Vooruitgang in beschavingsbevordering van drie hoogwaardige vezeltextiel

Vooruitgang in beschavingsbevordering van drie hoogwaardige vezeltextiel

Hoogwaardige vezels hebben een sterke weerstand tegen fysieke effecten zoals licht, elektriciteit, warmte en kracht van de buitenwereld, evenals chemische effecten zoals oxidatiemiddelen, zuren en alkaliën, zodat de vezels een hoge sterkte, hoge modulus, hoge temperatuurbestendigheid en vlamvertragende eigenschappen. Hoogwaardige vezels kunnen worden onderverdeeld in organische vezels en anorganische vezels. Organische vezels omvatten: aramidevezels, polyethyleenvezels met ultrahoog molecuulgewicht, polyfenyleensulfidevezels, enz.; anorganische vezels omvatten voornamelijk: koolstofvezels, keramische vezels, enz., waarvan koolstofvezels, aramidevezels en polyethyleenvezels met ultrahoog moleculair gewicht de drie belangrijkste zijn. Vezel bevindt zich nog in een periode van snelle ontwikkeling en is geleidelijk een periode van intense technologische innovatie en concurrentie; de wereldwijde marktvraag versnelt en fabrikanten blijven toepassingsgebieden verkennen. Ontwikkel verhandelbare nieuwe producten om een ​​concurrentievoordeel te behalen.

Op dit moment bevinden hoogwaardige vezels zich in het stadium van krachtige ontwikkeling en worden verschillende producten (composietmaterialen, touwen, enz.) Ook gebruikt op het gebied van militaire industrie, ruimtevaart, navigatie, civiele techniek, textiel en kleding. Deze studie introduceert en analyseert verschillende optimalisatietechnieken voor de drie belangrijkste hoogwaardige vezels en textiel in termen van kostenreductie, functionele verbetering en verbetering van de toegevoegde waarde om de ontwikkeling van hoogwaardig textiel tot deelbare hoogwaardige producten te bevorderen. samenleving en burgers.

1. Koolstofvezel

Koolstofvezel is een vezelachtig op koolstof gebaseerd materiaal dat is samengesteld uit gelaagde grafietkristallieten die in axiale richting zijn gestapeld. Het heeft uitstekende mechanische eigenschappen en lichtgewicht eigenschappen. Na tientallen jaren van ontwikkeling heeft de commerciële toepassing van koolstofvezel zich verspreid naar veel hightech-gebieden.

1.1 Productietechnologie

Momenteel wordt ongeveer 90 procent van de commerciële koolstofvezel geproduceerd uit polyacrylonitril (PAN). Traditionele industriële koolstofvezels op PAN-basis zijn duur en hebben een beperkte output, waardoor het moeilijk is om ze op grote schaal populair te maken. Om de kosten te verlagen, worden goedkope PAN van textielkwaliteit en hernieuwbare lignine gebruikt als voorlopermaterialen voor de productie van koolstofvezel.

Jiang et al. Het gebruik van de natte spinmethode om precursorvezels te maken van tarwestro-lignine en textielacrylvezels als grondstoffen, kan de productiekosten van koolstofvezels verlagen; vanwege de hoge thermische reactietemperatuur van lignine, kan het ook de thermische stabiliteit van lignine/PAN-gemengde vezels verbeteren. Huang en zijn team gebruikten metaalvrij guanidinehydrochloride om acryltextielvezels te modificeren, waardoor het pre-oxidatieproces bij lagere temperaturen kan plaatsvinden, waardoor de productiekosten worden verlaagd. Tegelijkertijd is de polymeerstructuur gevormd door de cyclisatiereactie van de nitrilgroep bij lage temperatuur stabieler, zodat de koolstofvezel betere mechanische eigenschappen heeft. UV-bestraling van PAN-vezels die foto-initiatoren bevatten vóór pre-oxidatie kan de cyclisatiereactiesnelheid verhogen en de oxidatietijd verkorten. Het onderzoek van Jo et al. Het bleek dat het bestralen van PAN-vezels van textielkwaliteit zonder foto-initiator met UV-licht ook het pre-oxidatieproces, dat slechts 30 minuten duurt, effectief kan bevorderen. Elektrospinning met een eenvoudig proces is de beste manier om koolstofnanovezels (CNF's) te bereiden, waarvan het proces sterk afhankelijk is van voorlopers zoals PAN, pek en lignine. Chen et al. Bagasse werd homogeen veresterd met behulp van zuuranhydride en vervolgens gemengd met PAN voor elektrospinnen om CNF's te bereiden. Veresterde bagasse helpt de stikstofatomen van CNF vast te houden, waardoor de thermische stabiliteit, elektrische geleidbaarheid en oppervlakteactiviteit van de vezels worden verbeterd.

Het is duidelijk dat, of het nu gaat om traditioneel nat spinnen of nieuw elektrospinnen, de sleutel tot het verlagen van de kosten van koolstofvezelproductie ligt in grondstoffen en processen. Het onderzoek richt zich op de selectie, modificatie en procesoptimalisatie van op koolstof gebaseerde precursormaterialen. Optellen en aftrekken. Om goedkope massaproductie te bereiken, is het natuurlijk ook noodzakelijk om de productiviteit te verhogen.

1.2 Shading-technologie

De hoge kristalliniteit en chemische inertie van koolstofvezel maken het moeilijk om te kleuren met traditionele kleurstoffen of pigmenten. Fotonische kristallen zijn diëlektrische materialen die periodiek in de ruimte worden geordend met behulp van materialen met verschillende brekingsindices. Het heeft een fotonische bandafstand en kan selectief fotonen van een bepaalde golflengte reflecteren, en het gereflecteerde licht wordt op het oppervlak van het kristal afgebogen, wat resulteert in kleur. Gekleurde koolstofvezels kunnen worden bereid door gedispergeerde geladen colloïdale nanodeeltjes op het oppervlak van koolstofvezels te assembleren door elektroforetische afzetting, maar de mechanische duurzaamheid is onvoldoende in praktische toepassingen. Niu et al. ZnO- en Al2O3-lagen met een groot brekingsindexcontrast werden gebruikt als periodieke componenten en afgezet op het oppervlak van plasma-geactiveerde koolstofvezels door middel van atomaire laagafzettingstechniek. De geprepareerde meerkleurige koolstofvezels hebben een uitstekende mechanische stabiliteit en wasbaarheid. geslacht. Onder verstrooide lichtomstandigheden kunnen platbinding weefsels van vezels hoekonafhankelijke reflecterende eigenschappen en kleur vertonen.

1.3 Functionele technologie

1.3.1 Flexibele vezelelektroden

Met de snelle ontwikkeling van draagbare technologie is het onderzoek naar elektronisch slim textiel de afgelopen jaren aanzienlijk verbeterd. Het onderzoek en de ontwikkeling van overeenkomstige elektronische componenten heeft stilaan een plaats ingenomen. Op koolstofvezel gebaseerde stoffen zijn bijvoorbeeld momenteel populaire flexibele elektrodematerialen; de flexibiliteit en superieure prestaties van dergelijke elektroden zijn echter een belangrijk punt geweest bij de ontwikkeling van slim textiel. Li et al. De met KOH gecoate katoenen stof werd verkoold door een dynamisch malcalcinatieproces, dat de vorming van een gelaagde geordende poreuze structuur op de vezelwand bevorderde. De geproduceerde koolstofvezelstoffen hebben een uitstekende mechanische sterkte en kunnen worden gebruikt als supercondensatorelektroden. Er zijn andere benaderingen om supercapacitieve koolstofvezelweefselelektroden te ontwikkelen, zoals selectief chemisch etsen en elektrochemische afschilfering van nikkelnanodeeltjes om meerschalige poriën en reactieve groepen in weefsels te creëren, en heteroatoommodificatie van koolstofvezelweefsels. Bovendien hebben CNF's een goede elektrische geleidbaarheid en een groot specifiek oppervlak, wat een groot potentieel heeft bij de toepassing van elektronische apparaten. Levitt et al. Het tweedimensionale overgangsmetaalcarbide Ti3C2Tx werd gemengd in PAN-oplossing, gevolgd door elektrospinnen om koolstof-nanovezelmatten te bereiden. De capaciteit van de aldus vervaardigde composietelektroden is hoger dan die van zuivere koolstofvezels. De toevoeging van Ti3C2Tx verbetert de elektrochemische prestatie van de composietelektrode. Geleidbaarheid en duurzaamheid zijn ook sterker.

1.3.2 Flexibele sensoren

Met de verbetering van het bewustzijn van de volksgezondheid en de verbetering van apparatuurvereisten op speciale gebieden, wordt slim textiel geleidelijk geïntegreerd in het monitoringsysteem van medische zorg en monitoring. Een van de belangrijkste componenten is de sensor. Azizani et al. Het bij kamertemperatuur uithardende siliconenrubber wordt geselecteerd als de matrix en de gehakte koolstofvezel wordt gebruikt als het geleidende materiaal om de weerstandsreksensor voor te bereiden, die een hoge gevoeligheid heeft in het bereik van spanningsamplitude tot 25 procent; de hersteltijd is minder dan 15 s. Wanneer dit type sensor wordt gebruikt voor menselijke bewaking, kan het signaalstabiliteit en sterke detectieprestaties garanderen. Evenzo maken de hoge gevoeligheid en rekbaarheid van de piëzoresistieve gehakte koolstofvezel/polydimethylsiloxaan-composietsensor [18] hem geschikt voor spanningsdetectie in verschillende toepassingen, zoals menselijke bewegingen, kreuken van stoffen, enz. . Dit type sensor moet echter nog verder worden verbeterd. Zijn piëzoresistieve eigenschappen zijn gevoelig voor de laststructuur. Overmatige belasting veroorzaakt problemen zoals verminderde gevoeligheid en vertraagde piëzoresistieve omschakeling.

2. Aramidevezel

De volledige naam van aramidevezel is aromatische polyamidevezel, die de voordelen heeft van hoge sterkte, hoge modulus, lage dichtheid, slijtvastheid, slagvastheid en uitstekende isolatie. Door de verschillende verbindingsposities van de amidebinding en de benzeenring zijn er verschillen in de moleculaire structuur van aramide, die vaak kan worden onderverdeeld in para-aramide, meta-aramide en aramide III.

2.1 Productietechnologie

In de afgelopen jaren hebben aramidevezels in binnen- en buitenland geleidelijk een industriële productie met een hoge toegevoegde waarde bereikt en de output is jaar na jaar toegenomen. Aramide 1414-vezel (poly-p-fenyleenterefthamide, PPTA), een van de belangrijkste producten, is een belangrijk punt bij het controleren van de kwaliteit van het eindproduct tijdens het spinproces. Chen Zhourong deed hier onderzoek naar het productieproces: toevoeging van water en antistatisch middel om PPTA-vezels voor te behandelen om statische elektriciteit te verminderen; gebruik bij het kaarden cilinder- en dofferapparaten met een kleine tanddiepte en snelle bewegingssnelheid om het probleem op te lossen dat spinnen gevoelig is voor poeder en knopen. Pas tegelijkertijd de toonhoogte van het apparaat aan om de vezeloverdracht te versnellen. De ontwikkeling en productie van aramidevezels met hogere mechanische eigenschappen is een waardig onderzoeksonderwerp om het toepassingsgebied van aramidevezels uit te breiden. Teng et al. Meng commerciële PPTA met h-PPTA (PPTA met hoog molecuulgewicht) in geconcentreerd zwavelzuur. Tijdens het droog-jet-nat spinproces kan h-PPTA de interactie tussen macromoleculen verbeteren en de oriëntatie van korte PPTA-ketens langs de vezelas induceren. De treksterkte en initiële modulus van de geproduceerde aramidevezels zijn verbeterd. Bovendien hebben Ren Zhongkai et al. Onderzoek en bereiding van zeer sterk aramide 1313. De breeksterkte van conventioneel aramide 1313 is lager dan die van aramide 1414. Door de viscositeit van de spinoplossing te verhogen en het vastestofgehalte te verlagen, kan het molecuulgewicht van het polymeer worden verhoogd, en de toevoeging van modificatoren kan de oriëntatie en structurele uniformiteit van de vezels vergroten. De geleidelijke verwarming en geleidelijke wasmethode zorgen voor de compactheid van de vezelstructuur. Deze verschillende technische verbeteringen maken vezels sterker en duurzamer.

2.2 Shading-technologie

Aramide heeft een compacte structuur en een hoge glasovergangstemperatuur, waardoor het moeilijk is om met conventionele processen te verven. Daarom, wanneer de mobiliteit van de macromoleculaire keten van de vezel toeneemt en het amorfe gebied toeneemt, kan de kleurstof gemakkelijk de vezel binnendringen en ermee combineren. Azam et al. Er wordt voorgesteld dat de verfdiepte van aramidevezels de laatste jaren relatief laag is, daarom gebruiken ze benzylalcohol als zwelmiddel om het verfproces van kationische kleurstoffen voor meta-aramidevezels te optimaliseren. Aramidestof heeft een hoge verfdiepte en een laag sterkteverlies. Bovendien, Kale et al. Het oppervlak van geverfde aramidevezels is gecoat met titaniumdioxide-nanodeeltjes om het probleem van de slechte lichtbestendigheid van geverfde aramidevezels op te lossen. Voor het bedrukken van aramidetextiel is dragerbedrukken met dispersiekleurstoffen een goede poging,

2.3 Functionele technologie

2.3.1 Optimalisatie van de weefselstructuur

Onderzoek naar hoogwaardige beschermende weefsels van aramide is ook ontwikkeld naarmate de vraag op het gebied van persoonlijke en industriële beschermingsmiddelen toeneemt. Gebaseerd op wrijving tussen garens in aramideweefsels met een grotere impact op de slagvastheid, Moure et al. De mechanische eigenschappen en garenwrijvingscoëfficiënten van para-aramideweefsels met verschillende structuren werden vergeleken bij verschillende lagen van garen tot structuur. Uit het onderzoek bleek dat hoewel de mechanische eigenschappen van de garens in principe hetzelfde zijn, de mechanische eigenschappen van de stoffen anders zijn; wanneer de aramidevezels onder een verticale hoek op het wapeningsweefsel zijn verweven, kunnen ze veel energie opnemen, wat groter is dan die van gewone zachte stoffen. En wanneer de stof een hogere geabsorbeerde energiedichtheid en wrijvingscoëfficiënt heeft,

2.3.2 Verbetering van de stofprestaties

Om de praktische prestaties van beschermende kleding te verbeteren, hebben Nayak et al. aangebrachte boorcarbide coatings op aramide stoffen. Hoewel de algehele perforatieweerstand van de stof is verbeterd, veroorzaakt het ook spanningsconcentratie, die de lokale beschermingsprestaties van de stof beïnvloedt; tegelijkertijd wordt de stroom zweetdamp van de coating beperkt, wat resulteert in verminderd comfort. Met het oog op het probleem van slechte vochttranspiratie en transpiratieprestaties van aramideweefsels, kunnen zuur-kaliumpermanganaat of plasmamodificatie in combinatie met vochttranspiratie en transpiratieafwerkingsmethoden worden gebruikt om polaire groepen op weefselvezels te genereren om de bevochtigbaarheid van vezels te verbeteren, en De afwerking dringt door en hecht beter aan de vezels. Over het algemeen zijn multifunctionele producten populairder in de markt. Shen et al. De gemengde oplossing van polyurethaan op waterbasis, polyvinylideenfluoride-hexafluorpropyleencopolymeer en fluoralkylsilaan werd gecoat op aramideweefsel door middel van dompelcoating, en het verkregen weefsel had zowel duurzame superhydrofobiciteit als chemische beschermingsfuncties. . Liu et al. Aramideweefsels werden geïmpregneerd met afschuifverdikkingsvloeistof (STF) en gecoat met koolstofnanobuisjes (CNT's) door een composietproces, wat resulteerde in composietweefsels met uitstekende beschermings- en detectiefuncties. Onder hen verhoogt CNT de elektrische geleidbaarheid en responskenmerken van de stof, die effectief kunnen worden gedetecteerd; de toevoeging van STF stelt de composietstof in staat hogere impactkrachten te weerstaan ​​en een sterkere bescherming te bieden. Polyvinylideenfluoride-hexafluorpropyleencopolymeer en fluoralkylsilaan werden gedompeld op aramideweefsel en het resulterende weefsel had zowel duurzame superhydrofobiciteit als chemische bescherming. . Liu et al. Aramideweefsels werden geïmpregneerd met afschuifverdikkingsvloeistof (STF) en gecoat met koolstofnanobuisjes (CNT's) door een composietproces, wat resulteerde in composietweefsels met uitstekende beschermings- en detectiefuncties. Onder hen verhoogt CNT de elektrische geleidbaarheid en responskenmerken van de stof, die effectief kunnen worden gedetecteerd; de toevoeging van STF stelt de composietstof in staat hogere impactkrachten te weerstaan ​​en een sterkere bescherming te bieden. Polyvinylideenfluoride-hexafluorpropyleencopolymeer en fluoralkylsilaan werden gedompeld op aramideweefsel en het resulterende weefsel had zowel duurzame superhydrofobiciteit als chemische bescherming. . Liu et al. Aramideweefsels werden geïmpregneerd met afschuifverdikkingsvloeistof (STF) en gecoat met koolstofnanobuisjes (CNT's) door een composietproces, wat resulteerde in composietweefsels met uitstekende beschermings- en detectiefuncties. Onder hen verhoogt CNT de elektrische geleidbaarheid en responskenmerken van de stof, die effectief kunnen worden gedetecteerd; de toevoeging van STF stelt de composietstof in staat hogere impactkrachten te weerstaan ​​en een sterkere bescherming te bieden. Aramideweefsels werden geïmpregneerd met afschuifverdikkingsvloeistof (STF) en gecoat met koolstofnanobuisjes (CNT's) door een composietproces, wat resulteerde in composietweefsels met uitstekende beschermings- en detectiefuncties. Onder hen verhoogt CNT de elektrische geleidbaarheid en responskenmerken van de stof, die effectief kunnen worden gedetecteerd; de toevoeging van STF stelt de composietstof in staat hogere impactkrachten te weerstaan ​​en een sterkere bescherming te bieden. Aramideweefsels werden geïmpregneerd met afschuifverdikkingsvloeistof (STF) en gecoat met koolstofnanobuisjes (CNT's) door een composietproces, wat resulteerde in composietweefsels met uitstekende beschermings- en detectiefuncties. Onder hen verhoogt CNT de elektrische geleidbaarheid en responskenmerken van de stof, die effectief kunnen worden gedetecteerd; de toevoeging van STF stelt de composietstof in staat hogere impactkrachten te weerstaan ​​en een sterkere bescherming te bieden.

3. UHMWPE-vezel

Vezels van polyethyleen met ultrahoog molecuulgewicht (UHMWPE) hebben veel uitstekende eigenschappen, zoals hoge treksterkte, hoge modulus en lage massadichtheid, en zijn inert in chemische oplosmiddelen.

3.1 Productietechnologie

Op dit moment is de productie van UHMWPE-vezels geïndustrialiseerd, maar deze grootschalige productiemethode kan alleen worden bereikt door gelspinnen. Deze methode gebruikt echter een grote hoeveelheid organisch oplosmiddel en veroorzaakt het probleem van milieuvervuiling met hoge productiekosten. Het proces van smeltspinnen (smeltspin), dat eenvoudig in proces is, geen organisch oplosmiddel vereist en lage kosten heeft, is een betere keuze. Kakiage et al. Gecombineerde bereidingsmethoden voor smeltspinnen en smelttrekken om de treksterkte van UHMWPE-vezels te verbeteren. Smelttrekken versnelt de toename van de lineaire kristaloriëntatie in de vezel. Bij 145 graden kan de treksterkte van de vezel 1,1 GPa bereiken onder de omstandigheden van een trekverhouding van 20 en een reksnelheid van 40/min. Vergeleken met gelspinnen zijn de mechanische eigenschappen van UHMWPE-vezels gemaakt door smeltspinnen veel zwakker. Om te voldoen aan de behoeften van de middelsterke vezelmarkt en de textielmassamarkt, zijn middelsterke UHMWPE-vezels gemaakt van lichtvervuilend smeltspinnen echter voldoende.

3.1 Shading-technologie

Vanuit het perspectief van de stroomafwaartse markt van UHMWPE-vezels, kunnen UHMWPE-vezels met rijke kleuren de toegevoegde waarde van producten verhogen, markttoepassingen uitbreiden en zo het concurrentievermogen van het product verbeteren. Vanwege de hoge kristalliniteit en het ontbreken van functionele groepen van UHMWPE-vezels, zijn traditionele methoden echter moeilijk te verven. Ma et al. Pogingen om UHMWPE-stoffen te verven bij 120 graden en 20 MPa superkritisch kooldioxide (scCO2). Met de toename van de verftijd en de kleurstofconcentratie wordt de aanverfbaarheid van UHMWPE-stof continu verbeterd en wordt ook de kleurechtheid van de stof verbeterd. De kleuringstijd werd verlengd en verhoogd. En de toevoeging van decaline als co-oplosmiddel in scCO2 resulteerde in grotere kleuropbrengsten. Maar na het toevoegen van decaline,