Умная ткань спортивных курток. Умные ткани

Международные патентные заявки

Уровень технологического развития
в россии

« Заделы»: наличие базовых знаний, компетенций,
инфроструктуры, которые могут быть использованы для форсированного развития соответствующих направлений исследований.

ЭФФЕКТЫ

Облегчение жизни больных с хроническими заболеваниями.

Возможность личного контроля состояния своего здоровья вне зависимости от местонахождения.

Изменение отношения людей к здоровью и медицинским услугам: первичную информацию о состоянии своего здоровья они будут получать самостоятельно.

ОЦЕНКИ РЫНКА
$ 7,8   МЛРД

достигнет мировой рынок носимых медицинских устройств к 2020 году
(при среднегодовых темпах роста в 15%).
Самый крупный сегмент рынка будет у США. Наиболее быстро будет расти рынок Азиатско-Тихоокеанского региона, его темпы роста к указанному горизонту составят 23,8%.

ДРАЙВЕРЫ И БАРЬЕРЫ

Распространение носимых устройств мониторинга показателей здоровья.

Развитие персонализированной
медицины.

Разработки в области создания гибких компьютеров, проводов и т.п., которые можно вплетать в ткань без потери комфорта
и удобства.

Высокая себестоимость «умной» одежды сдерживает ее массовое распространение.

Отсутствие единых стандартов
и требований к такому виду одежды.

Недоверие людей к хранению
и передаче данных о здоровье.

МЕЖДУНАРОДНЫЕ НАУЧНЫЕ
ПУБЛИКАЦИИ

МЕЖДУНАРОДНЫЕ ПАТЕНТНЫЕ
ЗАЯВКИ

Спустя 29 лет предсказание фильма «Назад в будущее» сбылось: «умная» одежда стала частью нашей жизни. Теперь на полках магазинов можно встретить растущие куртки, лечащие футболки и даже кроссовки Марти Макфлая, которые сами завязывают шнурки. Взлет «умных» вещей на рынке подтверждают и аналитики: данные компании Juniper Research говорят о том, что продажи инновационной одежды продолжат расти и достигнут 1 миллиарда долларов к 2020 году. А со временем такие наряды превратятся из инновации в повседневные технологии для работы и жизни.

Бум на производство «умных» вещей пришелся на девяностые. Тогда к выпуску инновационной одежды присоединились дизайнеры. Первым коммерческим продуктом на стыке моды и науки стала куртка Philips и Levi Strauss. В нее встроили плеер, сотовый телефон и гарнитуру. В начале нулевых появились более сложные разработки, но они так и остались на стадии прототипа. Например, костюм Cyberia Survival Suit оснастили нагревательными элементами, датчиками, измеряющими пульс, температуру, влажность и положение тела. Но конструкция была слишком сложной и тяжелой, чтобы ее носить.

Сегодня разработчики «умной» одежды ищут баланс между стилем, удобством и технологичностью. Появляются вещи со встроенными датчиками и компьютерами, которые незаметны для носителя одежды, и даже шьются они из «поумневшего» текстиля.

Заботливая одежда

Одно из направлений в разработке «умной» одежды — безопасность: технологии создаются, чтобы оберегать людей от несчастных случаев на производстве. Например, команда китайского балкера Great Intelligence носит «умные» спасательные жилеты. Они сообщат оператору, если моряк упал за борт, и помогут определить, где он находится. С таким жилетом человек не потеряется даже ночью или в шторм, а капитан будет в курсе ситуации на корабле.

Травмы можно получить не только в условиях повышенной опасности, но и во время банальных занятий спортом. Растяжения после неправильного бега — частое явление среди профессионалов и новичков. Чтобы снизить количество травм, компания Heapsylon разработала носки, которые мониторят нагрузку на стопу и лодыжку во время тренировки. В носки вшиты сенсоры давления: они собирают данные во время бега и сразу передают их в мобильное приложение.

Применение смарт-одежде нашлось и в детских вещах. Чтобы помочь беспокойным родителям грудничка, разработчики компании Mimo придумали «умное» боди для малышей. Через мобильное приложение боди сообщает родителям, спит или бодрствует ребенок и в какой позе он находится. Если малыш заплачет, родители услышат это даже на расстоянии. В боди вшит микрофон, который передает все звуки в мобильный телефон мамы или папы.

«Умные» материалы

В конце девяностых ученый MIT Реми Пост создал первое поколение «умного» текстиля. Он внедрил микросхемы в ткань и одновременно сохранил свойства материала: легкость, эластичность и мягкость. Сегодня в волокна ткани вплетаются микропроцессоры, электролюминесцентные частицы и различные сенсоры, чтобы изменить привычные свойства одежды и повысить ее функциональность.

По прогнозу IDC Worldwide Quarterly Wearable Device Tracker, в 2021 году отгрузят 22,3 миллиона вещей из «умной» ткани.

По прогнозу IDC Worldwide Quarterly Wearable Device Tracker, в 2021 году отгрузят 22,3 миллиона вещей из «умной» ткани. В их число попадет куртка от Google и Levi’s из материала Jacquard. Ткань позволяет управлять телефоном дистанционно — достаточно положить гаджет в карман куртки. Инновационный материал сделан из токопроводящих нитей. Они вшиваются в поверхность куртки и делают ткань сенсорной. Надо дотронуться до чувствительного участка на манжете, чтобы ответить на звонок или включить музыку на телефоне.

«Умные» материалы помогут сберечь ваши деньги. Так, спортивный бренд inov-8 вместе с учеными Манчестерского университета создал «вечные» кроссовки. Производители добавили в каучуковую подошву один из самых прочных материалов на планете — графен. Он сделал обувь в два раза эластичнее и устойчивее к износу. А когда графеновая подошва сотрется, ее можно обновить, чтобы не покупать новые кроссовки.

Сэкономить получится не только на обуви, но и на верхней одежде. Американский стартап Otherlab создал куртку, которая утолщается, если на улице холодает, и становится тоньше, если теплеет. Получается, ее можно носить в любой сезон и не тратиться на покупки. Ткань, из которой сшита куртка, состоит из чередующихся слоев с разными свойствами. Каждый слой по-своему реагирует на изменение температуры. Одни при охлаждении сужаются, и ткань образует «воздушные карманы». Другие же расширяются, если теплеет, — материал становится плоским.

Компьютеры внутри

Драйвером развития рынка «умных» вещей аналитики Brookings считают старение населения. Уже к 2020 году рынок одежды для больных и пожилых вырастет до 58,8 миллиарда долларов, говорится в отчете Statista. Один из гаджетов этого сектора — пара ботинок B-shoes , которая не дает человеку упасть. В обувь встроен микропроцессор, датчики, устройство движения и аккумуляторы. Когда датчик и алгоритм определяют нарушение баланса хозяина ботинок, они заставляют устройство шагнуть назад. Так они помогают человеку сохранить равновесие.

Чтобы люди с заболеваниями вовремя получали медицинскую помощь, ученые из Мадридского университета разработали «умную» футболку. Принцип ее работы как у технологичного жилета: она круглосуточно следит за состоянием здоровья носящего ее человека и даже сама может вызвать скорую помощь.

Рынок «умной» одежды только начал развиваться, но компании вроде Apple, Google, Levi’s и Samsung задали тренды этой индустрии. Аналитики Juniper Research уверены, что в ближайшие годы одежда станет не просто предметом гардероба, а технологическим продолжением нас самих.

Ткань из тефлона, меди, шерсти и светочувствительных волокон позволяет превращать энергию солнца и механического движения в электричество.

Технический прогресс начала XX в. не только дал нам самолёты, космос и прочее, он ещё и изрядно подтолкнул воображение писателей и художников. Многое из того, о чём мечтали в те годы, для нас теперь повседневная рутина, но немало идей так и остались в мире чистой фантазии - в том числе и те, что касаются одежды и связанных с ней приспособлений.

Примеры использования гибридной «умной» ткани: зарядка конденсатора, зарядка мобильного телефона, питание электронних часов и электролиз воды (Иллюстрация Jun Chen et al., Nature Energy 1: 16138 (2016). http://www.nature.com/articles/nenergy2016138)

С развитием различных технологий, таких, как трёхмерный принтер и сложносочинённые материалы, фантазии про «умную» одежду становятся всё более реальными, и мы даже можем купить кроссовки с самозавязывающимися шнурками, но, скажем, об одежде с встроенной автономной электроникой мы пока можем только мечтать. Тем не менее, прогресс на то и прогресс, чтобы превращать мечты в реальность.

Цзюнь Чэнь (Jun Chen ), И Хуан (Yi Huang ) и их коллеги из США и Китая разработали «умную» гибридную ткань, которая преобразует энергию солнца и механического движения в электричество. Она состоит лёгких полимерных волокон «солнечной панели», сплетенных с трибоэлектрическими наногенераторами (ТЭНГ). Трибоэлектричеством называют наведение заряда за счёт трения; так, например, мы заряжаем янтарь, когда натираем его шерстью.

Как устроена такая ткань? Композитные полимерные светочувствительные волокна и тефлоновые «ленты» служат нитями основы, а медная и цветная шерстяная нить – нитями уткА. Всё переплетается вместе на ткацком станке полотняным плетением (нити пересекаются через одну), с чередованием участков из «солнечных» волокон и ТЭНГ-полосками, либо в шахматном порядке. Итоговый материал получается толщиной около 0,3 мм.

Светочувствительные волокна состоят из проводящих сердцевины и оболочки, между которыми расположены слои оксида цинка и красителя. При поглощении солнечных лучей на поверхности между оксидом цинка и красителем происходит образование пар электрон-дырка (где дырка – носитель положительного заряда). Дырки отправляются внутрь волокна и по проводнику в сердцевине уходят на электрод. Тем временем электроны переходят с поверхности волокна на медные нити, переплетающие светочувствительное волокно, и «стекаются» на противоположно заряженный электрод. Таким образом солнечная энергия преобразуется в электрическую.

«Ленты» тефлона (политетрафториэтилена), нанесённые на тонкий проводник с обеих сторон, служат основой ТЭНГ. Медные нити, которые переплетают и их, соприкасаются с тефлоном при движении (то есть сгибах, натяжении и давлении на материал). Разность в энергии сродства электронов меди и фтора приводит к тому, что электроны перескакивают с поверхности меди на атомы фтора. В результате медный провод оказывается заряжен положительно, а полоска тефлона – отрицательно, после чего электроны «стекают» по проводнику на общий электрод.

Материаловеды протестировали разные виды плетения гибридной «ткани» и пришли к выводу, что при полотняном плетении площадь перекрытия светочувствительных волокон минимальна, что приводит к увеличению полезной поверхности для сбора энергии. Что касается ТЭНГ, то, как и в случае с «солнечной» частью ткани, полотняное плетение позволяет собирать энергию механического движения наиболее эффективно. Также оказалось, что хлопок рукой производит наибольшую мощность тока по сравнению со сгибанием материала.

Из возможных направлений сгибания ткани самым «мощным» в трибоэлектрическом смысле является сгиб вдоль полосок тефлона. Это нужно учитывать при крое, чтобы максимизировать мощность выработки электричества. Кроме того, выяснилось, что «солнечные» участки и ТЭНГ сильно отличаются по внутреннему сопротивлению, поэтому для оптимальной мощности фрагменты «умной» ткани нужно соединять с помощью диодов, которые ограничивают ток в одном из направлений и препятствуют короткому замыканию ТЭНГ.

«Полевые» исследования показали, что эффективность трибологического сбора энергии снижается с влажностью воздуха, но восстанавливается, если высушить ткань. Воздействие повышенной влажности воздуха можно свести к нулю ламинированием ТЭНГ, хотя это усложнит процесс создания ткани. Исследователи сплели лоскуток гибридной ткани размером 4х1 см – его оказалось достаточно, чтобы за 1 минуту при интенсивном освещении зарядить промышленный конденсатор ёмкостью в 2 миллифарада с напряжением до 2 вольт, который можно использовать для питания электронных часов или зарядки мобильного телефона.

Полностью результаты работы опубликованы в Nature Energy . Авторы статьи предлагают нашивать умную ткань на флаги, палатки, использовать её энергию для электролиза воды (альтернатива способу, предложенному в статье про и делать одежду со встроенной электроникой.

Проблема питания «носибельной» электроники тесно связана с экологичным производством электроэнергии как таковым. Конечно, это достаточно глобальная задача, но, как часто бывает, частные решения точечных проблем могут иметь далеко идущие последствия.

Гибкая и эффективная ткань, способная собирать энергию из окружающей среды для «электронной» одежды или обуви, возможно, является именно таким случаем. Вообще же применений «тканного электрогенератора» можно придумать очень много, и вопрос «а что ещё можно сделать с такой тканью?» даёт нам хороший повод перечитать научную фантастику первой половины прошлого века.

Самой практичной на сегодняшний день является новинка в мире мебельных тканей IQ ткань . Этот удивительный материал позволит вам наконец-то вздохнуть свободно. Помните, в вашем доме для вашего нового дивана всегда имеется множество рисков: малыши-художники, домашние питомцы или веселые компании друзей и знакомых. Коллекция IQ разработана с использованием нанотехнологий, что защищает ее структуру от любых загрязнений и от когтей кошек и собак. Царапающие коготки, грязные лапы ваш диван, обитый умной тканью выстоит, в любой ситуации. Как убрать следы от маркера и авторучки, сока, вина или красок и прочие детские шалости с мебели? Умная обивка легко справится со всем этим- просто нужно протереть загрязнения мокрой губкой или влажной салфеткой, и диван снова чистый! И что самое приятное, теперь в больших и веселых компаниях не стоит бояться отдыхать на светлых диванах они сохранят свежий вид и чистоту максимально долго.

IQ-обивка дивана действительно мечта любой домохозяйки, причем использованные нанотехнологии повышают экологичность мебели. Суть инновации в защите внутренней структуры ткани от любых, даже микрочастиц грязи и бактерий. Высокая экологичность материалов, использованных в производстве IQ подтверждена сертификатом Oeko-Tex. Долговечность такой обивки мебели тоже впечатляет ваши дети вырастут, диван вам надоест, а ведь будет по-прежнему чист, опрятен и свеж! По этой же причине умная ткань идеально подходит как для перетяжки мебели, так и для перетяжки салона в автомобиле она вынесет любые нагрузки, и переживет само авто.

Как удалить пятна и загрязнения с мебели? Как правильно почистить ткань на диване?

Образовавшееся пятно необходимо немедленно промокнуть. Пятна данного типа убираются без усилий хорошо впитывающей и абсолютно белой тканью. Постарайтесь максимально осушить место намокания ткани. Аккуратно, смочив чистую ткань в воде или легком мыльном растворе, круговыми разглаживающими движениями от края пятна к его центру протрите поверхность.

Чистить обязательно от края к центру, чтобы избежать проникновения грязи в структуру ткани и как следствие, расширения площади пятна. Ткань, которой производится чистка, следует менять после каждой манипуляции. В конце чистки промокните место пятна сухой ветошью.

После сушки, обработайте место чистки мягкой щеткой, чтобы ворс приобрел прежний вид.

ПОМНИТЕ! В случае если вы не удаляете пятна сразу это сильно затруднит последующую чистку. Периодически чистите мебель пылесосом. Это поможет сохранить вашу мебель в хорошем состоянии на долгие годы.

Стрессоустойчивые ткани

Стрессоустойчивые ткани с функцией «Антикоготь » обладают высокопрочным составом и не боятся когтей домашних питомцев. Собаки и кошки быстро теряют интерес к мебели из стрессоустойчивой ткани, т.к. поточить коготки не получается. И ваш умный диван сохранит свой первоначальный вид и элегантность на долгие годы.

​Инженеры - электронщики из Цюриха изобрели умный текстиль, который имеет электронные компоненты, типа датчиков и проводящих нитей, которые вплетены в них. При этом, ткань может выпускаться серийно на обычных ткацких станках.

Исследователи экспериментировали с умным текстилем в течение достаточно долгого времени, объединяя стандартные электронные компоненты. Однако, главным образом электронные части были присоединены или просто зашивались в старую одежду, такую как пальто или футболки, в конечном счете все усилия потерпели неудачу из-за одного главного недостатка: они трудно стирались. Кроме того, требуется много ручной работы, чтобы их изготовить, что увеличивает стоимость одежды.

Ученые вычислительной Лаборатории Цюрихского технического университета под руководством профессора Герарда Трестера, однако, пошли дальше: они разработали новую технологию, чтобы применить тонкопленочную электронику и миниатюризировать коммерчески доступные чипы к пластмассовым волокнам. Исследователи в конечном счете преуспели в том, что объединили большое количество микрочипов и других микроэлектронных элементов непосредственно в структуру материала. Чтобы ткать E-волокна в обычные нити, ученые Цюрехского технического университета использовали общепринятые текстильные машины.

Несмотря на наличие электронных компонентов, ткань является изящной и складной. Кроме того, чувствует себя подобно нормальному материалу, что означает, что одежда, сделанная из этого могла быть изношена в ежедневной жизни. И красота микрочипов, которые сидят на пластмассовых полосах, состоит в том, что они заключены в капсулу, что означает, что ткань может быть вымыта несколько раз в стиральной машине, используя моющее средство, которое не повреждает e-волокна.

Электронная ткань группы Трестера все еще подобна ленте. Однако, исследователи стремятся разработать умный текстиль в любом размере, таким образом, чтобы удовлетворить требования швейной промышленности.

Сначала исследователи продемонстрировали два объекта. скатерть с температурой и датчиками влажности; и майку, которая измеряет температуру тела. Они сшили из умного текстиля оба изделия и соединили их с измерительными приборами, чтобы продемонстрировать, как это работает. Одна из главных проблем - все еще доставка электричества”, говорит руководитель проекта Каниганд Черенак, старший помощник руководителя в Вычислительной Лаборатории. В конце концов, чтобы выполнить все требования ткань нуждается во электронергии.

Исследователи Цюрихского технического университета понимают, что умный текстиль не нов; однако, способ, с помощью которого они размещают электронные компоненты в ткани, является новым, тем более, что функциональные группы материала должны выпускаться серийно, чтобы сделать метод привлекательным в промышленном отношении.

Каниганд Черенак также видит многочисленные применения для гибридных тканей в контроле сердца; даже клавиатура или мониторы в каждодневной одежде могли бы областями, где умный текстиль может быть применен.

Источники: finnco-mebel.ru, eva.ru, umnye-divany.ru, www.ntv.ru, patent.ucoz.ru

Общество Туле

Таинственные места на земле - факты и предания

Дом Винчестеров

Рыцари-тамплиеры

Лучшие пляжи Апулии

Любителям моря Апулия готова предложить огромный выбор прекрасных пляжей, здесь найдутся участки побережья на любой вкус. Одним из самых востребованных...

Космический лифт

В Санкт-Петербурге пропал 83-летний инженер Юрий Арцутанов, изобретатель космического лифта. Он ушел из дома на 2-м Муринском проспекте в Выборгском...

Муниты

Большинство тоталитарных групп стремятся не к самоуничтожению, а к тому, чтобы сделать свое существование как можно более дли-тельным. Самым многочисленным и...

Четвертое измерение

Сегодня многие ученые-физики считают, что наш мир не трёхмерный, как мы его воспринимаем, а четырёхмерный по отношению к месту. Четвёртое...

Розовые озера

Императрица Екатерина II удивляла зарубежных гостей и послов необычной солью нежно-малинового цвета, подававшейся к трапезе. Иностранцы оставались под глубоким...

Когда появились первые положительные результаты, стали говорить о начале эры «умного текстиля» (Smart textile, Intelligent textile), а положенные в их основу технологии назвали высокими, наукоемкими (Hi-ech). Изделия из «умного текстиля» находят широкое применение для экипировки военнослужащих, космонавтов и участников экспедиций, альпинистов, спротсменов, а так же в экстремальных условиях природных катаклизмов.

Развитие работ в области «умных волокон» идет в двух направлениях: колористическом и интеллектуальном. Колористическое направление связано с разработкой принципиально новых видов армейского камуфляжа и развитием моды, предлагающей одежду с необычными цветовыми эффектами. Суть их состоит в использовании фото-, термо- и гидрохромных красителей. Окрашенные ими ткани могут изменять цвет под действием воды, тепла и света подобно хамелеонам. Изменения могут иметь локальный характер неопределенной формы и четко выраженный рисунок на тех или иных деталях или участках одежды.
Работы по использованию термо-, фотохромных красителей и материалов для военных целей и космоса начали интенсивно развиваться в 70-е годы прошлого века. По уровню разработок камуфляжа впереди идут США и Япония. Интенсивные исследования проводятся в Китае, Южной Корее, Тайване. Ткани-«хамелеоны», способные изменять свой цвет в зависимости от внешних факторов - идеальный материал для армейского камуфляжа. Подобно коже живых рептилий защитная одежда военного сможет мимикрировать, адаптируясь к изменениям окружающей среды.
Реализация этих идей весьма заманчива и интересна для армии, но в то же время достаточно сложна и пока не осуществлена полностью, поскольку, в отличие от бытовой одежды, к армейскому камуфляжу предъявляются очень жесткие требования по устойчивости окрасок к действию светопогоды, трению, стиркам и химчистке.

Интеллектуальный текстиль
Интеллектуальное направление в развитии умного текстиля - это создание и промышленное освоение технологий, обеспечивающих получение текстильных материалов с широким набором новых свойств, расширяющих области их применения. В первую очередь работы в этом направлении были связаны с армейскими заказами.
«Умные» ткани должны уметь «следить» за сердечным ритмом солдата, вводить, если необходимо, соответствующие лекарства или купировать раны, сигнализировать о самочувствии больного. Одежда из «умных» тканей должна самоочищаться, поддерживать требуемую температуру в пододежном пространстве, нейтрализовать химические отравляющие вещества, обладать свойствами бронежилета. Экипировка военного должна при этом оставаться легкой, не стесняющей движений, а система связи, включая дисплей компьютера и клавиатуру, быть не только легкой, но и мягкой, способной изменять свою конфигурацию.
Реализовать подобное «чудо» и сделать его явью стало возможным в связи с интеграцией наукоемких технологий (hi-tech) в текстильное производство. Ведущую роль в этом сыграли нанотехнологии.

Нанотехнологии в текстиле
Понятие «нанотехнология» ввел американский физик Ричард Фейман в 1959 году. Размерность наночастиц простирается от 0,1 до 100 нм. Нанотехнологию определяют как технологию производства материалов путем контролируемого манипулирования с атомами, молекулами и частицами сверхмалого размера и получения материалов с фундаментально новыми свойствами. Это своего рода «генная инженерия», но с неживыми объектами. Ничтожно малый размер частиц, формирующих материал, резко меняет его структуру, увеличивает внутреннюю поверхность, приводя к появлению новых свойств. Внутренняя структура, сформированная из наночастиц, придает материалам очень высокую прочность и совершенно новые свойства, отсутствующие при получении материала по традиционной технологии. Например, обычно хрупкая керамика при получении ее по нанотехнологии проявляет пластичность.

Биоремень, закрепляющийся на грудной клетке, который оснащен встроенными интеллектуальными датчиками, способными хранить и передавать информацию.

Нанотехнологии - это передовой рубеж науки, востребованный в различных отраслях промышленности: в космической и авиационной технике, вооружениях и обмундировании армии, в спортивной одежде и спортивных снарядах, медицинском и домашнем текстиле, современных средствах связи, автомобилестроении и многом другом.
На сегодняшний день в текстиле внедряются следующие нанотехнологии:
- производство нановолокон;
- заключительная отделка с использованием нанотехнологий.

Производство нановолокон
Нановолокна можно производить, наполняя традиционные волокнообразующие полимеры отличающимися по конфигурации наночастицами различных веществ или путем выработки ультратонких (диаметром в рамках наноразмеров) волокон.
Наполненные наночастицами волокна начали производить с 1990 года. Такие волокна малоусадочны, имеют пониженную горючесть, повышенную прочность на разрыв и истирание и в зависимости от природы вводимых наночастиц могут приобретать другие защитные свойства, требующиеся человеку.
В качестве наполнителей волокон широко используют углеродные нанотрубки с одной или несколькими стенками. Волокна, наполненные нанотрубками, приобретают уникальные свойства - они в 6 раз прочнее стали и в 100 раз легче ее. Наполнение волокон углеродными наночастицами на 5-20% от массы придает им также сопоставимую с медью электропроводность и химическую устойчивость к действию многих реагентов.
Углеродные нанотрубки используются в качестве армирующих структур, блоков для получения материалов с высокими прочностными свойствами: экранов дисплеев, сенсоров, хранилищ жидкого топлива, воздушных зондов и т.д. Например, при наполнении углеродными нанотрубками поливинилспиртового волокна, получаемого по коагуляционной технологии прядения, оно становится в 120 раз выносливее, чем стальная проволока и в 17 раз легче, чем волокно Кевлар (самое известное и прочное арамидное химволокно, получаемое по традиционной технологии и используемое в бронежилетах). Подобные нановолокна уже сейчас начинают применять для производства взрывозащищающей одежды и одеял, защиты от электромагнитных излучений.
Очень ценные и полезные свойства химические волокна приобретают при наполнении их наночастицами глинозема. Наночастицы глинозема в виде мельчайших хлопьев обеспечивают высокую электро- и теплопроводность, химическую активность, защиту от УФ-излучения, огнезащиту и высокую механическую прочность. У полиамидных волокон, содержащих 5% наночастиц глинозема, на 40% повышается разрывная нагрузка и на 60% - прочность на изгиб. Такие волокна используют в производстве средств защиты от ударов, например защитных касок. Известно, что полипропиленовые волокна очень трудно окрашиваются, что существенно ограничивает область их применения в производстве материалов бытового назначения. Введение 15% наночастиц глинозема в структуру полипропиленовых волокон обеспечивает возможность крашения их различными классами красителей с получением окрасок глубоких тонов.
Интенсивно развиваются исследования и производство синтетических волокон, наполненных наночастицами оксидов металлов: ТiO2, Al2O3, ZnO, MgО. Волокна приобретают следующие свойства:
- фотокаталитическую активность;
- УФ-защиту;
- антимикробные свойства;
- электропроводность;
- грязеотталкивающие свойства;
- фотоокислительную способность в различных химических и биологических условиях.
Еще одним интересным направлением в производстве нановолокон является придание им ячеистой, пористой структуры с наноразмерами пор. При этом достигается резкое снижение удельной массы (получение легких материалов), хорошая теплоизоляция, устойчивость к растрескиванию. Образующиеся нанопоры волокон могут быть заполнены различными жидкими, твердыми и даже газообразными веществами с различным функциональным назначением (медицина, ароматизация текстильных полотен, биологическая защита).
Другой тип нановолокон - ультратонкие волокна, диаметр которых не превышает 100 нм. Эта тонина обеспечивает высокое значение удельной поверхности и, как следствие, высокое удельное содержание функциональных групп. Последнее обеспечивает хорошую сорбционную способность и каталитическую активность материалов из подобных волокон.
В Европе (Англия, Франция), США, Израиле и Японии параллельно идут интенсивные работы по созданию синтетических белковых волокон, имитирующих структуру паутины, имеющей непревзойденные физико-механические свойства. Используя для выработки подобного белка другие продуценты (микроорганизмы, растения), удалось получить полимерные белковые нановолокна толщиной около 100 нм. Мягкий и сверхпрочный «паучий шелк» сможет заменить жесткий и негибкий кевлар в бронежилетах. Области применения «паучьего шелка» разнообразны: это и хирургические нити, и невесомые и чрезвычайно прочные бронежилеты, и легкие удочки, и рыболовные снасти. Пока речь идет о малых партиях, но нанотехнологии развиваются столь бурно и стремительно, что промышленного выпуска изделий, изготовленных из «паучьего шелка», ждать недолго.

Нанотехнологии в заключительной отделке
При заключительной отделке текстильных материалов используют наночастицы различных веществ в виде наноэмульсий и нанодисперсий. При этом материалам могут придаваться такие свойства, как водо- и маслостойкость, пониженная горючесть, противозагрязняемость, мягкость, антистатический и антибактериальный эффекты, термостойкость, формоустойчивость и др. Наиболее известной нанотехнологией заключительной отделки является отделка Teflon, обеспечивающая водо-, масло-, грязезащитные эффекты. Для ее реализации используют наноэмульсии фторуглеродных полимеров. Располагаясь на внешней поверхности каждого отдельного волокна, эти гидрофобные наночастицы образуют новую поверхность, своеобразный «зонтик», наподобие того, что существует на внешней поверхности растений, шерсти животных, перьях птиц. В отличие от традиционных технологий аналогичного назначения, наночастицы, придавая требуемые эффекты, не перекрывают капиллярно-пористую структуру волокнистого материала, он остается «дышащим», поскольку его микропоры остаются открытыми для воздухообмена. Придаваемые эффекты устойчивы к многократным стиркам. Отделка по нанотехнологиям придает текстильным материалам из химических волокон хлопкоподобный внешний вид, а изделия из хлопка становятся малосминаемыми и приобретают формоустойчивость.
В разных странах достаточно широко проводятся исследования по созданию «самоочищающихся» текстильных материалов с помощью нанотехнологий. Задача исследователей - придать текстилю такой же эффект, какой свойственен живой природе: листьям растений, крыльям бабочек и насекомых, панцирям жуков. Наноэмульсии формируют на волокнах тонкую трехмерную поверхностную структуру, с которой вода, масло и грязь легко скатываются и смываются. Получаемый «супергидрофобный» эффект приводит к тому, что образующаяся на поверхности материала круглая капля способна скатываться с нее без следа при малейшем наклоне. Такие загрязнения, как пыль и сажа удаляются вместе с каплями воды, а материал приобретает эффект «самоочищения».
Использование наноэмульсий дает возможность получать из хлопка текстильные материалы, лицевая сторона которых проявляет гидро-, масло-, грязеооталкивающие свойства, а изнанка остается гидрофильной, способной поглощать влаговыделения тела (пот). Одновременно такому материалу можно придавать различные бактериостатические эффекты, в том числе препятствующие появлению запаха пота. Основное назначение подобных материалов - армейская экипировка, спортивная одежда и одежда для активного отдыха.
В полимерную наноэмульсию можно также вводить наночастицы оксидов металлов TiO2, MgO, обладающих каталитической активностью, и пьезокерамические частицы для производства волоконных сенсоров, регистрирующих сердечный ритм и пульс при контакте такого материала с кожей человека.
Нанотехнологии позволили создать токопроводящие текстильные материалы, которые оказались востребованными не только для военного назначения, но и во многих отраслях мирной жизни. Электропроводящие текстильные материалы дают широкий простор для инноваций в производстве антистатической одежды и электромагнитного экранирования, для снятия заряда или подавления радиополей, а также для производства тканей с подогревом.
Сегодня токопроводящие ткани благодаря нанотехнологиям нанесения металлов - мягкие и легкие материалы, их можно стирать, подвергать химчистке.
Обычно напылению подвергают волокна, а не ткани. При переработке на ткацких станках такие волокна не создают проблем. Первые наноматериалы для напыления были выпущены на рынок фирмой DuPont, которая применяла наночастицы серебра. В настоящее время помимо серебра предложены более дешевые и доступные металлы.
Электропроводящие свойства придаются не только за счет металлизации волокон, но и другими способами. Для гидратцеллюлозных волокон типа лиоцелл предложено введение в структуру волокна наночастиц электропроводной сажи. В зависимости от концентрации последней свойства электропроводимости будут изменяться. Электропроводные материалы из волокон лиоцелла находят применение в широкой области электрорезисторных изделий.

Создатели спортивной одежды предложили еще одну модель для мотоциклистов и велосипедистов - нагревающийся жилет, который подсоединен к мотоциклу или велосипеду, а вырабатываемая энергия передается к токопроводящей одежде. Максимальная температура нагрева - 43 оС. Жилет можно носить и автономно, без транспорта, для этого разработан специальный пояс с батареями. В улучшенную модель жилета встроен миникомпьютер, который позволяет программировать нагрев разных частей тела. Разработчики утверждают, что их потребителями могут быть не только экзальтированные любители экстравагантной одежды, а обычные рабочие, машинисты, «дальнобойщики», работа которых связана со значительными колебаниями температуры.
Для создания обогреваемой одежды можно использовать не только токопроводящие ткани. Предложено вводить в волокна содержащие парафин микрокапсулы, которые способны поглощать тепло, выделяемое, например, телом лыжника, и, наоборот, отдавать его при перепаде температур и уменьшении теплоотдачи телом. Куртки с таким «теплообогревом» уже имеются в продаже.

Немецкая компания Infineon Technologies разработала образцы тканей и напольных покрытий, содержащих в своей структуре кремниевые чипы и соединительные волокна. Сеть чипов, вплетенная в ткань, самоорганизующаяся: один чип связывается со своими ближайшими соседями, обменивается данными с ними и через них с другими узлами сети. Если из строя выходит один чип, то данные переправляются по другим маршрутам. В текстильный материал могут вживляться самые разные чипы - светодиоды и сенсоры, реагирующие на свет, температуру, влажность, давление и т.п. Напольные покрытия, выполненные подобным образом в помещениях с большим количеством людей, могут, в случае опасности, образуя светящиеся дорожки и знаки, указывать маршруты движения людей к аварийным выходам. С помощью этих покрытий можно даже обнаружить присутствие в помещениях посторонних людей.
Чипы, включенные в хлопковую пряжу, способны определять температуру, давление, движение и вибрацию, предоставлять в случае пожара спасательным службам информацию о распространении огня. Первая продукция этой фирмы должна увидеть свет уже в этом году.
В США ведутся работы по созданию жилетов, позволяющих пилотам сверхзвуковых самолетов ВМФ быстро ориентироваться в пространстве в критических ситуациях. Эксперты полагают, что 7 из 10 авиакатастроф, случившихся со сверхзвуковыми истребителями ВМФ США, связаны с потерей ориентации пилотами при плохой видимости и невозможностью вследствие этого предпринять действия, предотвращающие аварию или смягчающие ее. Действие спецжилета основано на чувстве осязания. В него вшиты тактильные стимуляторы, посылающие в нужный момент вибрацию, что препятствует дезориентации и ориентирует внимание пилотов на нахождение сторон (вверх, вниз, влево, вправо). На сегодняшний день испытан первый вариант жилета и ведется активная работа над его усовершенствованием.
Умные ткани широко используют лидеры спортивной индустрии - фирмы Adidas, Nike, Reebok, создавая экипировку для спортсменов высшего эшелона, участников олимпиад, мировых и европейских первенств. Спортивная одежда участников подобных соревнований становится все более специализированной и усложненной, способной влиять на результаты спортсменов.

Фирма Nike является обладателем патента на технологию Zoned Aerodynаmic (аэродинамическое зонирование): в костюмах для конькобежцев и лыжников применяется до 6 различных материалов, сочетание которых оптимизирует аэродинамические свойства одежды. Каждый вид материала используется для «прикрытия» определенной части тела, а швы обработаны таким образом, чтобы свести к минимуму сопротивление. Облегающий костюм для пловцов «акулья шкура», созданный в соответствии с гидродинамическими требованиями фирмой Adidas, помог на Олимпийских играх в Сиднее (2000 год) австралийскому пловцу Яну Торпу выиграть 3 золотых медали. Британская компания Speedo, конкурирующая с Adidas, создала водоотталкивающий костюм, который облегчает пловцам скольжение в воде и повышает их скорость.

Hi-tech технологии взяла на вооружение фирма Woolmark - мировой лидер по выпуску высококачественных изделий из мериносовой шерсти. Она объявила о выпуске на потребительский рынок новой категории товаров с маркировкой Woolscience - «умная шерсть». Изделия под этой маркировкой содержат шерстяное волокно, которое обладает принципиально новыми техническими свойствами. Чистошерстяные и полушерстяные изделия с маркировкой Woolscience находят широкое применение в различных рыночных областях. Потребительские свойства изделий Woolscience соответствуют самым жестким условиям эксплуатации, обеспечивая активный и комфортный влагообмен. Такие достоинства изделий, как безусадочные свойства и огнестойкость, экологичность, прочность и износоустойчивость делают их востребованными в транспорте, при изготовлении одежды и постельных принадлежностей. Первым коммерческим партнером, получившим лицензию на производство тканей из «умной шерсти», была австралийская ткацкая фирма Melba Industries Pty Ltd. Она уже поставляет технические особо прочные ткани Woolscience для австралийского Министерства обороны.
Одним из недостатков шерстяных волокон является их усадка. Традиционные технологии безусадочной отделки не обеспечивают «нулевую» усадку. Требования покупателей, которые хотят быть совершенно уверенными в том, что при домашней стирке изделия фирмы Woolmark не дадут никакой усадки, смогла удовлетворить разработанная нанотехнология безусадочной отделки шерстяного топса Total Easy Care. Маркировка знаком универсального ухода Woolmark Total Easy Care гарантирует потребителям 100%-ное сохранение линейных размеров изделий. В настоящее время шерстяные ткани и одежду из них с «нулевой» усадкой изготавливают 4 фирмы, находящиеся в Австралии, Китае и Тайване. Промышленно производится также шерстяной топс для выпуска трикотажных пряж и изделий из них. Отделка Total Easy Care обеспечивает одежде повышенную носкость и делает изделия более привлекательными для потребителей.

Ароматные ткани
Мода чрезвычайно активно влияет на расширение сфер применения «умного текстиля», предоставляя ему все новые и новые позиции и ниши в ее царстве. Идея выпуска ароматизированных тканей витала в мире моды давно. Известно много попыток в этом направлении. Однако запахи были слишком резкие и сильные или быстро улетучивались. Создать ароматные текстильные материалы с мягким ненавязчивым парфюмом пролонгированного действия долго не удавалось. Успех пришел только в конце прошлого века.
Химикам известны соединения, которые благодаря своему строению обладают удивительным и важным свойством - способностью к образованию с различными веществами комплексов типа «хозяин-гость», называемых инклюзионными комплексами, соединениями-включениями, клатратами. Такой комплекс представляет собой соединение, в котором в полость молекулы «хозяина» включена молекула «гостя» без образования прочных химических связей. Подобный комплекс не влияет на физические и химические свойства «гостя», но «хозяин» способен его удержать подле себя определенное время. Подбирая соответствующие габариты «гостя» и «хозяина» и удерживающую силу последнего, можно запрограммировать и рассчитать длительность пребывания в «гостях». При создании душистых текстильных материалов «гостями» стали химические соединения, обладающие запахами. Комплексы-включения обладают эффектом пролонгированного действия, и запах способен сохраняться в течение длительного времени. Особое распространение и популярность ткани с парфюмом получили в Азии.
Большое внимание созданию душистых тканей уделяет компания Woolmark, которая в содружестве с одним из подразделений английской фирмы ICI разработала технологию Sensory Percention Technology TN, открывающую широкие возможности для производства разнообразных ароматных тканей и экологичных видов текстильной продукции. Ароматические вещества подвергаются нанокапсулированию и вводятся в волокнистый материал. Капсулы устойчивы к воздействию влаги, стирке и химчистке, заключенные в них ароматные вещества не испаряются и не разлагаются при действии окислителей. Капсулы активизируются в момент движения или соприкосновения, выделяя скрытые в них ароматы в окружающую среду. Это происходит при одевании или снятии одежды, чистке ковровых покрытий или мебельных тканей.
Еще один пример «интеллектуального» текстиля - материалы с селективным высвобождением, которые в сочетании с биосовместимыми разлагаемыми полимерами
нашли применение в создании имплантационных медицинских тканей. Биоразлагаемые волокна используются в качестве хирургических имплантатов, искусственной кожи и нетканых материалов для перевязки ожоговых ран. Как правило, подобные перевязочные материалы содержат в себе лекарственные препараты пролонгированного действия.
В настоящее время в текстильном производстве промышленно развитых стран Европы, Азии и Америки происходит смена приоритетов - традиционный текстиль уходит в развивающиеся страны, а его место занимает «умный» текстиль медицинского, бытового, технического, информационного назначения и т.д., для получения которого используют наукоемкие технологии. Европа и Америка поняли, что конкурировать в производстве традиционного текстиля с Китаем, Индией, Вьетнамом, Южной Америкой, где очень дешевая рабочая сила, бесполезно. Богатство развитых стран - интеллект, и именно его надо ставить во главу угла.
Освоение нанотехнологий текстильной отраслью требует создания нового оборудования и новых выпускных форм отделочных материалов, решения проблем стабилизации наноэмульсий и контроля качества текстильных материалов с новыми видами отделок и эффектов. Естественно, это требует больших материальных затрат, но в промышленно развитых странах понимают, что приоритетное направление в текстиле - это внедрение наукоемких технологий, позволяющих производить материалы нового поколения, поэтому инвестиции в «умный текстиль» вкладываются значительные. Исследования активно ведутся в США, странах Евросоюза и Японии. На долю этих государств приходится соответственно 34, 15 и 20% мировых инвестиций в нанотехнологии. В 2000 году суммарное финансирование работ в этой области составило около 800 млн. долларов, а в 2001 году оно увеличилось вдвое. Эксперты считают, что для широкого внедрения нанотехнологий потребуются ежегодные затраты не менее 1 трлн. долларов. Однако игра стоит свеч, и разнообразная продукция нанотехнологий начинает покорять мир.

Поделиться:

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+