Что такое полимерные материалы в одежде
Что такое полимерные материалы в одежде
ТЕКСТ: варя баркалова
Разбираемся, в чем отличие искусственных материалов от синтетических, и рассказываем, какие полимеры используют в производстве тканей.
Тогда писатели-фантасты пророчили, что в будущем полимеры окончательно вытеснят натуральные ткани. Мы видим, что этого не произошло. Даже наоборот, в какой-то момент рынок оказался настолько перенасыщен искусственными материалами, что синтетика стала синонимом плохого качества — так же как в свое время была символом наступающего прогрессивного будущего. А вскоре экологи забили тревогу: производство одежды из искусственных волокон начало сказываться на состоянии окружающей среды.
Реклама капроновых чулок, 1949
Почему мир полюбил и разлюбил синтетику? Всегда ли маркировка о содержании материалов с приставкой «поли-» должна настораживать? Для начала стоит разобраться, чем различается все это многообразие искусственных и синтетических волокон и почему вообще эти две группы — не одно и то же.
Спортивная одежда из лайкры и нейлона, 1980-е
Полиэстеры, а правильнее полиэфиры, — полимерные вещества, которые возникают при взаимодействии карбоновых кислот с многоатомными спиртами. К этой группе относятся, например, древесная смола, янтарь и шеллак — то есть далеко не только искусственные вещества. Полиэстеровое волокно же получают из расплава полиэтилентерефталата (ПЭТ) или его производных. Разработкой этого полимера занимались параллельно в Великобритании и СССР в сороковых годах прошлого века (вещество, полученное советскими учеными, запатентовано под названием «лавсан»), тогда его применяли для создания тонких пленок. Сейчас ПЭТ широко используется в производстве бытовых вещей — от пластиковых бутылок до армирования автомобильных шин. Волокну, которое вытягивают из расплава ПЭТ, можно придать разную форму: отсюда такое разнообразие текстур тканей, в составе которых есть полиэстер.
Пожалуй, самый знаменитый материал из полиэстерового волокна — флис. Это теплое и дышащее полотно легче шерсти и не подвергается биологическому разрушению. Его изобрели в 1979 году для полярной спецодежды, но он быстро стал популярен, и не только у любителей зимнего спорта.
В СССР был популярен состав хлопок+лавсан, он часто использовался для детских панталонов и штанишек
Molly Goddard осень-зима 2018, платье из 100% полиэстера
Кофта Patagonia из флиса
Вообще для полиэстера характерны легкость, износостойкость, прочность, низкая сминаемость и, конечно, дешевизна производства. Впрочем, именно ткани (то есть материалы, полученные переплетением нитей) очень плохо проводят влагу и воздух и создают около кожи своеобразный парник, отчего может случиться раздражение. Добавленный же в смешанные ткани, полиэстер делает их более долговечными и устойчивыми к воздействиям среды.
Полиамид,
нейлон и капрон
Полиамиды относят к пластмассам: в основном из этого класса веществ производят твердые конструкции. Хотя волокно тоже вытягивают — его обозначают на этикетках сокращением PA и часто используют как часть составного материала (подробнее о таких — ниже).
Нейлон — один из полиамидов, а вернее — семейство полимеров внутри этого класса. Разные нейлоны (собственно нейлон, найлон-11, капрон и другие) отличаются небольшими изменениями в строении мономера, из которого состоит полимерная молекула. Существует версия, что слово «нейлон» произошло от названий городов Нью-Йорк и Лондон (NYLON = New York + London), хотя вероятнее, что название производители придумали случайно. Впервые нейлон синтезировал в 1935 году американский химик Уоллес Карозерс, который работал на компанию DuPont, а чуть позже — в 1938-м — появился и знаменитый капрон. Это название, кстати, прижилось только в Советском Союзе, в остальном мире его как раз называют нейлоном. Благодаря исключительной прочности (нить диаметром 0,1 миллиметра выдерживает гирю в полкило!) капронового волокна его стали активно применять в изготовлении канатов, рыболовных сетей и технических тканей, а затем чулок и колготок.
Полиамидные волокна полюбились производителям за те же свойства, что и полиэстер: ткани из них мало мнутся, не садятся при стирке, не слеживаются и не вытягиваются, легко окрашиваются. Полиамид не выгорает на солнце, а еще не огнеопасен — при высоких температурах ткань не горит, а плавится. Но в то же время ткань на основе полиамида не впитывает влагу, очень быстро отводит тепло (а значит, не греет) и может вызвать аллергию.
Что такое полимерные материалы в одежде
Каждый тип материалов имеет свои плюсы и минусы. Резинотканевые материалы достаточно высокопрочные за счет состава несущей ткани и хорошей драпируемости, обеспечиваемой эластичным покрытием. Однако поверхностная плотность резинотканевых материалов (обычно от 150-200 до 300-400 г/м2) высока в основном из-за того, что часть слоя покрытия, внедренная в межниточное пространство ткани, утяжеляет материал. Полимерные пленочные материалы, используемые в изготовлении плащей и накидок для защиты от осадков, существенно легче. Они имеют поверхностную плотность от 50 до 150 г/м2. Но они недостаточно прочные и легко деформируемые.
Таким образом, изделия из резинотканевых материалов обладают необходимой прочностью, но очень тяжелые и поэтому неудобные в использовании. А изделия из пленочных материалов – легкие, но ненадежные. Самыми легкими, прочными и к тому же воздухопроницаемыми могут быть ткани с водоотталкивающей отделкой. Но и здесь есть недостаток – такие ткани не защищают от ветра.
В последние годы в качестве покровного материала одежды используются полимернотканевые материалы, то есть ткани с приклеенными к ним тонкими пленками. Они прочные, водонепроницаемые и легкие. Покрытие вместе с дискретно нанесенным слоем клея может утяжелять тканевую основу всего лишь на 30-50 г/м2. Еще более благоприятны для человека изделия из материалов с мембранными пленочными покрытиями. Изготовленная из них верхняя одежда защищает от ветра, не промокает и при этом отводит влагу от тела человека, тем самым обеспечивая комфорт и уменьшая тепловой стресс за счет испарительного охлаждения.
Мембранные материалы делятся на микропористые, диффузионные и многослойные. Принцип работы гидрофобных микропористых мембран таков, что они не смачиваются водой, но сохраняют диффузионный перенос молекул воды через поры за счет градиента давления паров. Диффузионные непористые мембраны (пленки гидрофильных полимеров) способны пропускать молекулы воды, так же как гидрофобные пористые, не проводя воду в виде жидкости. Движущей силой процесса диффузии является градиент концентрации молекул воды в полимере.
Мы разработали мембранотканевые материалы с полиэфирными пористыми пленками, которые имеют цилиндрические поры, полиолефиновыми пористыми пленками с щелевыми порами и полифторолефиновыми пленками с порами сложной формы.
Таблица 1. Характеристики исследованных мембранотканевых материалов
Мембранотканевые материалы, мкм
d, h – характеристический размер пор;
* мембраны представлены Институтом кристаллографии РАН;
** мембраны представлены МГУ прикладных биотехнологий;
*** мембраны представлены НТЦ «Владипор».
Несложно заметить, что наилучшими по сочетанию паропроницаемости и водоупорности являются полиолефиновые и полифторолефиновые мембранотканевые материалы. На основе последних были разработаны варианты одежды для специалистов, работающих на открытом воздухе и в непростых погодных условиях. Но еще более нуждаются в защите работники химического, нефтехимического и газового комплексов, где они могут быть подвержены воздействию газов, паров, аэрозолей, жидких сред.
В прошлые годы этому вопросу уделялось большее внимание. НИИ резиновой промышленности (впоследствии НИИ эластомерных материалов и изделий) совместно с научно-производственными организациями разработал резинотканевые материалы, обладающие высокой стойкостью к агрессивным химически и физически активным средам и надежно защищающие от физиологически активных веществ. Это такие материалы, как слоистые РТМ с фторкаучуковым покрытием, смесевыми покрытиями на основе бутилкаучука и этиленпропиленового каучука (см. табл. 2, группы 1 и 2).
Таблица 2. Группы защитных материалов, объединенные по свойствам
Группа и назначение
Изделия из этих материалов, наряду с очевидными положительными свойствами, имеют и недостатки, например, такие как значительная масса, обусловленная относительно большой поверхностной плотностью материалов. Чтобы ее снизить, применяют «барьерные» слои из тонких пленок застеклованных полимеров – полиамидов, полиэфиров, поликарбонатов. В этих вариантах конструкций барьерный слой, с учетом назначения материалов, располагается либо в наружном слое многослойного резинотканевого материала, либо во внутреннем.
Рис. 1. Схематичное изображение процессов защиты от агрессивных сред
Другой вариант снижения массы – использование многослойных пленок, которые примерно в два раза легче изделий из резинотканевых материалов. Так как пленки необходимо упрочнять, их дублируют с неткаными материалами и тканями. НИИЭМИ вместе с МГУ прикладных биотехнологий (МГУПБ) получил комбинированные материалы с высокой агрессивостойкостью и достаточной прочностью. Для людей, которым приходится работать в условиях воздействия больших тепловых потоков, в НИИЭМИ разработали материалы для производственной одежды металлургов. Совместно с ОАО «ПТС» созданы варианты этой одежды. При ликвидации аварий на нефтегазовых фонтанах специалисты должны быть защищены от высоких температур, мощных тепловых потоков. Совместно с ОАО «ПТС» созданы материалы и разработаны костюмы, обладающие высочайшей прочностью и агрессивостойкостью.
Рис. 2
Длительное пребывание в изолирующей защитной одежде, особенно в теплом климате, значительно увеличивает опасность теплового стресса. Кроме того, существует вероятность возникновения гипотермии, если она используется и в более холодном климате.
Полупроницаемые мембранные материалы обеспечивают перенос паров влаги от тела, который эффективно уменьшает теплонакопление в защитной одежде, и в то же время они предохраняют от проникания жидкостей, аэрозоля и от переохлаждений. Вместе с тем, несмотря на этот эффект, пары токсичных химикатов проникают через полупроницаемые материалы, что обуславливает необходимость дополнительного использования сорбционного материала для их поглощения. За рубежом такие комбинированные материалы используют в основном для изготовления костюмов военных.
В результате проведенных разработок и исследований в содружестве с НТЦ «Владипор» ФГУП НИИ синтетических волокон создал конструкции пакетов защитных материалов, вобравших достоинства мембранных пористых и волокнистых сорбционных материалов для средств индивидуальной защиты. Они имеют: несущий (упрочняющий) каневый слой, полупроницаемый мембранный слой, поглощающий слой и гигиенический слой. Такие комбинированные материалы могут применяться для изготовления одежды спасателей, работников силовых министерств, строительной отрасли, топливно-энергетического комплекса. Одежда из них легкая, достаточно прочная и долго защищает от непогоды и воздействия вредных веществ (рис. 3).
Сергей Резниченко, Валентин Гореленков, Ольга Шубина,
Сергей Шашков, Наталья Шмидт, Сергей Барбулев,
Глеб Перцовский, Денис Барбулев, Владимир Ананьев,
ООО НИИЭМИ, ОАО «ПТС», Московский государственный
университет прикладных биотехнологий
Полиамид: что за материал, применение, характеристики и примеры изделий
Для чего используется полиамид (ПА, PA), что это такое, характеристики этого материала, состав и свойства ткани, мы подробно расскажем в нашей статье.
История и современность
В это название входит целая группа подвидов материи, созданной в результате смешивания органических и искусственных волокон. Поэтому трудно определить точную дату, когда стали производить синтетику. В тридцатые годы прошлого столетия для покрышек автомобильных шин был придуман нейлон компанией «Дюпон». Из-за своих исключительных характеристик (прочности, пластичности) он стал применяться в создании одежды и обуви.
Только в 60-е годы экспериментальным методом было налажено производство полиамида, как самостоятельного вида новой ткани. Очень долго люди не принимали ее, так как привыкли одеваться из натурального материала. Но вскоре она заняла лидирующие позиции и ее включили, как обязательный компонент для создания изделий легкой промышленности. На сегодняшний день мы встречаем продукцию на каждом шагу (детали бытовой техники, компьютеров, посуды, строительные материалы, элементы в железнодорожных вагонах, самолетах и пароходах).
Особенности состава и производство
Данный вид получают из органических природных ресурсов, таких как: нефть, газ, древесный уголь. Изготовление происходит тремя способами:
В любом из этих этапов для достижения хороших результатов по огнеупорности и водостойкости применяют различные химические кислотные или хлоридные добавки.
Механические свойства изделий из полиамида
Виды разнообразных материалов из этого полимера по своим характеристикам схожи между собой. Их объединяют два основных качества – это прочность и долговечность. Рассмотрим все преимущества и недостатки.
Плюсы
К положительным особенностям можно отнести:
Минусы полиамидной ткани
К недостаткам необходимо отнести:
Технические качества и сферы применения
Такие характеристики, как износостойкость и прочность позволили конструктивному материалу применяться во всех отраслях народного хозяйства:
Разновидности и модификации
Полиамид и нейлон – это одно и то же волокно, которое широко и успешно используется во всем мире уже более 50 лет. Их свойства почти одинаковые, оба отличаются высокой прочностью при растяжении, стойкостью к износу, обладают широким интервалом минусовой и плюсовой температуры, выдерживают нагрузку паром до 140 градуса. На российском рынке используются ПА под номерами: 6, 66, 11, 12, 610. После вторичной переработки – 6-12, 6-21.
На мировых и русских заводах широко применяется группа PA 6. На основе этого вещества изготавливают конструкционный термопласт, который нашел свое место в горнодобывающей промышленности, в автомобилестроении. Благодаря своей стойкости к углеводородным продуктам, механическим свойствам и влагопоглощением этот компонент добавляют в производство ответственных узлов и деталей.
Виды тканей и область их применения
В современной индустрии используют семь основных типов, каждый из которого широко применяется во всех отраслях народного хозяйства.
Капрон
Это синтетическое полиамидное волокно, бело-прозрачное, максимально прочное. По сравнению с шелком имеет наибольшую эластичность. Изделия из него не стираются при многократной эксплуатации. В мокром состоянии очень стойкие, так как материал не впитывает влагу. Поэтому эта ткань идет на изготовление:
Это разновидность первого материала, название которого вошло в обиход у зарубежных химиков. Дополнительные характеристики – это повышенная теплостойкость и податливость к окрашиванию.
Нейлон
Самый старый по возрасту материал, который был синтезирован в 1935 году американским химиком и изобретателем Казореслом. После лабораторных исследований его представили общественности в конце тридцатых годов. Одна из легенд гласит, что термин произошел от названия Нью-Йорка и Лондона. Существует и альтернативная версия, якобы компания DuPont искусственно создало случайное слово из разных слогов «капрона».
До сих пор не затихают споры по поводу, что лучше нейлон, полиамид или пропилен. Все эти волокна обладают одними и теми же свойствами. Используются в разных областях промышленности.
Таслан
Повышенная прочность и лучшая воздухопроницаемость придает материалу тяжелый вес. Такая характеристика способствует для изготовления верхней одежды.
Джордан
Хорошая проводимость воздушных масс и отталкивание воды позволили из этой ткани шить куртки, плащи, ветровки и комбинезоны для взрослых и детей. Основа данного текстиля представляет собой полотно с особым плетением, где прочность усиливается из-за добавления в состав армирующих нитей. Это придает внешнему виду гладкость со своеобразным переливом.
Велсофт
Это современный материал, полюбившийся дизайнерами для пошива одежды для малышей. Второе название – микрофибра. Обладает фактурой велюра, очень мягкая и пушистая на ощупь. При этом не пропускает холодные воздушные массы, при многочисленных стирках не скатывается и не изнашивается. Одеяла, покрывала и полотенца, сшитые из него, прослужат долгое время.
Тактель
Это микроволокно, имеющее двухслойную структуру, обладающее всеми положительными характеристиками, используется для производства особых специальных костюмов, которые применяются в условиях холодного климата: спортивная и туристическая одежда, нательный трикотаж, компрессионные лосины, гольфы, носки и чулки для восстановления мышц после травм от тренировок.
Использование
Синтетическое полиамидное волокно – это материал неорганического происхождения, синтизированный из нефти, газа или древесного угля. Основные свойства позволяют применять полотно для изготовления ковровых покрытий, огромного ассортимента одежды (от носков до курток), искусственного меха и ниток для вязания, рыболовных снастей, галантерейных товаров, лент для конвейерного оборудования и многих других изделий легкой и тяжелой промышленности.
Технические характеристики
Перечислить все свойства полиамидов в цифрах не представляется возможным. Рассмотрим несколько распространенных видов:
Для создания полиэстера или нейлона применяются различные добавки, которые дают дополнительные данные по изгибающему напряжению, по температурному изгибу под грузом и другие.
Историческая справка
Изделия
Мы большое внимание уделили товарам народного потребления, выпущенных легкой промышленностью. Акцент хочется поставить на те вещи, которые используются для технических целей. Материал полиамид успешно применяется в производстве:
А также этот материал применяется для выпуска деталей:
Все изделия представлены в каталоге торгово-производственной компании «МПласт».
Основные характеристики
Полимерная ткань обладает следующими свойствами:
Для изменения базовых свойств применяют различные добавки, такие как: минеральные наполнители и оптоволокно. Для обработки подходят все методы: фрезерование, сверление, точение, сваривание и шлифование. Хорошо поддается окрашиванию. Минусом является плохая проницаемость воздуха, что негативно сказывается на изготовлении одежды для маленьких детей. Также невозможна эксплуатация изделий при температуре ниже 40 градусов, это может привести к ломкости и крошению. Людям, страдающими аллергией категорически запрещено использовать трикотаж из этого волокна.
Мы привели массу отличий и подробно описали, что это такое – полиамид, вреден этот материал или нет, в какой одежде он находит применение, чем отличается от полиэстера и в чем состоит разница между ним и нейлоном.
Полимерные материалы
Развитие современных технологий привело к появлению материалов, которые обладают исключительными эксплуатационными качествами. Полимерные материалы могут обладать молекулярной массой от нескольких тысяч до нескольким миллионов. Основные качества подобных материалов определяют их большое распространение. С каждым годом на долю полимеров приходится все большее количество выпускаемой продукции. Именно поэтому рассмотрим их особенности подробнее.
Свойства полимеров
Применение полимеров весьма обширно. Это связано с особыми качествами, которых обладает рассматриваемый материал. Сегодня полимерные материалы встречаются в самых различных областях, присутствуют практически в каждом доме. Процесс производства полимерных материалов постоянно совершенствуется, проводится изменение состава, за счет чего он приобретает новые эксплуатационные качества.
Физические свойства полимеров можно охарактеризовать следующим образом:
Напольное покрытие из вспененного полимерного материала
Рассматривая характеристики распространенных полимеров, не стоит забывать о нижеприведенных качествах:
Стоит учитывать тот момент, что химический состав полимерных материалов может существенно отличаться. В ГОСТ представлена процедура качественной оценки, которая основана на баллах.
Большое распространение полимерные материалы получили в промышленности, так как имеют повышенную стойкость к неорганическим реактивам. Именно поэтому они применяются при производстве баков для чистой воды или особо чистых реактивов.
Вся приведенная выше информация определяет то, что полимеры получили просто огромное распространение в самых различных отраслях. Однако не стоит забывать, что насчитывается несколько десятков основных типов полимерных материалов, все они обладают своими определенными качествами. Именно поэтому следует подробно рассмотреть классификацию полимерных материалов.
Классификация полимеров
Есть довольно большое количество показателей, по которым синтетические полимерные материалы могут классифицироваться. При этом классификация затрагивает и основные эксплуатационные качества. Именно поэтому рассмотрим разновидности полимерных материалов подробнее.
Классификация проводится по агрегатному состоянию:
Различные виды полимерных материалов обладают разными эксплуатационными качествами. Именно поэтому следует рассматривать их особенности. Есть в продаже полимеры, которые до соединения находятся в жидком состоянии, но после вступления в реакцию становятся твердыми.
Классификация полимеров по происхождению:
Большее распространение получили полимерные материалы синтетического происхождения, так как за счет смешивания самых различных веществ достигаются исключительные эксплуатационные качества. Искусственные полимеры сегодня встречаются практически в каждом доме.
Классификация синтетических материалов проводится также по особенностям молекулярной сетки:
Варианты структуры полимеров
Классификация проводится и по природе гетероатома:
Кроме этого выделяют две большие группы полимерных материалов:
Существует просто огромное количество разновидностей карбоцепных полимеров:
Вся приведенная выше информация определяет то, что существует просто огромное количество разновидностей полимерных материалов. Этот момент также определяет их широкое распространение, применение практически во всех отраслях промышленности и сферах деятельности человека.
Применение полимеров
Современная экономика и жизнь людей просто не может обойтись без полимерных материалов. Это связано с тем, что они обладают относительно невысокой стоимостью, при необходимости основные эксплуатационные качества могут изменяться под конкретные задачи.
Применение полимерных материалов
Рассматривая применение полимеров, следует уделить внимание нижеприведенным моментам:
Изначально в качестве сырья при производстве полимеров использовали низкокачественные низкомолекулярные вещества. Именно поэтому у них было огромное количество недостатков. Однако совершенствование технологий производства привело к тому, что сегодня полимеры обладают высокой безопасностью при применении, не выделяют вредных веществ в окружающую среду. Поэтому они стали все чаще использоваться при изготовлении вещей, применяемых в быту.
В заключение отметим, что рассматриваемая область постоянно развивается, за счет чего стали появляться композитные материалы. Они обходятся намного дороже полимеров, но при этом обладают исключительными физическими, химическими и механическими качествами. В ближайшее время полимерные материалы будут все также активно применяться в самых различных областях, так как альтернативы для их замены пока не существует.