Композиционные материалы специального и технического назначения. Учебное пособие
.pdfменение для изготовления салфеток и медицинского белья. Однако НМ, изготовленные по данной технологии, не подходят для производства ОХОБ, так как повышенная гигроскопичность материалов не обеспечивает необходимый уровень защиты медицинского персонала в процессе операционного вмешательства от проникновения биологических жидкостей через материал [49].
Спанлейс (spunlace) – это нетканый материал, получаемый скреплением волокон холста под действием водяных струй высокого давления [50]. Для изготовления спанлейс-материалов используют вискозные, целлюлозные, полиэфирные и полипропиленовые волокна. НМ типа «спанлейс» характеризуются высокой адсорбционной способностью и хорошими органолептическими свойствами, что позволяет использовать их для изготовления медицинской одежды и одноразовых средств ухода за пациентами. Применение спанлейса для изготовления хирургической одежды и белья возможно после его пропитки специальными препаратами.
Одним из наиболее быстроразвивающихся продуктов среди нетканых материалов на мировых рынках является материал, полученный по технологии «Спанбонд». Спанбонд – это нетканый полипропиленовый микропористыйпаронепроницаемый материал, стойкий к действию кислот и щелочей [51]. Кроме того, спанбонд хорошо подвергается стерилизации, что делает его незаменимым для производстве изделий медицинского и санитарно-гигиенического назначения. Добавляя в волокнообразующий полимер различные химические агенты, а также модифицируя уже произведенный нетканый материал, можно получать спанбонд, обладающий дополнительными функциональными свойствами: сделать поверхность материала гидрофильной или гидрофобной, придать материалу антибактериальные свойства и т.п.
Спанбонд (рис. 6.4) относится к группе нетканых материалов, получаемых фильерным способом (технология «Спанбонд»)– это способ производства волокон малого диаметра из утоньшенного расплавлением полимерного материала. Волокна фильерного способа производства обычно формируют экструдированием расплавленного термопластичного материала в виде элементарных нитей из множества тонких капилляров фильеры с диаметром экструдируемых элементарных нитей, который затем быстро уменьшают. При укладке в холст нитей (волокон) в размягченном состоянии получают готовое нетканое полотно благодаря склеиванию нитей между собой, далее производят термоскрепление волокон гравированным каландром [51].
51
Рис. 6.4. Нетканый материал, изготовленный по «Спанбонд»-технологии
Полипропиленовые волокна являются инородным субстратом для попадающих на них в процессе эксплуатации микроорганизмов, поэтому нетканые материалы, изготовленные из полипропиленовых волокон, биологически инертны и не являются средой для дальнейшего развития патогенной микрофлоры. Важной особенностью спанбонда являются его барьерные свойства по отношению к микрооргани з- мам, отсутствие местнораздражающих и аллергических эффектов при контакте с кожей и слизистой. Кроме того, спанбонд не обладает способностью образовывать токсичные соединения в воздухе и сточных водах в присутствии иных реагентов и веществ, поэтому нетканые материалы и изделия из спанбонда являются экологически безопасными.
На основе спанбонда производят ряд современных многослойных материалов, которые обладают низкой бактериологической проницаемостью. Трехслойный материал спанбонд-мелтблаун-спанбонд (СМС) состоит на 100% из пропиленовых волокон различной толщины (рис. 6.5). Мелтблаун является средним слоем и представляет с о- бой материал, состоящий из волокон полипропилена, толщиной от 0,01 до 0,2 дтекс [52]. СМС обладает очень высокими абсорбционными свойствами, что позволяет композитным материалам на его основе не пропускать сквозь себя биологически активные жидкости, жиры, химические вещества.
Главной областью применения СМС являются материалы для производства одноразовой медицинской одежды. Наличие слоя мелтблауна увеличивает бактериологические барьерные свойства СМС в сравнении с традиционно используемым спанбондом в 7-10 раз [39], что является важным показателем для изготовления одежды медицинского персонала.
52
Рис. 6.5. Структура нетканого материала СМС
Российской компанией «Русмарко» производится новый трехслойный материал СНС (спанбонд-нановолокно-спанбонд) [51]. Благодаря меньшему диаметру и равномерному распределению нановолокна (рис. 6.6) использование материала СНС позволяет достичь нового уровня барьерной защиты от бактерий и микроорганизмов.
Рис. 6.6. Структура нетканого материала СНС
Спанбонд и материалы на его основе (СМС, СНС) широко пр и- меняются для производства медицинской одноразовой одежды и белья во всем мире. Нетканые материалы, потребляемые в данном сегменте
53
рынка, представлены cпанбондом, СМС и СНС, поверхностная плотность которых плотности составляет от 15 до 60 г/м² [53].
Таким образом, анализ рынка отечественных НМ медицинского назначения показал, что достаточно весомую часть занимает производство одноразовых нетканых материалов, изготовленных на основе полипропиленовых волокон по технологии спанбонд. Это объясняется их широким применением для медицинских лечебных и профилактических учреждений. Технология спанбонд позволяет получать как классические однослойные материалы, так и современные многослойные, обладающие заранее заданными свойствами. Но структура однослойных материалов, изготовленных по данной технологии, не обеспечивает необходимого уровня их бактериологической проницаемости, поэтому существует необходимость дополнительной модификации данных материалов с целью придания им антибактериальных и бактериостатических свойств, что приведет к снижению риска контактного инфицирования медицинского персонала.
Контрольные вопросы
1. Назовите области применения современных технических тка-
ней
2.Что такое волокно? Какие волокна называют сверхпрочными высокомодульными?
3.Приведите примеры сверхпрочных высокомодульных воло-
кон. Назовите их достоиства и недостатки.
4.Как функционируют композиционные трикотажные материалы, используемые для производства термобелья?
5.Какие виды текстильных материалов медицинского назначе-
ния Вы знаете? Расскажите об их структуре и свойствах.
Рекомендуемая литература
1.Енеке, М. Технический текстиль – рынок с необъятными потенциальными возможностями. – Нетканые материалы. – 2011. ‒ №3 (16). – С. 19-21.
2.Керимов, С. Г. Производство технических тканей: (оборудование и технология) / С. Г. Керимов, Л. Н. Попов. ‒ М.: Легпромбыт-
издат, 1994. ‒ 237 с.
54
3.Попов, Л.Н. Для всех отраслей / Л.Н. Попов // Рынок легкой промышленности – 2000. – №6.
4.Попов, Л.Н. Текстильные материалы технического назначения: справочник-каталог / Л. Н. Попов, С. Г. Керимов. – Ярославль,
2006. - 492 с.
5.Кащеев, О.В. Российский рынок технического текстиля: Анализ, проблемы, тенденции и перспективы его развития/ О.В. Кащеев – Текстиль. – 2002. - №1(1). – С. 19-23.
6.Гордеева, В.Н. Курскрезинотехника: 60 лет неизменного качества. – Каучук и резина. – 2007. - №6. – С.42-43.
7.Погадаева, С.С. Полиамидные и смесовые ткани технического
назначения для производства конвейерных лент, клиновых ремней и резинотканевых рукавов / Погадаева С.С. // Технический текстиль –
2007. - №15.
8.Гущина, М.Н. Новый тканый прокладочный материал для резинотехнической промышленности / М.Н. Гущина, Н.М. Колотилова // Технический текстиль – 2002. - №4. – С.24-25.
9.Енеке, М. Технический текстиль: обзор мирового рынка. –
Каучук и резина. – 2011. – №3. – С.37-41.
10. Сергеева, Е.А. Рынок нанокристаллических химических волокон: состояние, перспективы, инновации. – Казань: КГТУ. - 2010 – 128 с.
11.Айзенштейн, Э.М. Мировой и российский рынки химических волокон и нитей в 2007 г. / Э.М. Айзенштейн // Хим.волокна. – 2008. –
№6. – С. 49–59.
12.Шарплез, А. Кристаллизация полимеров. М: Мир, 1968. –
200 с.
13.Перепелкин, К.Е. Армирующие волокна и волокнистые по-
лимерные композиты / К.Е. Перепелкин.– Изд-во: Научные основы и технологии, 2009. – 386 с.
14. Вилмс, К. Высокомодульные волокна в автомобилестроении: технико-экономические перспективы / К. Вилмс, М. Варнеке, Г. Са й- де, Т. Грис, Х. Йилмаз, О. Лорц // Полимерные материалы. – 2012. –
№2. – С. 13-16.
15.Артеменко, С.Е. Базальтовое волокно как эффективный ар-
мирующий материал для дорожного строительства / С.Е. Артеменко, С.В. Арзамасов, Д.А. Шатунов // Пластическиемассы. – 2008. – № 1. – С. 19-21.
55
16.Артеменко, С.Е. Исследования гидромеханических характеристик базальтовых фильтроэлементов / С.Е. Артеменко, И.Н. Синицина, Н.А. Устинов, А.П. Середишкин // Пластические массы.– 2008. – № 1. – С. 21-22.
17.Артеменко, С.Е. Рулонированные материалы на основе базальтовой ткани / С.Е. Артеменко, Ю.А. Кадыкова, Т.П. Гончарова // Пластические массы. – 2008. - № 1. – с. 23-25.
18.Литус, А.А. Шумопоглощающие и звукоизоляционные мате-
риалы на основе базальтовых волокон / А.А. Литус, И.Н. Синицина, С.Е. Артеменко, А.А. Землянский // Пластические массы. – 2008. –
№1. – С. 25-27.
19.Перепелкин, К.Е. Высокопрочные высокомодульные нити на основе линейных полимеров: принципы получения, структура, свойства, применение (часть 2) / К.Е. Перепелкин // Химические волокна. –
2010. - № 3. – С. 3-15.
20.Легкие баллистические материалы / Под ред. А. Бхатнагара.– М.: Техносфера, 2011. – 392 с.
21.Перепелкин, К.Е. Современные химические волокна и пер-
спективы их применения в текстильной промышленности / К.Е. Перепелкин // Рос. хим. журн. (Журн. Рос. хим. общ -ва им. Д.И. Менделеева) – 2002. – Т. XLVI. – № 1. – С. 31-48.
22. Мусина, Т.К. Полиимидные и арамидные волокна и нити со специальными свойствами и изделия на их основе / Т.К Мусина, А.В. Волохина, А.М. Щетинин, З.Г. Оприц, В.А. Ивашова, В.Н. КияОглу, Н.В. Педченко // В мире оборудования. – 2010. - № 2(91). – С. 4-8.
23. Перепелкин, К.Е. Высокопрочные высокомодульные нити на основе линейных полимеров: принципы получения, структура, свойства, применение / К.Е. Перепелкин // Химические волокна. – 2010. – №
2.– С. 3-10.
24.Будницкий, Г.А. Полимерные волокна третьего поколения:
разработки, свойства, применение [Электронный ресурс] / Г.А. Будницкий // Технический текстиль. – 2004. - №10. – Режим доступа: http://www.rustm.net/catalog/article/397.html.
25. Лисенкова, И.Ю. Биокинематическое исследование системы «человек-одежда-окружающая среда» для проектирования одежды спортсменов-черлидеров с улучшенными эргономическими параметрами / И.Ю. Лисенкова, В.А. Солодянников, Р.Г. Тихонов // Ученые
56
записки университета им. П.Ф. Лесгафта. – 2013. – № 5 (99). – С. 71-72.
26. Метелева, О.В. Новая технология повышения защитных свойств одежды для туризма и активного отдыха / О.В. Метелева, Е.П. Покровская // Сервис в России и за рубежом. – 2013. – № 1 (39). – С. 86-96.
27. Бузов, Б.А. Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности (швейное производство) / Б.А. Бузов, Н.Д. Алыменкова. – М.: Академия, 2004. – 448 с.
28. Жихарев, А.П. Материаловедение: Швейное производство: учеб. пособиедля нач. проф. образования / А.П. Жихарев, Г.П. Румя н- цева, Е.А. Кирсанова. – М.: Академия, 2005. – 240 с.
29. Строганов, Б.Б. Основы теории и практики вязания многослойного и квазимногослойного трикотажа / Б.Б. Строганов. – М.: РосЗИТЛП. – 418 с.
30.Григорьева, Е.Г. Трикотаж комбинированных переплетений / Е.Г. Григорьева // Дизайн. Материалы. Технология. – 2013. – Т. 2,
№27. – С. 84-85.
31.Галавская, Л.Е. Перспективы использования трехмерных геометрических моделей структуры трикотажа в проектировании изделий с заданными свойствами / Л.Е. Галавская, Т.В. Елина // Дизайн.
Материалы. Технология. – 2013. – Т. 2. – № 27. – С. 10-12.
32. Химические волокна: основы получения, методы исследования и модифицирование: учебное пособие для химико-технологи- ческих факультетов высших учебных заведений/ под ред. Т.В. Дружининой. – М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2006. – 472 с.
33. Гольдаде, В.А. Инновационные текстильные материалы с использованием наномодифицированных полиэфирных волокон со специальными свойствами [Электронный ресурс] / В.А. Гольдаде, В.А. Грищенкова, Т.Н. Кудрявцева, Л.С. Пинчук // Технический текстиль. – 2009. - №19. - Режим доступа: http://rustm.net/catalog/ article/1475.html, свободный.
34.Савостицкий, Н.А. Материаловедение швейного производства: учебник для студ. образ. учрежд. сред. проф. образ. / Н.А. Савостицкий, Э.К. Амирова. – М.: Академия, 2000. – 240 с.
35.Колесников, Н.В. Исследование теплозащитных свойств
функциональных трикотажных полотен бельевого назначения / Н.В. Колесников, А.Ф. Давыдов // Текстильная промышленность. –
2011. – № 3 (686) – С. 32-33.
57
36.Буркитбай, А. Разработка новой композиции для антимикробной отделки целлюлозного текстильного материала / А. Буркитбай, А.Ж. Кутжанова, Б.Р. Таусарова // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. – 2010. - № 12. – С. 20-23.
37.Калимуллина, А.Р. Химическая технология полимерных волокон в текстильных материалах / А.Р. Калимуллина, Н.В. Романова // Вестник Казанского технологического университета. – 2011. - № 16. – С. 141-143.
38.Нетканые материалы производства Avgol Ltd. [Электронный ресурс] / Технический текстиль. – 2009. - №22. - Режим доступа: http://rustm.net/catalog/article/1560.html, свободный.
39.Chellamani, K.P. Medical Textiles: The Spunlace process and its
application possibilities for hygiene textiles / K.P. Chellamani, R.S. Vignesh Balaji, D. Veerasubramanian // Youth Education and Research Trust. – 2013. - Vol. 1(12). – С. 735-739.
40.Мальнев, С.А. Cпанбонд-технологии в России [Электронный ресурс] / С.А. Мальнев // Технический текстиль. – 2012. – №27. – Режим доступа: http://rustm.net/catalog/article/2090.html, свободный.
41.Анисимов, Ю.В. Многослойные нетканые спанлейд материалы типа SMS [Электронный ресурс] / Ю.В. Анисимов, С.А. Мальнев // Технический текстиль. – 2009. – №19. – Режим доступа:
http://rustm.net/catalog/article/1509.html, свободный.
42. Чистенко, Г.Н. Нетканые материалы и изделия одноразового применения / Г.Н. Чистенко, О.Л. Таранова, А.Л. Лешкевич, Е.В. Кормилицына, Е.Б. Варивода // Военная медицина. – 2011. – №2 (19). – С. 89-91
58
7 МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Текстильное волокно является первичным элементом, образующим структуру любого текстильного изделия. Поэтому все основные свойства текстильных изделий определяются прежде всего свойствами тех волокон, из которых они выработаны. Волокна представляют собой тонкиегибкие тела, у которых длина во много раз превышает п о- перечные размеры.
Толщина (тонина) и длина текстильных волокон являются одними из важнейших технологических характеристик, определяющими способ переработки волокон. Толщина (тонина) текстильных волокон определяет их пригодность для текстильной переработки, возможную толщину (тонину) вырабатываемой нити, ее прочность и другие свойства. Поперечник текстильных волокон различного вида измеряется в микронах и колеблется в широких пределах – от 5 до 60 мкм и более, но для большинства волокон он равен 12-40 мкм. Большинство текстильных волокон не имеет правильной цилиндрической формы, и характеристика их толщины размерами поперечника довольно приближенна. Поэтому для оценки толщины волокнистых материалов применяют косвенный показатель – текс [8].
Длина текстильных волокон характеризуется расстоянием между их концами в расправленном состоянии и в значительной мере определяет способы обработки волокон при получении из них нитей. Из волокон ограниченной длины (20-250 мм) нить получают прядением, а из волокон неопределенно большой длины (600 м и более) – без процесса прядения. Волокна неопределенно большой длины обычно называются нитями. Одиночная нить, состоящая из одиночного волокна неопределенно большой длины и неделящаяся в продольном направлении без разрушения, называется элементарной нитью. Она не используется непосредственно для изготовления текстильных изделий, а является составной частью комплексной нити. Комплексная нить состоит из двух и более элементарных нитей, соединенных скручиванием или склеиванием. Одиночная нить, неделящаяся в продольном направлении без разрушения, пригодная для непосредственного использования в текстильном производстве, носит название мононити (мононити бывают только химические) [8].
59
Прочность волокна в значительной мере определяет прочность текстильных изделий. В процессе переработки текстильные волокна подвергаются различным деформациям (растяжению, сжатию, кручению и др.), поэтому они должны обладать достаточной механической прочностью. Прочность волокон при растяжении выражается величиной разрывной нагрузки в Н/волокно или относительной разрывной нагрузкой Н/текс, а также разрывным напряжением Н/мм2 (кгс/мм2).
Растяжимость текстильных волокон, т. е. способность удлиняться под действием растягивающей нагрузки, повышает их сопротивляемость внешним механическим воздействиям, способствует оформлению текстильного изделия при его выработке. Растяжимость текстильных волокон характеризуется абсолютным или относительным удлинением.
Извитость является ценным свойством волокон, так как благодаря ей повышаются цепкость волокна и его прядильная способность. От извитости волокна зависят пушистость и объемность полученной текстильной нити. Извитость оценивается количеством извитков на 1 см длины волокна. Основные показатели физико-химических свойств текстильных волокон – гигроскопичность, стойкость к действию воды, свето-, термо- и биостойкость, химическая стойкость. Гигроскопичность текстильных волокон характеризуется их влажностью. Нормальная влажность волокнистого материала – это влажность, которую он приобретает в нормальных атмосферных условиях. Фактическая – влажность волокна, находящегося в фактических условиях; определяют ее опытным путем. Кондиционная – это влажность, устанавливаемая стандартами и техническими условиями для расчета при сдачеприемке материала. Обычно кондиционная влажность устанавливается близкой к нормальной. Масса партии волокнистого материала, приведенная к кондиционной влажности, называется кондиционной массой.
Полная оценка волокнистых материалов не исчерпывается перечисленными выше показателями, используют и другие показатели в зависимости от вида волокна или его назначения.
Различают геометрические, механические, физические и химические свойства волокон и нитей. К основным свойствам волокон относятся толщина, длина, прочность, удлинение, цепкость, гибкость, гигиенические свойства, устойчивость к воздействиям внешней среды (к действию света, нагревания, влаги, кислот, щелочей, окислителей, восстановителей, органических растворителей и др.).
60