нанотехнологии для технических нетканых материалов

нанотехнологии для технических нетканых материалов
Технология, которая занимается научным исследованием и инжинирингом для материалов с размерностью от 1 до 100 нм, называется нанотехнологией. Текстильная промышленность, а также отрасль по созданию нетканых материалов в числе основных отраслей, которые смогли воспользоваться достижениями в области нанотехнологии. Достижения по применению нанотехнологии для того, чтобы улучшить свойства текстильных материалов, очевидно, значительно увеличивают потенциал роста отрасли. За последние годы было продемонстрировано, что нанотехнологию можно использовать для совершенствования технических свойств текстильных материалов, таких как износостойкость, способность пропускать воздух, водоотталкивание, огнестойкость, противомикробные свойства и так далее, причем как для волокон, так и для готового полотна. Помимо тех миллионов долларов, которые составляют частные инвестиции, государственное финансирование на исследования и разработки в области нанотехнологии составило, по имеющимся данным, в 2003 г. почти три миллиарда долларов. Ожидается, что в течение последующего десятилетия производство текстильных материалов за счет достижений нанотехнологии может превратиться в многомиллиардный бизнес с соответствующими экономическими и экологическими выгодами для текстильной отрасли и отрасли по производству нетканых материалов.
Свойства и эксплуатационные характеристики волокон и полотен очень существенны для производства и использования тканей, обыкновенные волокна или волокна с высоким номером имеют диаметр от 1 до 100 микрометров. Их производят с помощью хорошо зарекомендовавших себя технологий сухой – влажной – сухой обработки, прядения расплава с распылением, а также мелтблауна, через многоканальный мундштук для нитей с диаметром от 1 до 100 микронов. Нановолокна с диаметрами в наноразмерном диапазоне, преимущественно, производятся с помощью технологии электропрядения, хотя существуют также и другие методы. При электропрядении заряженный полимерный расплав или раствор экструдируют через многоканальные мундштуки с диаметром меньше микрометра для того, чтобы волокна, собранные на заземленной плите можно было подвергнуть воздействию большой разности потенциалов между мундштуками и плитой. Это хорошо освоенная технология для производства волокон чрезвычайно малого диаметра с улучшенными свойствами. Дальнейшего повышения прочности и проводимости волокна достигают за счет последующей тепловой обработки. Получаемые нановолокна используются для различных применений, таких как изготовление пуленепробиваемых жилетов и тканей, устойчивых к воздействию электромагнитных волн. Углеродные нанотрубки (CNT) позволяют получать волокна со сверхвысокой прочностью и прекрасными эксплуатационными характеристиками.
Было установлено, что сверх точно выровненные системы расположения углеродных нанотрубок позволяют получать нановолокно с модулем Юнга в диапазоне Тпа, прочностью на разрыв, равной 200 Гпа, упругим напряжением до 5% и разрушающим напряжением 20%. Тем не менее, следует отметить, что механические свойства текстильных или нетканых материалов, которые армированы углеродными нанотрубками, не всегда соответствуют высоким параметрам свойств, характерным для нановолокон, которые входят в их состав.
Это происходит из-за того, что поперечные поверхностные воздействия армированных текстильных материалов не всегда распределяются пропорционально их механическим свойствам, которые традиционно бывают ориентированы в линейном направлении. Все более возрастающее число применений нанотехнологий при создании нетканых и родственных композитов специализированного назначения получает возможность использовать преимущества поперечных поверхностных параметров армированных материалов.
Было установлено, что такие уникальные композитные волокна получаются из синтетических нановолокон (и полотна), которые изготавливают с применением усовершенствованной технологии электропрядения, такой как метод прядения с нанотрубками на основе коагуляции. Такие композитные волокна позволяют получать превосходные электронные текстильные материалы или нетканые материалы для отличных разделителей. В ходе реализации процесса электропрядения можно производить нановолокна, включающие многостенные нанотрубки (MWCNT), которые состоят из нескольких (обычно от 7 до 20) концентрических цилиндров одностенных углеродных нанотрубок. Это осуществляется за счет одновременного уменьшения диаметра волокна и усиления скручивания (до 1000 раз) при электропрядении.
Такие сверхскрученные волокна и создают дополнительные прочность, жесткость, а также амортизирующую способность, и их, таким образом, можно использовать для изготовления электронных текстильных материалов или нетканых материалов для создания многофункциональных применений, обладающих такими возможностями, как побуждение к действию, способность сохранять энергию, поглощать радио и микроволновое излучение, обеспечивать защиту от электростатических разрядов, способность использоваться как ткани для обогрева или как провода для электронных устройств. Теперь уже совершенно ясно, что современные разработки в области нетканых материалов с нановолокнами будут использоваться для производства текстильных материалов следующего поколения, которые смогут обеспечивать поглощение радио или микроволновых волн, защиту от электростатического разряда, нагревание или провода для электронных устройств.
Нанотехнология в последнее время развивается высокими темпами. У нее множество применений практически во всех основных промышленных отраслях, включая и текстильную промышленность, и производство нетканых материалов. Существует большой потенциал для выгодного применения нанотехнологии в текстильной отрасли и при производстве нетканых материалов. Использование нанотехнологии позволяет экономично усилить те или иные свойства, эксплуатационные характеристики, увеличивая, тем самым, стоимость текстильной обработки и продуктов. За счет внедрения нанотехнологии можно эффективно производить нетканые материалы и технические ткани, которые обладают сверхпрочностью, усиленной износостойкостью и способностью выполнять определенные функции. Их можно использовать для производства целого ряда конечных применений, включая медицинские, промышленные, военные, бытовые, а также применения в области одежды и обстановки.
Теперь уже ясно, что за счет сочетания оптических волокон, микро зеркал, функциональных покрытий и электроники, можно создавать изготовленные по индивидуальным параметрам ткани и предметы одежды, которые будут менять свой цвет в соответствии со вкусом и желанием заказчика. Ведь у текстильной промышленности, несомненно, самая большая клиентская база в мире. Поэтому основным объектом внимания для будущих нанотехнологических применений будут усовершенствованные продукты, ориентированные на запросы потребителей, а текстильная промышленность и отрасль по производству нетканых материалов, судя по всему, в наибольшей степени смогут воспользоваться такими преимуществами.
Тем не менее, само собой разумеется, что имеются и некоторые ограничения, и неизвестные риски для здоровья, связанные с быстрым развитием и ростом нанотехнологий, а также изготавливаемых с их использованием конечных применений. Так, например, очень трудно и сложно обрабатывать углеволокно размером менее 200 нм с помощью традиционных текстильных технологий и процедур. Что же касается персонала, занятого в производстве, переработке и даже использовании нановолокон и их продуктов, мы до сих пор не знаем, имеются ли какие-либо кратковременные или долговременные риски для здоровья, особенно риски легочных заболеваний из-за того, что частицы имеют наноразмерный масштаб.