Главной составляющей любого текстильного изделия (тканей) являются волокна.
1. Натуральные волокна
Применяемые в промышленности волокна по происхождению делятся на натуральные и химические.
Натуральные волокна можно разделить на растительные, животные. Животные волокна ― это волокна белкового происхождения: шерсть и шёлк.
Химическую природу шерстяного волокна определяет белковое соединение ― кератин. Кератин имеет сложное строение, при его гидролизе образуются аминокислоты: лейцин, глутаминовая кислота, цистин и др. Наиболее характерной для шерсти аминокислотой является цистин:
Считают, что поперечная дисульфидная –S–S– -связь обеспечивает шерсти специфическое свойство несминаемости.
Особенностью структуры шерсти является то, что поверхностный чешуйчатый слой гидрофобен, а внутренние слои гидрофильны, но поскольку доля последних намного больше, то в целом шерсть гидрофильна, хотя процесс сорбции влаги весьма медленный. В стандартных условиях шерсть поглощает ~ 15―16 % влаги (хлопок ― 8 %).
С поглощением воды связана способность волокон к набуханию. Степень набухания влияет на скорость сушки изделий: так шерстяные изделия высушиваются в 5 раз медленнее, чем найлоновые. Влажность волокна способствует понижению его прочности, вызванному ослаблением ионных связей между ионами –СОО– и –NH3+ и разрывом водородных связей между цепями кератина. Изделия из шерстяных волокон редко подвергаются стирке, так как они легко поддаются усадке, свойлачиваются, и форма их с трудом восстанавливается.
Кислоты не оказывают разрушающего действия на шерстяные изделия. Наоборот, шерсть впитывает кислоту и вступает с ней в химическое взаимодействие. На этом свойстве шерсти основано использование шерсти для кислотозащитных костюмов ракетчиков и при крашении шерсти кислотными красителями.
Особенно сильно шерсть разрушается под действием щёлочи, даже в очень слабых растворах шерсть быстро растворяется. При этом разрушаются ионные и дисульфидные связи и происходит гидролиз пептидных связей:
Шерстяные ткани являются наиболее высококачественными и используются для изготовления основных предметов военной одежды генералов, адмиралов, офицеров, солдат и матросов. По сравнению с хлопчатобумажными и льняными тканями они обладают рядом преимуществ: хорошей теплозащитностью и воздухопроницаемостью, малой сминаемостью и загрязняемостью, медленной намокаемостью, пластичностью и т. д. Шерсть входит в состав ткани суконной шинельной, костюмной для старших и младших офицеров (таблица 1):
Таблица 1.
Состав ткани суконной шинельной, костюмной
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
2. Целлюлозные волокна
Растительные волокна в центральной части имеют канал. Этим объясняются относительно высокая прочность, значительная влагоёмкость, хорошая накрашиваемость этих волокон.
Основным химическим веществом всех растительных волокон является полисахарид целлюлоза
где: n = 10―15 тыс.
В хлопке содержится до 96,5 % целлюлозы.
Наличие многочисленных ОН-групп в молекуле целлюлозы обуславливает высокую гигроскопичность хлопка, которая составляет 7―8 %.
Всё волокно хлопка пронизано порами различного размера. Именно через поры влага и воздух проникают в волокно, и именно поэтому мы чувствуем себя комфортно в одежде из хлопка даже в жару. Целлюлоза в отличие от шерсти чувствительна к растворам кислот. При попадании разбавленных неорганических кислот (соляной, серной) волокно разрушается. К действию растворов щелочей хлопковое волокно устойчиво при умеренных температурах. Под действием концентрированной щёлочи структура волокна претерпевает ряд химических и физико-химических изменений.
Процесс обработки целлюлозы щёлочью называется мерсеризацией:
Щелочная целлюлоза неустойчивое соединение, легко разлагается водой:
Такая регенерированная целлюлоза отличается от обычной целлюлозы физической структурой: она более доступна для реагентов и влаги, благодаря чему изделия из неё более прочные и шелковистые на ощупь. Из регенерированной целлюлозы получают искусственные волокна.
Хлопчатобумажные ткани (х/б) являются самыми распространёнными в армии. Это объясняется наличием у них хороших эксплутационных свойств: высокая прочность на разрыв, небольшой вес (лёгкие ткани), устойчивость к износу, термостойкость; хлопчатобумажные ткани отличаются необходимыми санитарно-гигиеническими свойствами (гигроскопичность, воздухопроницаемость). Они хорошо впитывают влагу, но интенсивное выделение пота вызывает возникновение мокрых пятен на одежде, что приводит к утрате тепла и дискомфорту. Для решения этой проблемы предложена трехслойнаа системе одежды, где контактным слоем является термоактивное белье. Сухое, теплое и «дышащее» белье ― незаменимый элемент этой системы. Эффективность вывода пота через полярную одежду и наружную мембрану ограничена способностью пропускания испарений сквозь ближайший к телу слой, который является наиважнейшим элементом термоактивной системы. Правильная конструкция ткани придает одежде прекрасные термохарактеристики. Во время физической нагрузки перегревающийся организм, дабы охладиться и удержаться в нормальной жизненной температуре, выделяет влагу в виде пота. Пот, поглощаемый с поверхности тела сквозь внутренний слой ткани, транспортируется через средний слой, сотканный так, чтобы сделать возможной свободную циркуляцию воздуха, благодаря чему испарения оказываются на поверхности наружного слоя и в дальнейшем выпариваются. Этот процесс позволяет регулировать влажность внутри одежды и поддержание должного микроклимата около кожи.
На основе целлюлозы получают также искусственные волокна [3; 5].
3. Искусственные волокна
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
Искусственные волокна получают путём обработки природного полимера ― целлюлозы ― химическими реагентами.
Основными искусственными волокнами на основе целлюлозы являются вискозное и ацетатное волокна.
В тканях военного ассортимента присутствует вискозное волокно. Все искусственные волокна получают по следующей схеме (рисунок 1):
Рисунок 1. Принципиальная схема получения искусственных волокон
При обработке целлюлозы щёлочью образуется щелочная целлюлоза, которая лучше набухает и поддаётся химической обработке:
[C6H7O2(OH)3]n + NaOH ª [C6Н7О2(ОН)2ОNa]n
щелочная целлюлоза
Если в качестве реактива использовать сероуглерод (СS2), то получается густой, вязкий раствор ― вискоза (ксантогенат целлюлозы). После пропускания вискозы через раствор серной кислоты образуется полимер, химический состав которого соответствует целлюлозе, но с меньшей молекулярной массой ― вискозное волокно (рисунок 2):
Рисунок 2. Схема получения искусственных полимеров
Вискозное волокно обладает меньшей стоимостью, по сравнению с хлопком, и высокими санитарно-гигиеническими свойствами ― оно более гигроскопично, чем хлопок (Г = 11 %), имеет хорошую пористость и сорбционную способность, устойчиво к действию большинства органических растворителей, не подвержено действию моли.
Сейчас практически во все хлопчатобумажные ткани и трикотаж в целях экономии хлопка добавляют до 10―20 % вискозного волокна. Такие ткани сохраняют свойства хлопковых, но превосходят их по накрашиваемости. Это бельевые и сорочечные ткани, трикотаж.
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
В тканях военного ассортимента вискозные волокна входят в состав подкладочных, сорочечных и суконных тканей. Например, саржа подкладочная идёт на подкладку к пальто, кителям и мундирам для всех военнослужащих. Кашне офицерское ― 100 %-ная вискозная ткань.
4. Синтетические волокна
Синтетические волокна формуют из синтетических полимеров, полученных в результате химического синтеза.
Синтетические волокна имеют важные преимущества перед природными, натуральными волокнами: они обладают повышенной прочностью, эластичностью, устойчивостью к износу и усадке, меньшей сминаемостью.
Недостаток ― низкая гигроскопичность (обычно не превышает 0,4 %.). В настоящее время появилась возможность создавать волокна с заранее заданными свойствами. Получены волокна с заданной прочностью (кевлар), огнестойкостью (фенилон), с бактерицидными и другими полезными свойствами.
Синтетические волокна используют в смеси с натуральными волокнами. Такие смешанные волокна входят в состав тканей военного ассортимента и придают им определённые свойства (прочность, несминаемость, устойчивость к истиранию и т. д.).
К полиэфирным синтетическим волокнам относится лавсан ― полиэтиленгликольтерефталат:
Это волокно отличает прочность и несминаемость, отсутствие усадки и растяжения. Его используют в тканях военного ассортимента в смесях с хлопком, шерстью и другими волокнами. На этикетках его обозначают словом «полиэстер». Сейчас это весьма распространённая группа волокон и тканей из них, причём свойства этих материалов существенно различаются в зависимости от состава, а состав зависит от того, какие вещества использовались для синтеза данного полиэфира. Костюм летний х/б полевой (куртка, брюки) имеет состав 50 % полиэстера и 50 % хлопка. Костюм зимний полевой (куртка, брюки) имеет состав 80 % полиэстера и 20 % вискозы. Для изготовления парадной формы используют лучшие ткани российского производства. Они меньше сминаются и изнашиваются, так как в них используют полиэфирные волокна, основу которых составляет полиэстер. Ткани имеют также водо- и грязеотталкивающую тефлоновую отделку.
Фенилон ― полимер изофталевой кислоты и ароматического диамина (мета-изомера):
Выдерживает очень высокую температуру, его можно эксплуатировать при tо = +250°С, он выдерживает открытое пламя ~ 20 сек. Идёт на изготовление специальной одежды танкистов и пожарных.
Кевлар ― полимер терефталевой кислоты и ароматического диамина (пара-изомера):
Кевлар ― один из самых интересных материалов взятых на вооружение армией многих стран и государств мира [2] ― идёт на производство современных бронежилетов, которые отличает высокая пуленепробиваемость и очень малая масс, защитных шлемов.
Ткани «Русар» и «Армос» полученные на основе кевлара, обладают повышенной прочностью, не уступают по прочности стали, но в пять раз легче её.
Они применяются:
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
· в авиации (самолёт может уцелеть от взрыва бомбы, если наиболее уязвимые места защитить щитами из русара);
· в судостроении (внешняя обшивка корабля);
· для изготовления защитного шлема «Сфера»;
· для производства пуленепробиваемых жилетов.
Современный бронежилет «Грань-Д» отличается от старых образцов [1]
· меньшим весом (почти в два раза),
· повышенной пуленепробиваемостью,
· имеет пять степеней защиты:
1. от штык-ножа;
2. от пистолета М а к а р о в а (ПМ);
3. от автомата К а л а ш н и к о в а (АКМ);
4. от пистолета Т о к а р е в а (ТТ);
5. от снайперской винтовки Д я г т е р ё в а (СВД).
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
Рисунок 3 – Испытание кевлара (бронежилет Грань-Д)
Ткани «Русар» и «Армос» применяются также: для производства обуви с противоосколочной защитой: стелька из 10 слоев «Русара» выдерживает действие осколков наступательной гранаты (рисунок 4):
Рисунок 4. Обувь с противоосколочной защитой
Автор патента [4] материала такой обуви — начальник ВФ ВА МТО.
5 Современные виды тканей
Наноткань — альтернатива недостаткам, присущим натуральным и некоторым синтетическим волокнам.
Химики в Университете Цюриха разработали новую ткань, которая не намокает даже при полном погружении в воду на два с половиной месяца. Эта наноткань изготовлена из нитей полиэстера, покрытых 40 нанометровым слоем остроконечных нановолокон. Нановолокна принуждают капли воды собираться над тканью и обеспечивают постоянный слой воздуха по её поверхности. Такие нановолокна можно использовать в производстве ткани палаточной.
В России тоже велись исследования. Покрыть ткань металлом так, чтобы она осталась легкой и продолжала дышать, до сих пор не удавалось никому. Свои опыты лаборатория ионно-плазменных процессов, что в Ивановском химико-технологическом университете, начала еще в советское время, задолго до появления слова «нано». В настоящее время российским химикам удалось получить нановолокна с металлическими покрытиями, обладающими уникальными свойствами: нержавейка на шелке, диоксид титана на шифоне, алюминий на вискозе — очень удобные материалы для военных. Например, человек в комбинезоне из алюминиевой ткани — абсолютная невидимка для приборов ночного видения. А тончайшая органза, покрытая слоем металла, блокирует электромагнитные волны. Проделали опыт: вот сотовый телефон уверенно работает, но стоит накрыть его такой тканью, и он уже не работает, то есть происходит сбой сотовой связи.
Перспективные исследования по разработке новых технологий получения современных тканей военного ассортимента продолжаются, и, с точки зрения военного человека, у них — большое будущее.
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
Список литературы:
1.Бронезащита для бронежилета. Патент RU 2331835 C1 Заявка 2007113671/02 от 12.04.2007. Авторы — Злыднев Михаил Иванович (RU) и др.
2.Кевлар. Википедия. [Электронный ресурс] — Режим доступа. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/ %D0 %9A %D0 %B5 %D0 %B2 %D0 %BB %D0 %B0 %D1 %80
3.Ряузов А.Н., Груздев В.А., Бакшеев И.П. Технология производства химических волокон. — Москва, Химия, 1980. — 448 с.
4.Способ изготовления бронепанели из полимерных композитов и бронепанель из полимерных композитов. Патент RU 2414670 C2 Заявка 2008148438/12 от 08.12.2008. Авторы — Горбунов Михаил Михайлович (RU) и др. (дата публикации заявки: 20.06.2010)
5.Характеристика химических волокон. Справочник, М., 1966.