Современные технологии в тканях военного ассортимента

Клименко Дмитрий Витальевич

курсант факультета материально-технического обеспечения внутренних войск МВД России, Вольского филиала военной академии МТО, г. Вольск Саратовской области

Цыпрынюк Дмитрий Игоревич

курсант факультета материально-технического обеспечения внутренних войск МВД России, Вольского филиала военной академии МТО, г. Вольск Саратовской области

E-mail: effor-2003est@mail.ru

Кобякова Татьяна Ивановна

научный руководитель, доцент, кафедра Химии Вольского филиала военной академии МТО, г. Вольск Саратовской области

На снабжение Российской армии поступает большое количество предметов военной одежды, различных по своему назначению, материалам и эксплуатационным свойствам. Причём ассортимент предметов военной одежды, в особенности специальной и защитной одежды, непрерывно растёт, изменяется и совершенствуется одновременно с развитием средств и способов вооружения и появления новых текстильных материалов.

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

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

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.

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 t^о = +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:

·     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).

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.

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.