Kolmen tehokkaan kuitutekstiilin sivilisaation edistäminen

Kolmen tehokkaan kuitutekstiilin sivilisaation edistäminen

Suorituskykyiset kuidut kestävät vahvasti fyysisiä vaikutuksia, kuten valoa, sähköä, lämpöä ja ulkomaailman voimaa, sekä kemiallisia vaikutuksia, kuten hapettimia, happoja ja emäksiä, joten kuiduilla on korkea lujuus, korkea moduuli, korkeita lämpötiloja ja paloa hidastavia ominaisuuksia. Suorituskykyiset kuidut voidaan jakaa orgaanisiin ja epäorgaanisiin kuituihin. Orgaanisia kuituja ovat: aramidikuidut, ultrakorkean molekyylipainon omaavat polyeteenikuidut, polyfenyleenisulfidikuidut jne.; epäorgaaniset kuidut sisältävät pääasiassa: hiilikuidut, keraamiset kuidut jne., joista hiilikuidut, aramidikuidut ja ultrakorkean molekyylipainon polyeteenikuidut ovat kolme suurta Kuitu on edelleen nopean kehityksen jaksossa, ja se on vähitellen siirtynyt intensiiviseen aikaan teknologiset innovaatiot ja kilpailu; maailmanmarkkinoiden kysyntä kiihtyy, ja valmistajat jatkavat sovellusalueiden tutkimista. Kehitä markkinoitavia uusia tuotteita kilpailuedun saamiseksi.

Tällä hetkellä korkean suorituskyvyn kuidut ovat vahvassa kehitysvaiheessa, ja erilaisia ​​tuotteita (komposiittimateriaalit, köydet jne.) käytetään myös sotilasteollisuuden, ilmailun, merenkulun, maa- ja vesirakentamisen, tekstiili- ja vaatetusteollisuuden aloilla. Tässä tutkimuksessa esitellään ja analysoidaan erilaisia ​​optimointitekniikoita kolmelle tärkeimmälle korkean suorituskyvyn kuidulle ja tekstiileille kustannusten alentamisen, toiminnallisuuden parantamisen ja lisäarvon parantamisen kannalta, jotta korkean suorituskyvyn tekstiilien kehitystä voidaan edistää jaettavissa oleviksi korkealaatuisiksi tuotteiksi. yhteiskunta ja siviilit.

1. Hiilikuitu

Hiilikuitu on kuitumainen hiilipohjainen materiaali, joka koostuu kerroksellisista grafiittikristalliteista, jotka on pinottu aksiaalisuunnassa. Sillä on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet ja keveysominaisuudet. Vuosikymmenten kehityksen jälkeen hiilikuidun kaupallinen sovellus on levinnyt monille korkean teknologian aloille.

1.1 Tuotantotekniikka

Tällä hetkellä noin 90 prosenttia kaupallisesta hiilikuidusta valmistetaan polyakryylinitriilistä (PAN). Perinteiset teolliset PAN-pohjaiset hiilikuidut ovat kalliita ja tuotantorajoitteisia, mikä vaikeuttaa niiden popularisoimista laajassa mittakaavassa. Kustannusten alentamiseksi hiilikuidun valmistuksen lähtöaineina käytetään edullista tekstiililaatuista PAN:ia ja uusiutuvaa ligniiniä.

Jiang et ai. Märkäkehruumenetelmän käyttö vehnänoljen ligniinistä ja tekstiilien akryylikuiduista raaka-aineina olevien prekursorikuitujen valmistamiseksi voi alentaa hiilikuitujen tuotantokustannuksia; ligniinin korkean terminen reaktiolämpötilan vuoksi se voi myös parantaa ligniini/PAN-sekoitettujen kuitujen lämpöstabiilisuutta. Huang ja hänen tiiminsä käyttivät metallitonta guanidiinihydrokloridia tekstiilien akryylikuitujen muokkaamiseen, mikä mahdollisti esihapetusprosessin tapahtuvan alhaisemmissa lämpötiloissa, mikä pienensi tuotantokustannuksia. Samalla nitriiliryhmän syklisointireaktiolla matalassa lämpötilassa muodostuva polymeerirakenne on vakaampi, joten hiilikuidulla on paremmat mekaaniset ominaisuudet. Fotoinitiaattoreita sisältävien PAN-kuitujen UV-säteilytys ennen esihapetusta voi lisätä syklisointireaktionopeutta ja lyhentää hapetusaikaa. Jo et al. Todettiin, että tekstiililaatuisten PAN-kuitujen säteilyttäminen ilman fotoinitiaattoria UV-valolla voi myös edistää tehokkaasti esihapetusprosessia, joka kestää vain 30 minuuttia. Sähkökehruu yksinkertaisella prosessilla on paras tapa valmistaa hiilinanokuituja (CNF), joiden prosessi riippuu voimakkaasti esiasteista, kuten PAN:sta, pikestä ja ligniinistä. Chen et ai. Bagassi esteröitiin homogeenisesti happoanhydridillä ja sekoitettiin sitten PAN:n kanssa sähkökehräystä varten CNF:ien valmistamiseksi. Esteröity bagassi auttaa säilyttämään CNF:n typpiatomit, mikä parantaa kuitujen lämpöstabiilisuutta, sähkönjohtavuutta ja pinta-aktiivisuutta.

On nähtävissä, että olipa kyseessä perinteinen märkäkehräys tai uusi sähkökehräys, avain hiilikuidun tuotannon kustannusten alentamiseksi on raaka-aineissa ja prosesseissa. Tutkimus keskittyy hiilipohjaisten esiastemateriaalien valintaan, modifiointiin ja prosessien optimointiin. Yhteen-ja vähennyslasku. Edullisen massatuotannon saavuttamiseksi on tietysti myös lisättävä tuottavuutta.

1.2 Varjostustekniikka

Hiilikuidun korkea kiteisyys ja kemiallinen inertisyys vaikeuttavat värjäystä perinteisillä väriaineilla tai pigmenteillä. Fotonikiteet ovat dielektrisiä materiaaleja, jotka järjestetään ajoittain avaruudessa käyttämällä materiaaleja, joilla on erilaiset taitekertoimet. Siinä on fotonikaistarako ja se voi selektiivisesti heijastaa tietyn aallonpituuden fotoneja, ja heijastunut valo taittuu kiteen pinnalla, mikä johtaa väriin. Värillisiä hiilikuituja voidaan valmistaa kokoamalla dispergoituja varautuneita kolloidisia nanohiukkasia hiilikuitujen pinnalle elektroforeettisella pinnoituksella, mutta mekaaninen kestävyys on käytännön sovelluksissa riittämätön. Niu et ai. ZnO- ja Al2O3-kerroksia, joilla oli suuri taitekerroinkontrasti, käytettiin jaksollisina komponentteina ja kerrostettiin plasman aktiivihiilikuitujen pinnalle atomikerrospinnoitustekniikalla. Valmistetuilla monivärisillä hiilikuiduilla on erinomainen mekaaninen stabiilisuus ja pesukelpoisuus. sukupuoli. Hajavalo-olosuhteissa pelkillä kuitukankailla voi olla kulmasta riippumattomia heijastusominaisuuksia ja väriä.

1.3 Toiminnallinen tekniikka

1.3.1 Joustavat kuituelektrodit

Puettavan teknologian nopean kehityksen myötä elektronisten älytekstiilien tutkimustyö on parantunut merkittävästi viime vuosina. Vastaavien elektronisten komponenttien tutkimus ja kehittäminen on vähitellen omaksunut paikan. Esimerkiksi hiilikuitupohjaiset kankaat ovat tällä hetkellä suosittuja joustavia elektrodimateriaaleja; tällaisten elektrodien joustavuus ja ylivoimainen suorituskyky on kuitenkin ollut tärkeä kysymys älykkäiden tekstiilien kehittämisessä. Li et ai. KOH-pinnoitettu puuvillakangas hiiltyi dynaamisella templaattikalsinointiprosessilla, mikä edisti kerroksittain järjestetyn huokoisen rakenteen muodostumista kuidun seinämään. Valmistetuilla hiilikuitukankailla on erinomainen mekaaninen lujuus ja niitä voidaan käyttää superkondensaattorielektrodeina. On olemassa muita lähestymistapoja superkapasitiivisten hiilikuitukankaiden elektrodien kehittämiseen, kuten selektiivinen kemiallinen etsaus ja nikkelin nanohiukkasten sähkökemiallinen kuorinta monimuotoisten huokosten ja reaktiivisten ryhmien luomiseksi kankaisiin sekä hiilikuitukankaiden heteroatomimuunnos. Lisäksi CNF:illä on hyvä sähkönjohtavuus ja suuri ominaispinta-ala, joilla on suuri potentiaali elektronisten laitteiden sovelluksissa. Levitt et ai. Kaksiulotteinen siirtymämetallikarbidi Ti3C2Tx sekoitettiin PAN-liuokseen, minkä jälkeen suoritettiin sähkökehräys hiilinanokuitumattojen valmistamiseksi. Näin valmistettujen komposiittielektrodien kapasitanssi on suurempi kuin puhtaiden hiilikuitujen kapasitanssi. Ti3C2Tx:n lisääminen parantaa komposiittielektrodin sähkökemiallista suorituskykyä. Johtavuus ja kestävyys ovat myös vahvempia.

1.3.2 Joustavat anturit

Kansanterveystietoisuuden ja erikoisalojen laitevaatimusten paranemisen myötä älytekstiilit liitetään vähitellen osaksi sairaanhoidon ja seurannan seurantajärjestelmää. Yksi tärkeimmistä komponenteista on anturi. Azizhani et ai. Huoneen lämpötilassa kovettuva silikonikumi valitaan matriisiksi, ja hienonnettua hiilikuitua käytetään johtavana materiaalina vastusvenymäanturin valmistukseen, jolla on korkea herkkyys jännitysamplitudialueella jopa 25 prosenttiin; sen palautumisaika on alle 15 s. Kun tämän tyyppistä anturia käytetään ihmisen valvontaan, se voi varmistaa signaalin vakauden ja vahvan tunnistustehon. Samoin pietsoresistiivisen hiilikuitu/polydimetyylisiloksaani-komposiittisensorin [18] korkea herkkyys ja venyvyys tekevät siitä sopivan jännitystunnistukseen erilaisissa sovelluksissa, kuten ihmisen liikkeessä, kankaan rypistymisessä jne. Tämän tyyppinen anturi vaatii kuitenkin lisäparannuksia. Sen pietsoresistiiviset ominaisuudet ovat herkkiä kuormitusrakenteelle. Liiallinen rasitus aiheuttaa ongelmia, kuten heikentyneen herkkyyden ja viivästyneen pietsoresistiivisen vaihdon.

2. Aramidikuitu

Aramidikuidun koko nimi on aromaattinen polyamidikuitu, jonka etuna on korkea lujuus, korkea moduuli, alhainen tiheys, kulutuskestävyys, iskunkestävyys ja erinomainen eristys. Amidisidoksen ja bentseenirenkaan erilaisista kytkentäasemista johtuen aramidin molekyylirakenteessa on eroja, jotka voidaan usein jakaa para-aramidiin, meta-aramidiin ja aramidiin III.

2.1 Tuotantotekniikka

Viime vuosina aramidikuidut kotimaassa ja ulkomailla ovat vähitellen saavuttaneet korkean jalostusarvon teollisuustuotannon, ja tuotanto on kasvanut vuosi vuodelta. Aramid 1414 (poly-p-fenyleenitereftamidi, PPTA) -kuitu, yksi päätuotteista, on avainasemassa valmiin tuotteen laadun hallinnassa kehruuprosessin aikana. Chen Zhorong suoritti tuotantoprosessitutkimuksen tästä: veden ja antistaattisen aineen lisääminen PPTA-kuitujen esikäsittelyyn staattisen sähkön vähentämiseksi; karstauksessa käytä sylinteri- ja dofferilaitteita, joilla on pieni hammassyvyys ja nopea kulkunopeus ratkaistaksesi ongelman, että kehruu on altis jauheelle ja oksille. Säädä samalla laitteen sävelkorkeutta nopeuttaaksesi kuidun siirtoa. Korkeampien mekaanisten ominaisuuksien omaavien aramidikuitujen kehittäminen ja tuotanto on arvokas tutkimusaihe laajentaa aramidikuitujen käyttöaluetta. Teng et ai. Sekoita kaupallinen PPTA h-PPTA:han (korkean molekyylipainon PPTA) väkevässä rikkihapossa. Kuivasuihku-märkäkehruuprosessin aikana h-PPTA voi tehostaa makromolekyylien välistä vuorovaikutusta ja indusoida lyhyiden PPTA-ketjujen orientaatiota kuituakselilla. Valmistettujen aramidikuitujen vetolujuus ja alkumoduuli paranevat. Lisäksi Ren Zhongkai et ai. Vahvan aramidin 1313 tutkimus ja valmistus. Perinteisen aramidin 1313 murtolujuus on pienempi kuin aramidin 1414. Nostamalla kehruuliuoksen viskositeettia ja vähentämällä kiintoainepitoisuutta voidaan nostaa polymeerin molekyylipainoa, ja modifioivien aineiden lisääminen voi lisätä kuitujen suuntausta ja rakenteellista yhtenäisyyttä. Asteittainen lämmitys ja asteittainen pesu takaavat kuiturakenteen tiiviyden. Nämä erilaiset tekniset parannukset tekevät kuiduista vahvempia ja kestävämpiä.

2.2 Varjostustekniikka

Aramidilla on kompakti rakenne ja korkea lasittumislämpötila, mikä vaikeuttaa värjäystä perinteisillä prosesseilla. Siksi, kun kuidun makromolekyyliketjun liikkuvuus lisääntyy ja amorfinen pinta-ala kasvaa, väriaine pääsee helposti kuidun sisään ja yhdistyä sen kanssa. Azam et ai. On ehdotettu, että aramidikuitujen värjäyssyvyys on viime vuosina suhteellisen alhainen, joten ne käyttävät bentsyylialkoholia turvotusaineena optimoimaan meta-aramidikuitujen kationisten väriaineiden värjäysprosessia. Aramidikankaalla on korkea värjäyssyvyys ja alhainen lujuushäviö. Lisäksi Kale et ai. Värjätyn aramidikuidun pinta on päällystetty titaanidioksidin nanohiukkasilla värjätyn aramidikuidun huonon valonkestävyyden ongelman ratkaisemiseksi. Aramiditekstiilien painamiseen dispersioväreillä tehty kantoainepainatus on hyvä yritys,

2.3 Toiminnallinen tekniikka

2.3.1 Kankaan rakenteen optimointi

Tehokkaiden aramidista valmistettujen suojakankaiden tutkimusta on myös kehitetty henkilö- ja teollisuussuojaimien kysynnän kasvaessa. Perustuu aramidikankaiden lankojen väliseen kitkaan, jolla on suurempi vaikutus iskunkestävyyteen, Moure et al. Rakenteeltaan erilaisten para-aramidikankaiden mekaanisia ominaisuuksia ja langan kitkakertoimia verrattiin eri kerroksissa lankasta rakenteeseen. Tutkimuksessa todettiin, että vaikka lankojen mekaaniset ominaisuudet ovat periaatteessa samat, kankaiden mekaaniset ominaisuudet ovat erilaiset; kun aramidikuidut kudotaan lujitekankaaseen pystykulmassa, ne voivat imeä paljon energiaa, joka on suurempi kuin tavalliset pehmeät kankaat. Ja kun kankaalla on suurempi absorboituneen energian tiheys ja kitkakerroin,

2.3.2 Kankaan suorituskyvyn parantaminen

Suojavaatteiden käytännön suorituskyvyn parantamiseksi Nayak et al. levitti boorikarbidipinnoitteita aramidikankaille. Vaikka kankaan yleinen lävistyskestävyys on parantunut, se aiheuttaa myös jännityksen keskittymistä, mikä vaikuttaa kankaan paikalliseen suojauskykyyn; samalla pinnoitteen hikihöyryn virtaus rajoitetaan, mikä heikentää mukavuutta. Aramidikankaiden huonon kosteushikoilun ja hikoilun ongelman vuoksi voidaan käyttää hapanta kaliumpermanganaattia tai plasmamodifiointia yhdistettynä kosteushikoilu- ja hikoiluviimeistelymenetelmiin polaaristen ryhmien muodostamiseen kankaan kuituihin parantamaan kuitujen kostuvuutta. tunkeutuu ja sitoutuu paremmin kuituihin. Yleisesti ottaen monitoimituotteet ovat suositumpia markkinoilla. Shen et ai. Vesipohjaisen polyuretaanin, polyvinylideenifluoridi-heksafluoripropeenikopolymeerin ja fluorialkyylisilaanin sekoitettu liuos pinnoitettiin aramidikankaalle kastopinnoitusmenetelmällä ja saadulla kankaalla oli sekä kestävää superhydrofobisuutta että kemiallisia suojaustoimintoja. . Liu et ai. Aramidikankaat kyllästettiin leikkaussakeuttamisnesteellä (STF) ja päällystettiin hiilinanoputkilla (CNT) komposiittiprosessilla, mikä johti komposiittikankaisiin, joilla on erinomaiset suoja- ja tunnistustoiminnot. Niistä CNT lisää kankaan sähkönjohtavuutta ja vasteominaisuuksia, jotka voidaan havaita tehokkaasti; STF-lisäyksen ansiosta komposiittikangas kestää suurempia iskuvoimia ja antaa vahvemman suojan. Polyvinylideenifluoridi-heksafluoripropeenikopolymeeri ja fluorialkyylisilaani kastopinnoitettiin aramidikankaalle, ja tuloksena saadulla kankaalla oli sekä kestävä superhydrofobisuus että kemiallinen suoja. . Liu et ai. Aramidikankaat kyllästettiin leikkaussakeuttamisnesteellä (STF) ja päällystettiin hiilinanoputkilla (CNT) komposiittiprosessilla, mikä johti komposiittikankaisiin, joilla on erinomaiset suoja- ja tunnistustoiminnot. Niistä CNT lisää kankaan sähkönjohtavuutta ja vasteominaisuuksia, jotka voidaan havaita tehokkaasti; STF-lisäyksen ansiosta komposiittikangas kestää suurempia iskuvoimia ja antaa vahvemman suojan. Polyvinylideenifluoridi-heksafluoripropeenikopolymeeri ja fluorialkyylisilaani kastopinnoitettiin aramidikankaalle, ja tuloksena saadulla kankaalla oli sekä kestävä superhydrofobisuus että kemiallinen suoja. . Liu et ai. Aramidikankaat kyllästettiin leikkaussakeuttamisnesteellä (STF) ja päällystettiin hiilinanoputkilla (CNT) komposiittiprosessilla, mikä johti komposiittikankaisiin, joilla on erinomaiset suoja- ja tunnistustoiminnot. Niistä CNT lisää kankaan sähkönjohtavuutta ja vasteominaisuuksia, jotka voidaan havaita tehokkaasti; STF-lisäyksen ansiosta komposiittikangas kestää suurempia iskuvoimia ja antaa vahvemman suojan. Aramidikankaat kyllästettiin leikkaussakeuttamisnesteellä (STF) ja päällystettiin hiilinanoputkilla (CNT) komposiittiprosessilla, mikä johti komposiittikankaisiin, joilla on erinomaiset suoja- ja tunnistustoiminnot. Niistä CNT lisää kankaan sähkönjohtavuutta ja vasteominaisuuksia, jotka voidaan havaita tehokkaasti; STF-lisäyksen ansiosta komposiittikangas kestää suurempia iskuvoimia ja antaa vahvemman suojan. Aramidikankaat kyllästettiin leikkaussakeuttamisnesteellä (STF) ja päällystettiin hiilinanoputkilla (CNT) komposiittiprosessilla, mikä johti komposiittikankaisiin, joilla on erinomaiset suoja- ja tunnistustoiminnot. Niistä CNT lisää kankaan sähkönjohtavuutta ja vasteominaisuuksia, jotka voidaan havaita tehokkaasti; STF-lisäyksen ansiosta komposiittikangas kestää suurempia iskuvoimia ja antaa vahvemman suojan.

3. UHMWPE kuitu

Ultrakorkeamolekyylipainoisilla polyeteenikuiduilla (UHMWPE) on monia erinomaisia ​​ominaisuuksia, kuten suuri vetolujuus, korkea moduuli ja alhainen massatiheys, ja ne ovat inerttejä kemiallisissa liuottimissa.

3.1 Tuotantotekniikka

Tällä hetkellä UHMWPE-kuitujen tuotanto on teollistettu, mutta tämä laajamittainen tuotantomenetelmä voidaan saavuttaa vain geelikehruulla. Tämä menetelmä käyttää kuitenkin paljon orgaanista liuotinta ja aiheuttaa ympäristön saastumisen ongelman korkeilla tuotantokustannuksilla. Sulakehruuprosessi (sulakehruu), joka on yksinkertainen prosessi, ei vaadi orgaanista liuotinta ja on edullinen, on parempi valinta. Kakiage et ai. Yhdistetyt sulakehruu- ja sulavetokäsittelymenetelmät UHMWPE-kuitujen vetolujuuden parantamiseksi. Sulaveto nopeuttaa lineaarisen kideorientaation lisääntymistä kuidussa. 145 asteessa kuidun vetolujuus voi olla 1,1 GPa olosuhteissa, joissa vetosuhde on 20 ja venymänopeus 40/min. Geelikehraukseen verrattuna sulakehräyksellä valmistettujen UHMWPE-kuitujen mekaaniset ominaisuudet ovat paljon heikommat. Keskivahvojen kuitumarkkinoiden ja tekstiilien massamarkkinoiden tarpeisiin kuitenkin riittävät valoa saastuttavasta sulakehruusta valmistetut keskivahvat UHMWPE-kuidut.

3.1 Varjostustekniikka

UHMWPE-kuitujen loppupään markkinoiden näkökulmasta täyteläiset UHMWPE-kuidut voivat lisätä tuotteiden lisäarvoa, laajentaa markkinoiden sovelluksia ja siten parantaa tuotteiden kilpailukykyä. UHMWPE-kuitujen korkean kiteisyyden ja funktionaalisten ryhmien puutteen vuoksi perinteisiä menetelmiä on kuitenkin vaikea värjätä. Ma et ai. UHMWPE-kankaita yritetään värjätä 120 asteen ja 20 MPa:n ylikriittisellä hiilidioksidilla (scCO2). Värjäysajan ja väriainepitoisuuden kasvaessa UHMWPE-kankaan värjäytyvyys paranee jatkuvasti, ja myös kankaan värinkestävyys paranee. Värjäysaika piteni ja piteni. Ja dekaliinin lisääminen apuliuottimeksi scCO2:ssa johti suurempiin värisaantoihin. Mutta dekaliinin lisäämisen jälkeen