanocijevkama (CNT) kompozitnim postupkom, što je rezultiralo kompozitnim tkaninama s izvrsnom funkcijom zaštite i senzora. Među njima, CNT povećava električnu provodljivost i karakteristike odziva tkanine, što se može efikasno detektovati; Dodatak STF-a omogućava kompozitnoj tkanini da izdrži veće udarne sile i pruži jaču zaštitu.

3. UHMWPE vlakno

Polietilenska vlakna ultra visoke molekularne težine (UHMWPE) imaju mnoga odlična svojstva kao što su visoka vlačna čvrstoća, visoki modul i niska gustina mase i inertna su u hemijskim rastvaračima.

3.1 Tehnologija proizvodnje

Trenutno je proizvodnja UHMWPE vlakana industrijalizirana, ali se ova metoda proizvodnje velikih razmjera može postići samo predenje gelom. Međutim, ova metoda koristi veliku količinu organskog otapala i uzrokuje problem zagađenja okoliša uz visoku cijenu proizvodnje. Proces predenja taline (melt spin), koji je jednostavan u procesu, ne zahtijeva organski rastvarač i ima nisku cijenu, bolji je izbor. Kakiage et al. Kombinovane metode pripreme taline i izvlačenja taline za poboljšanje vlačne čvrstoće UHMWPE vlakana. Izvlačenje taline ubrzava povećanje linearne orijentacije kristala u vlaknu. Na 145 stepeni, vlačna čvrstoća vlakna može dostići 1,1 GPa pod uslovima omjera vuče od 20 i brzine deformacije od 40/min. U poređenju sa predenjem gela, mehanička svojstva UHMWPE vlakana dobijenih centrifugiranjem su mnogo slabija. Međutim, za zadovoljavanje potreba tržišta vlakana srednje čvrstoće i masovnog tržišta tekstila, dovoljna su UHMWPE vlakna srednje čvrstoće napravljena od taline koja zagađuje svjetlost.

3.1 Tehnologija sjenčanja

Iz perspektive nizvodnog tržišta UHMWPE vlakana, UHMWPE vlakna bogatih boja mogu povećati dodanu vrijednost proizvoda, proširiti primjenu na tržištu i na taj način povećati konkurentnost proizvoda. Međutim, zbog visoke kristalnosti i nedostatka funkcionalnih grupa UHMWPE vlakana, tradicionalne metode se teško boje. Ma et al. Pokušaji bojenja UHMWPE tkanina na 120 stepeni i 20 MPa superkritičnog ugljen-dioksida (scCO2). Sa povećanjem vremena bojenja i koncentracije boje, sposobnost bojenja UHMWPE tkanine se kontinuirano poboljšava, a poboljšava se i postojanost boje tkanine. Vrijeme bojenja je produženo i povećano. A dodavanje dekalina kao ko-rastvarača u scCO2 rezultiralo je većim prinosom boje. Ali nakon dodavanja dekalina,