Гибридная ткань



В мире существует такая проблема, что людям сложно подобрать одежду. Стандартные размеры одежды подходят далеко не всем, так как телосложение у всех разное. У меня родилась идея создания ткани для формирования одежды непосредственно на теле человека. Размер, форма одежды при этом будут индивидуальны. Как это удобно! В модельном бизнесе, для дизайнеров, которые освободятся от резки ткани, шитья, дадут себе больше свободы творчества. Рассуждая дальше, я пришла к выводу, что во многих сферах такая ткань будет востребована. Но об этом позже.

Строение гибридной ткани

Изучив нужные свойства для моей ткани, я пришла к выводу, что обязательные компоненты этой смеси — это волокна, связующее в виде эластомерного сополимера и разбавитель.

Волокно

После обзора ГОСТов о тканях [1, 2], я выбрала натуральные гидрофобные хлопковые волокна, т. к. они имеют самый подходящий волокнистый состав.

Связующее

Изучив свойства таких пластиков, как ABS, PLA, SBS и PETG, я пришла к выводу, что самым подходящим для скрепления волокна будет PLA-пластик (полилактид, ПЛА)- является биоразлагаемым, биосовместимым, термопластичным алифатическим полиэфиром, структурная единица которого — молочная кислота.

ПЛА-пластик производят из кукурузы или сахарного тростника. Как правило, PLA-пластик поставляется в виде тонкой нити, которая намотана на катушку (рис. 1). Сам по себе пластик прозрачный, но окрашиваемый в любые цвета.

Рис. 1. Катушка PLA-пластика

Разбавитель

Для того чтобы растворить пластик и делать однородную смесь я использовала ацетон по следующим соображениям:

Прежде всего был составлен список растворителей, способных воздействовать на пластик (табл. 1). Далее, исходя из показателей токсичности, летучести этих веществ, а также температур кипения, плавления и вспышки я остановила свой выбор на ацетоне. Т. к. это летучая бесцветная жидкость, по сравнению с другими разбавителями, он менее летуч, что мне и нужно было, чтобы я успевала перемешивать смесь вручную.

Таблица 1

Физические свойства органических растворителей

Название органического растворителя	Растворимость в воде	Температура кипения	Температура плавления	Температура вспышки
Диметиловый эфир (C2H6O)	7 г вещества/100 г воды (при 20˚C)	-25˚C	-139˚C	-41˚C
Пентан(C5H12)	0.04 г вещества/100 г воды	36˚C	-129˚C	-49˚C
Петролейный эфир(C7H7BrMg)	Нерастворим	30–60˚C	-40˚C	-30˚C
Дихлорметан(CH2Cl2)	1.4 г вещества/100 г воды	39.8˚C	-97˚C	1.6˚C
Диэтиловый эфир(C4H10O)	7.5 г вещества/100 г воды	34˚C	-116˚C	-45˚C
Метил ацетат(C3H6O2)	Нерастворим	57˚C	-98˚C	Отсутствует
Трет-бутил метиловый эфир(C5H12O)	Нерастворим	55˚C	-109˚C	Отсутствует
Ацетон (C3H6O)	100 г вещества/100 г воды	56.1˚C	-95.35˚C	-18˚C

Дополнительные добавки

В качестве дополнительных добавок, в смесь можно будет добавлять красители, ароматизаторы, порошки, масла, эмульгаторы. Например, силиконовые масло для облегчения ровного распыления смеси. Даже витамины, благовония, увлажняющие вещества, полезные для кожи могут быть добавлены. Их можно будет комбинировать, так же, как и волокна.

Получение гибридной ткани

После проверки свойств и растворимости всех составляющих, необходимо было определить оптимальную концентрацию компонентов.

Для повышения удельной поверхности, а следовательно, для лучшего обволакивания волокна раствором, а также для повышения гибкости ткани, хлопковые волокна измельчались.

Исследования показали, что без дополнительного подогрева смеси, сложно добиться однородной консистенции.

Для интенсификации процесса я нагревала смесь до температуры, близкой к температуре кипения ацетона. На первом этапе я использовала для этой цели спиртовку (рис. 2)

Рис. 2. Создание смеси с использованием спиртовки

Однако, это оказалось не очень удобно, и я пришла к выводу, что можно использовать 3D принтер для печати (рис. 3) Его преимущества- это:

– Регуляция температуры с помощью программы до 150 С˚

– Можно сразу же высушить готовую ткань, т. к. есть вентиляторы, необходимые для обдува. Скорость обдува также регулируется.

– нет открытого пламени, что делает процесс эффективней и безопасней.

Рис. 3. Создание смеси на 3D принтере. а- работа автора на 3D-принтере; б- обволакивание волокна смесью пластика и разбавителя; в- формирование ткани на фольге; г- сушка готовой ткани

Таким образом, я получила более 10 составов и выделила 3 лучших состава для различного применения (рис. 4):

– Ткань, для лого и нашивок

– Ткань для одежды

– Гипс

Рис. 4. Ткани различных составов

Прочность составов зависит от концентрации пластика (рис. 5), что мне и удалось доказать, проделав опыты на разрывную нагрузку и удлинение тканей (рис. 6).

Рис. 5. Структура гибридной ткани: а- ткань с измельченными волокнами и оптимальной концентрацией пластика, б- ткань из измельченных волокон с большей концентрацией пластика, в- ткань с неизмельченными волокнами

Рис. 6. Схема разрывной машины а-удлинение ткани; б-разрыв ткани

Я вычислила поверхностную плотность тканей по госту, и моя ткань соответствует стандартным значениям.

Были получены фотографии ткани под оптическим микроскопом (рис. 7) и проверена воздухопроницаемость составов (рис. 8).

Рис. 7. Гибридная ткань под микроскопом

Рис. 8. Опыт на воздухопроницаемость полученных составов

Будущее проекта

Усовершенствуя технологии в дальнейшем, связующие вещества, растворители, полимеры и волокна будут использоваться всё более экологичные и биоразлагаемые. Вторичная переработка также будет возможна, гибридные ткани могут быть повторно растворены и распылены заново, а это значит, что производство будет безотходное.

Также, я хотела бы закачивать полученную смесь в баллон, из которого и напылять одежду непосредственно на кожу. В этом случае ацетон можно будет заменить на менее токсичные и более летучие вещества- пропелленты, которые будут мгновенно улетучиваться.

Потенциал применения моей ткани достаточно велик.

– Индивидуализация и персонализация размеров одежды под телосложение каждого человека

– Ускорение способа изготовления одежды

– Бесшовность одежды

– Дополнение одежды. При индивидуальном заказе, даже самые требовательные клиенты смогут получить, например, из сделанной футболки платье.

– Лечебная, умная, ароматная одежда, т. к. в смесь можно будет добавлять различные вещества. Всё зависит от фантазии автора.

– Модельный бизнес, новые идеи дизайна в индустрии моды: с созданием гибридной ткани мышление дизайнеров теперь будет ещё больше направлено на обдумывание модели одежды, а не на измерение параметров, резку и шитьё.

– Усовершенствование в медицине. Гипс из моей смеси намного легче нанести на поврежденный участок тела. Также, в отличие от стандартного гипса, который используется в медицине по сей день, гипс из пластика в соединении с волокном намного легче, поэтому не будет давать лишнюю нагрузку повреждённому участку тела.

Литература:

1. Бузов Б. А., Румянцева Г. П. Материалы для одежды. Ткани: учебное пособие / Б. А. Бузов, Г. П. Румянцева. — М.: ИД «Форум»: Инфа-М, 2012. — 224 с.
2. Кирюхин С. М., Шустов Ю. С. Текстильное материаловедение. — М.: КолосС, 2011. — 360 с.
3. ГОСТ 3813–72 Материалы текстильные, ткани и штучные изделия. Методы определения разрывных характеристик при растяжении
4. ГОСТ 12088–77 Материалы текстильные и изделия из них. Метод определения воздухопроницаемости.