CC BY
102
УДК 687
М. Ю. Зайцева, Р. Ф. Гатиятуллина, Л. Н. Абуталипова ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВЫПУСКА НОВОГО АССОРТИМЕНТА ПРОДУКЦИИ ТЕХНИЧЕСКОГО И СТРАТЕГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ С КОМПЛЕКСОМ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ТОКОПРОВОДЯЩИХ ВОЛОКОН ПОЛИЭТИЛЕНА
Ключевые слова: токопроводящие волокна, «умный текстиль», «экзоскелет», «умнаяуниформа», ферромагнитный материал, научно-исследовательская программа.
Рассмотрены перспективные технологии применения токопроводящих волокон полиэтилена, которые используются для изготовления «умного текстиля». Интеграция полипропилена и токопроводящих волокон полиэтилена в ткань, применяемую для изготовления специальной одежды военнослужащих, позволяет создать «умную униформу», которая совершенствует возможности человека и служит для мониторинга его здоровья и общего физического состояния.
Keywords: conductive fibers, "smart textiles", "exoskeleton", "smart uniforms, a ferromagnetic material, the research
program.
Promising technologies of the conductive fiber is the concentration of polyethylene, which are used for the manufacture of "smart textiles". The integration of polypropylene and polyethylene fibers in the conductive fabric used for the production of special clothes troops, to create a "smart uni-form, which enhances human capabilities, and serves to monitor his health and overall physical condition.
В соответствии с федеральной целевой программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 20072012 годы» по приказу Министерства образования и науки Российской Федерации № 139-о от 25.03.2011 для поддержки деятельности технологической платформы «Текстильной и легкой промышленности» первоочередным мероприятием является формирование перечня перспективных тематик на выполнение научно-исследовательских, опытно-конструкторских и опытно-технологических работ [1].
Перспективными, с точки зрения реализации Стратегии развития легкой промышленности России, являются тематические проекты по созданию технологии для выпуска нового ассортимента продукции технического и стратегического назначения с комплексом защитных свойств [2].
Важную роль в перспективном инновационном развитии отрасли Текстильной и легкой промышленности должны сыграть новые технологии и материалы, решающие вопросы и проблемы обеспечения безопасности индивидуальной и групповой защиты людей [2, 3].
С 2009 года предприятия легкой промышленности Англии и США приступили к обширной исследовательской программе по проектированию нового ассортимента швейных изделий стратегического назначения для военнослужащих американской армии и флота с комплексом защитных свойств. Данная исследовательская программа была направлена на создание технологии «электронного текстиля», позволяющей расширить физические возможности военнослужащего. Исследования английских ученых показали, что, несмотря на стремительное развитие беспилотной военной техники, по-прежнему существует острая необходимость обеспечивать и контролировать безопасность каждого военнослужащего. Соответственно, вооруженные силы Англии и США начали финансирование научных исследований, направленных на разработку «умной униформы», которая могла бы обеспечить индивидуальную защиту военнослужащего от баллистических и химических воздействий, от экстремальных погодных условий во время выполнения заданий вдали от военных баз [3].
Задачами исследовательских программ, по разработке изделий стратегического назначения для военнослужащих, осуществляющихся на технологических площадках Англии и США, являются не только создание нового ассортимента швейных изделий, но и изучение антропологических возможностей человека. Программы исследований американских ученых ориентированы на улучшение физических возможностей человека за счет создания искусственно работающего «электронного умного текстиля», принимающего вид «экзоскелета». «Экзоскелет», разработанный с применением токопроводящих волокон полиэтилена, является перспективной разработкой Bleek университета Беркли штат Калифорния и имеет исполнительные механизмы, так называемые текстильные мышцы, со встроенными датчиками.
Токопроводящие волокна полиэтилена, служащие исполнительными механизмами «экзоскелета», обеспечивают защиту солдата от биохимических, ядерных и ферромагнитных ударов баллистических ракет. Компьютерные датчики данного «электронного текстиля» позволяют повысить физиологические возможности военнослужащего и обеспечить информационную осведомленность военной базы о состоянии солдата посредством спутников и беспилотных летательных аппаратов.
Разработки американских ученых ориентированы не только на обеспечение обороноспособности страны, но и на удовлетворение социальных нужд населения. Целью технологических платформ Англии и США является повышение общественной поддержки исследовательской программы по проектированию нового ассортимента швейных изделий стратегического назначения для увеличения расходов на оборону [3] .
Для России перспективными, с точки зрения реализации Стратегии развития легкой промышленности, являются первоочередные мероприятия, обеспечивающие инновационное развитие отрасли, технологий и получение на их основе нового ассортимента швейных изделий с защитным комплексом свойств. Опытно-конструкторские разработки российских ученых по производству экранирующих материалов на базе использования наноструктурного ферромагнитного микропровода, позволяют создать прототип «экзоскелета», обладающий уникальными электрофизическими свойствами. Применение экранирующих материалов в промышленности обеспечивает потери энергии электромагнитных излучений в очень широком диапазоне [2,4].
В экспериментальных условиях научно-исследовательских институтов России впервые в легкой промышленности выработаны образцы экранирующих тканей на основе использования наноструктурного ферромагнитного микропровода. Структура переплетения ферромагнитного микропровода представлена на рисунке 1.
Рис. 1 - Структура переплетения ферромагнитного микропровода
Экранирующие ткани могут быть применены для выпуска нового ассортимента продукции технического и стратегического назначения с комплексом защитных свойств. Данные материалы могут быть использованы при решении следующих задач:
- при создании маскировочных материалов для скрытия объектов от систем обнаружения и защиты от противника;
- в области современного приборостроения для эффективного решения проблем электромагнитной совместимости различных приборов и задач медико-биологической защиты
технического персонала и населения, находящегося в условиях вредного воздействия электромагнитных полей;
- для изготовления средств индивидуальной защиты пользователей персональных компьютеров и мобильной связи (чехлы для мобильных телефонов), одежды, штор, облицовки стен кабинетов диагностики (компьютерная томография), физиотерапии и в других сферах применения.
Для решения перечисленных задач целесообразно также создать центр коллективного пользования разработанных в академических и научных институтах и легкой промышленности технологий и ассортимент продуктов, и разработать в этих целях механизм их передачи в создаваемый центр.
Российские ученые экспериментально и теоретически обосновали новый универсальный метод введения модифицирующих добавок в полимерные пленки и волокна, с помощью которого возникает возможность получения широкого круга новых негорючих полимерных материалов. Новые негорючие материалы могут быть широко использованы в качестве обивочных материалов в автомобиле-, вагоно-, самолето-, и судостроении, в строительстве гостиниц, больниц, школ, детских садов, офисов, а также в качестве тканей и занавесок, портьер, для набивки мягкой мебели, подушки и одеял, а также в других областях, где необходимо обеспечить надежную противопожарную безопасность [4].
Ключевую роль в инновационном развитии России, в соответствии со Стратегией, станут играть разработки по созданию нового ассортимента технического текстиля с заданными свойствами и прогрессивных технологий его изготовления.
Большое значение для сохранения и развития интеллектуального потенциала отрасли легкой промышленности России, ускорения разработок по производству высоко востребованных структурированных материалов на основе текстиля и внедрения их в промышленность, имеет структурная перестройка отраслевой науки и создание технологической платформы «Текстильной и легкой промышленности» для формирования перечня перспективных тематик на выполнение научно-исследовательских, опытноконструкторских и опытно-технологических работ.
Технологическая платформа России должна иметь вид Государственного научного центра инновационных технологий с единой стратегией и методической приборной базы для объективной оценки качества сырья, полуфабрикатов и готовой продукции, современных систем автомизированного планирования и управления производственным процессом [4].
Стратегия России по разработке перспективной технологии для выпуска нового ассортимента продукции технического и стратегического назначения с комплексом защитных свойств на основе применения полипропилена и токопроводящих волокон полиэтилена должна опираться на разработки ведущих ученых мира, чьи исследования открыты для общественной дискуссии.
Разработки по созданию «умного текстиля» имеют огромное значение для всей отрасли Легкой промышленности мира.
Первым шагом на пути создания опытно-конструкторского образца «умной униформы» является разработка доктора технических наук Sundaresan Jayaraman Грузинского технологического института, созданная путем интеграции полипропилена и токопроводящих волокон полиэтилена в одежду.
Костюм «умной униформы» представляет собой бесшовный костюм, сотканный из эластичной, облегающей ткани (спандекса и полипропилена), включающей в себя токопроводящие волокна полиэтилена с медным сердечником из нейлона и легированных неорганических частиц, рассеивающих статическое электричество. Пластиковые волоконнооптические нити, обвивающие человека, контролируют его состояние. Встроенные датчики могут предупредить человека о наличии вредных паров в воздухе или помочь родителям контролировать сердцебиение ребенка.
Следующим этапом создания технологии изготовления «электронного текстиля» можно назвать разработку Georgia Tech Wearable Motherboard, которая стала первой одеждой, включающей оптические и проводящие волокна для мониторинга здоровья военнослужащих на поле боя. Данная одежда соткана из одного куска ткани, что обеспечивает целостность оптическому волокну, пронизывающему структуру ткани. Такая конструкция «умной униформы» позволяет сигналу образовывать непрерывный цикл вокруг тела пользователя и отражаться на мониторе, закрепленном на бедре. Рубашка костюма может быть использована для мониторинга баллистических атак. Датчики могут быть использованы для контроля уровня кислорода. Если оптическое волокно было повреждено, монитор обнаружит прерывание сигнала и может передать эту информацию обратно на базу. «Электронный текстиль» эффективно используется при создании костюмов для активных видов спорта. Образец костюма гонщика представлен на рисунке 2 [4].
Изобретение Sundaresan Jayaraman вдохновило производство ряда аналогичных устройств для использования в гражданских целях в Европе, Японии и Южной Кореи. Они варьируются от мониторинга состояния детей в возрасте риска внезапной детской смерти, до рубашек для пожилых людей, здоровье которых может контролироваться "через защищенное подключение к Интернету».
Вторым значительным шагом на пути создания «электронного текстиля» является разработка Массачусетского технологического института, который в 2002 году разработал новый ферромагнитный материал «жидкая броня» для текстильной промышленности. Боевой костюм, разработанный на основе нового ферромагнитного материала, обладает уникальными свойствами. По мере усиления магнитного импульса, материал из тонкого и гибкого может трансформироваться в закаленную броню.
Рис. 2 - Образец костюма гонщика
Полые волокна материала «жидкая броня» заполнены микрокапсулами с ферромагнетическими частицами, которые могут быть активированы для придания жесткости при воздействии магнитного импульса.
Третья значительная разработка для выпуска нового ассортимента швейных изделий технического и стратегического назначения с комплексом защитных свойств - это, так называемая, оптическая «мышечная ткань».
Волокна «мышечной ткани» состоят из ленты полимерных петель, которые в ответ на электрический импульс могут зафиксировать, затянуть или ослабить воздействие, что потенциально повышает тонус мышц военнослужащего от 25 до 30 процентов. Волокно «мышечной ткани» представлены на рисунке 3.
Швейные изделия из оптических волокон имеют ряд технических проблем. Одной из которых, является отсутствие сигнала, обусловленное возможной деформацией ядер
оптических волокон, возникающей в процессе ношения костюма. Если оптическое волокно костюма перегибается, то его ядро, которое, как правило, сделано из стекла или кварца, не будет передавать сигнал [4].
Рис. 3 - Волокно «мышечной ткани»
Применение токопроводящих волокон полиэтилена и разработка аналогичных материалов значительно расширяют границы возможностей легкой промышленности Российской Федерации по созданию перспективных технологий для выпуска нового ассортимента продукции технического и стратегического назначения с комплексом защитных свойств для индивидуальной защиты и диагностики физиологического состояния человека. Данные разработки имеют большое социальное значение для сохранения и развития интеллектуального потенциала отрасли легкой промышленности России [4].
Литература
1. Информационное сообщение Министерства образования и науки Российской Федерации о сборе предложений на формирование тематик на выполнение научно-исследовательских, опытноконструкторских и опытно-технологических работ по инициативе производственных организаций для поддержки деятельности технологических платформ в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы». Приказ МИНОБРНАУКИ России № 139-О от 25.03.2011.
2. Зайцева, М.Ю. Исследование основных физических свойств вспененного полиэтилена высокого давления для применения в изделиях легкой промышленности / М.Ю. Зайцева, Л.Г. Хисамиева // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. - №10. - С.210.
3. Colchester, C Textiles today a global survey of trends and traditions / С. Colchester // Thames and Hudson.
- London. - DC, 2007. - P.42-45.
4. Стратегия развития легкой промышленности России на период до 2020 года. Приказ Минпромторга РФ от 24.09.2009 №853.
© М. Ю. Зайцева - асп. каф. моды и технологии КГТУ, ling@list.ru; Р. Ф. Гатиятуллина - асп. каф. моды и технологии КГТУ, renatafg@rambler.ru; Л. Н. Абуталипова - д-р техн. наук, проф., зав. каф. моды и технологии КГТУ.
