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纺织材料未来能实现什么

时间:2023-08-10   访问量:162

近年来,在仿生学领域,几乎没有什么比天然蜘蛛丝的特性更能引起专业人士和感兴趣的外行人如此着迷的了:蜘蛛丝的力量在更大规模的技术应用中的应用前景可能会更好。十多年前就已经带动了一些高科技公司的成立。从那时起,他们一直致力于基于天然蜘蛛丝模型的纤维的人工生产。

目标是生产出一种远优于以前任何可织成纺织品的纤维的纤维。以自身重量来衡量,尽管纺丝线的密度明显较低,但与相同直径的钢丝相比,其拉伸强度实际上要高得多。 

纺织材料的未来:离仿生目标更近了

与不锈钢的韧性一致,但与已成功融入纺织材料的其他人造纤维的性能形成鲜明对比作为机织品,纺纱因其非常特殊的功能而受到称赞。它已经具有高度的各向同性,即与方向无关的稳定性——尽管具有弹性和可变形性。与任何其他已知的天然或人造纤维不同,它不仅在纤维方向上稳定,而且尽管其“剪切刚度”较低,但仍具有惊人的抗压强度。材料的剪切强度字面意思就是:剪切刚性纤维很难横向获得。一个思维游戏:用蜘蛛丝制成的胡须或体毛很难剃掉。它宁愿弯曲然后弯曲,然后才允许切割。你也可以将几公斤的铅挂在一根天然纺线上,在细线最终断裂之前。现代材料科学在抗切割和抗撕裂方面不断发展。实现材料的高亮度是研究和工业的另一个目标。 

克服悖论——材料研究的日常生活

蜘蛛丝被认为是大自然的一个小小的矛盾奇迹。因为天然纱线和人造长丝只有在编织在一起时才具有这种特性,因此单根纺纱本质上就具有这种特性:自然硬度,同时具有柔韧性和弹性。独特的分子结构造就了这种特殊功能,其他已知纤维都无法以这种形式拥有这种功能,更不用说以前已知的或人造材料了。自然旋转的腺体产生螺旋形成并同时折叠的分子链的混合物,尽管其分子密度较低,但仍然确保在各个方向上的高度稳定性。这种“三个世界中最好的”的组合,即低密度, 

从纤维到线和耐用面料

关于何时可以使用“纺织材料”而不是“材料”的任何专业意见均基于国际统一的 DIN 标准 60000。该标准涵盖长丝,即足够长的纤维,可以在工业上编织成平面织物。在工业应用中,低于1,000的商作为纤维长度与直径的最小比率是不可能的。这种评估也对应于纤维何时适合经济地生产平坦、灵活且可爱的织物的直观感知。芳纶和碳纤维符合作为可经济编织的线的标准。然而,将碳单丝(即单线碳纤维纺成复丝)已经需要纱线”,纳米范围内的最大精度。 

炭素行业制造深度

碳纤维以牺牲压缩强度为代价来实现高拉伸强度和轻质,并且具有脆性剪切区,即横截面的脆弱性,以至于它们只能使用非常复杂且以前也相当复杂的方法纺成稳定的“纱线”。昂贵的工艺。

将碳单丝拉紧成可重复使用的碳复丝需要高水平的处理纤维脆性的专业知识。碳纤维和作为中间产品的扁平纺织材料的生产目前仍然掌握在碳材料的专业制造商手中。 

纺织材料:暂时不关注纺织行业 - 但很快就会再次关注!

作为纺织材料的原材料,最新一代的合成纤维已经走过了纺织工业的经典。芳纶纤维比碳纤维脆性低,除了用作防弹背心外,只能用作防护功能性内衣和服装的编织纱线。使用芳纶纤维制成的衣服可以保护自己免受危及生命的情况的用户最初保持相对静止。当谈到专门用于防护功能性服装的服装行业的纺织材料时,可以概括地说,在骑士盔甲和穿着舒适度之间仍然存在折衷。然而,材料行业的趋势指针已经明确指向穿着舒适度的方向。

要实现不透性、抗撕裂性、抗切割性、抗拉性、不易破损性、轻质性、耐热性、耐腐蚀性和柔软性的完美综合,还有很长的路要走。但克服第一个障碍已经在结构复合材料的轻质结构方面取得了惊人的进步。碳不会腐蚀,重量轻,可以承受所有可以提前计算的困难 - 同时具有无与伦比的稳定性、坚硬且无疲劳。 

进步为未来纺出最优质、极硬的丝绸

人们还需要一段时间才能破译天然蛋白质的化学成分,这些蛋白质甚至可以为普通蜘蛛提供仿生美味佳肴。然而,一旦最后的秘密被解密,所有已建立的流程就已经准备好将最后的秘密直接转化为有利可图的工业用途,而无需再走任何弯路。更加灵活的下一代纺织材料将超越目前仍然“僵硬”的碳技术。然而,到目前为止,当谈到弹性、轻便性和可成型性之间的最佳折衷时,碳仍然是衡量一切事物的技术标准。

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