Bariérové textilie Ing. Jana Drašarová Ph.D. Co umí textil?

Transkript

1 Co umí textil? Ing. Jana Drašarová, Ph.D. Fakulta textilní, Technická univerzita v Liberci

2 º BD předení º víceprošlupní tkaní º typy NT Bariérové textilie Textil - tradice º TU, VCT, VUTS, textilní výroba; výroba textilních strojů º Národní výzkumné centrum TEXTIL º. Textil - vize Technicke B úroveň poznání Prijem Odevni počet lidí (15-20 kg/rok) 10 Spotreba kg/rok

3 podle použití Bariérové textilie Klasifikace textilií? oděvní počet obyvatel, spotřeba kg/čl/rok chrání, zdobí H technické úroveň znalostí čistící, dekorativní, izolační, podle funkce konvenční funkce Ochranná (běžné prostředí) sociální (estetická) funkční nová funkce nad rámec základních nezávisle na okolních podmínkách smart citlivé na vnější podněty pasivní, aktivní, very smart

4 K geotech Bariérové textilie Co všechno je textil? C buildtech P agrotech H hometech packtech h medtech sporttech i indutech clottech h protech v mobiltech æ

5 Textilní vlákna specifický charakter " struktura " anizotropie " visko-elastická deformace " organoleptické charakteristiky Textilní struktury pohodlnost, trvanlivost, nízká hmotnost, dobrá pevnost, tažnost, elasticita, snadná údržba, ergonomie, testování, likvidace, cenová dostupnost Bariérové textilie Proč textil?

6 Typy medicínských prostředků Ne implantační prostředky Bandáže, obvazy, gáza, absopční vložky, náplasti, vata, cupanina, ortézy (bavlna, viskóza, algináty, POP, PLA, PES) Implantační prostředky Chirurgické šicí nitě, umělé cévy, chlopně, šlachy, chrupavky, klouby, kosti, vazy, a kůže (PLA, POE, chitin, PTFE,PES, PAD, kolagen, přírodní hedvábí) Mimo tělní prostředky Umělé ledviny, umělá játra, mechanické plíce (dutá vlákna POP, PES, viskóza ) Prostředky pro hygienu a zdravotní péči Chirurgické oděvy, roušky, medicínské uniformy, krytí, závěsy, lůžkoviny, ochranné oděvy, utěrky (bavlna, PES, viskóza, POP, POE)

7 Definice: Smart textilie ie citlivé na vnější podněty (teplota, chemické, elektrické, mechanické, magnetické) Typ reakcí: x stupid (odění technické) 1) pasivní citlivé na vnější podněty, reakce pouze nevratná (pouze cítí) 2) aktivní schopné poznat změnu vnějších podnětů a reagovan vratně (cítí, reaguje), reakce je stále stejná 3) very smart materials cítí, reaguje, adaptuje se (wereable electronics) 1 generace konvenční materiály +electronics added to the textile 2 generace funkce integrovány do textilie (textilní display, ) 3generace vlákna s integrovanou µelektronikou vize výzkum 4) sebe-určující, samo-učící, předvídající budoucnost nanoroboti,

8 Cesty rozvoje - technologie 1) Nové materiály a struktury na atomární a molekulární úrovni se smart funkcí (aktivace textilních povrchů) vodivé materiály chameleonní (změna barvy) SSM Stimuli sensitive materials PCM Phase change materials SMM Shape memory materials AUXETICké materiály Klíčová slova smart textile smart materials sensor + textile ) Nové materiály a struktury vložením známých prvků aktivní (parazitické) elementy připojené do struktury aktivní elementy vložené do struktury

9 Vodivé materiály - vlákna senzory, indikátory optická vlákna přenos světelného signálu + citlivost na deformace, chemikálie, tlak, tah, el. mg. pole, vodivé polymery elastomerní materiály obsahující nanočástice kovů = deformace kontakt vodivost vodivá vlákna PANI = konvenční (elastomer Lycra, bavlna) pokrytá polyanilinem, polypyrolinem = (deformace el- termo- odpor) (snímání motorických funkcí a teploty) kovové drátky tažení (za tepla), Taylorův proces (pokrytí kovu sklem)

10 Chameleonní (chromismus = změna barvy) 8 termo -chromismus citlivost 40 C do 80 C 8 foto -chromismus FT: výběr, verifikace a testování barviv a filtrů pro textilní dozimetry UV záření barviv nebo substancí pro indikaci bakterií a toxických látek cesty instalace senzorů struktur do textilních testování vhodnosti vzhledem k nošení a údržbě Kombinovaný senzor (teplota + vlhkost) Senzor toxických látek (fosgen a CO2)

11 Stimuli Sensitive Materials/Polymers (SSMs/SSPs)) = = Materiály/Polymery citlivé na podněty polymerní materiály -gely = 3D zesítěné polymerní řetězce odpověď chemomechanická dramatické botnání nebo kolaps důvody světlo, teplo, vlhko, ph, koncentrace solí, elektřina přenos hydrogenových iontů, redukční reakce, chitosan N-vinyl pyrolidon bobtnání ve vodě Poly(N-isopropylacrylamid) (PNIPAAm) regulace teploty a vlhkosti, porozity kontrolované uvolňování

12 Aktivní PCM Phase Change MaterialPCM = Materiály měnícím fázi teplota pevná l. tekutina, teplo absorbuje teplota fl tekutina pevná l., teplo uvolňuje akumulace intenzita C čas 6-10 min uvolnění absorbcetepla z lidského těla nebo okolí

13 Shape Memory = tvarová paměť Fázová změna z pevné na pevnou fázi (změna v krystalických oblastech)

14 Materiály Slitiny (SMA) NITINOL = nikl + titan+ měď-zinek-hliník, měď -hliník-nikl Použití Polymery (SMP) DIAPLEX, c_change blokový a segmentový kopolymer Mikro-Brownův pohyb waterproof ( mm) breathability ( g/m2 za 24 hod) elasticita a měkký omak aplikace v laminátech

15 Gore-Tex / mikro-póry / Sympatex / žádné póry / chemické skupiny (adsorpce, difuze, desorpce molekul vodní páry) shape memory polyuretany (SMPUs)

16 Aerogely pevný kouř - 96% porozita matrice křemíku (SIO 2 ), nejlehčí pevná látka Výroba -vypařování tekutiny z gelu při superkritické teplotě a tlaku komplikované, drahé (3x okenní sklo) NASA, sol-gel chemie, 1931 v přírodě neexistuje vesmírný výzkum, izolace aktivní, pasivní části senzorů

17 Auxetické struktury

18 Použití Auxetická vlákna kompozity Auxetické pěny síta, filtry Auxetické struktury monofil, multifil, tkaniny, pleteniny tvarovatelnost absorpce energie chirurgické implantáty (šití, šlachy, dilatátor cév) kontrolované uvolňování léků

19 Rozvětvené makromolekuly - dendrimery jednoduchý řetězec dendrimer polymerní krystal ochrana proti biol. a mikrob. látkám (nanočástice stříbra) léčba zranění Ochranné materi materiály biomolekula, nanočástice,

20 b) Aktivace textilních povrchů Nanopovrchy nanometr 10-9 m = 0, m nm λ viditelného světla molekulární, atomová uroveň nano částice = měrný povrch m 2 /kg???? JAK aktivovat (vyrobit)????? tisk laminace impregnace nano-povrchy micro- nano- kapsule nano-vlákna

21 Nano-stříbro Bariérové textilie Metallizace Mtex zdravé oděvy, nanometr silná vrstva stříbrných iontů, antiseptické, deodorační účinky, antibakteriální (99.99% po 50 praní) PET 1800nm vrstva Ag -odlup

22 Mikro ro,- nano,- částice enkapsulace Mikro balení aktivní materiály uzavřené v tenkém polymerním obalu µm

23 Kapsule neporézní vizuální indikátory PCM Př: Modifikace vláken zvlákňování OUTLAST (fydupont) PAN vlákna + PCMkuličky porézní postupné uvolnění vůně a esence pesticidyand herbicidy farmaka vitamíny antimikrobiální látky kosmeticképřípravky,

24 povrch: 1. Mikroskopicky velmi hladký Samočistící povrchy Princip 2. Mikroskopicky velmi drsný, super-hydrofibní 3. Hydrofilní foto-katalyticky aktivovaný 1) Mikroskopicky velmi hladký povrch částice špíny nemonou přilnout * reálný povrch výhody textilií omak, drsnost, porozita (dýchání, izolace ) drsný povrch lépe smáčen než hladký

25 2) Mikroskopicky velmi drsný, super-hydrofibní povrch LOTOS efekt asijský Lotos (Nelumbo nucifera) špinavý list omývaný vodou 200 rostlin s tímto vodo-odpudivým efektem

26 olej, voda, kečup, káva, krev, červené víno, medo -fobní povrstvení vláken nanočásticemi stříbra (1996) Lotus-Effect

27 3) Hydrofilní foto-katalyticky aktivovaný povrch fotokatalytickyaktivní oxidy a sulfidy: ZnO, CdS, TiO 2, Fe 2 O 3,ZnS schopnost rozkladu (degradace) organických látek po osvětlení UV světlo easy-to-clean povrchy okna, omítky TiO 2 (0,8%)/PES

28 Cesty ke SMART textiliím iím II 2) Nové materiály a struktury vložením známých prvků integrace mikroelektroniky do textilií cítí, reaguje, adaptuje se (wereable electronics) 5 funkcí: senzory,akční členy, kontrolní jednotky, uložení, komunikace

29 Sensory zrak, chuť, hmat, čich, sluch mechanické, termické, chemické, electrické, magnetické, další zdroje Dýchání elasticita, vodivost, měření dechové frekvence Puls bavlněné příze ovinuté ocelovým drátkem Tlak rozlišení 5 mm, max. velikost pole 50x40 cm. Max. rozsah tlaků je 7kPa-350 kpa, podkladový materiál - elastomer Lycra Tepelné pole Cu dráty princip měření spočívávpoužití konstantního proudu a registraci změny teploty, kteráse převádí na elektrický odpor Piezokeramickýmikrofon Tlak

30 Vyšívané propojení Balení -packaging Dočasná propojení

31 Kontrolní jednotka zpracování dat mozek řídí akční členy na základě signálů ze senzorů žádný textilní materiál neposkytuje Technické úkoly pro plnou integraci: miniaurizace flexibilní polymerní formy propojení balení & pratelnost tisk na ohebný materiál (textilní?) nízká cena nízká kvalita elektronickýchobvodů aplikace do 5 až10 let

32 Instrukce přenos dat Komunikace mezi elementy, oblek prostředí optická vlákna, vodivé příze textilní obrazovka (France Telecom) anténa (tkaná, vyšívaná)

33 Akční členy reakce na impuls ze senzorů nebo po zpracování v řídící jednotce pohyb uvolnění substance zvuk, shape memory materiály umělé svaly

34 Zdroj energie, generátor tenké flexibilní Li-ion generátor není omezeno rozměry solární generátor magneticko-dynamický efekt piezo-dynamický efekt electromagnetickévlny nové druhy Primární baterie Přímé napájení

35 EKG T-shirtT Walk - man Bicycle mesenger Diagnostika a monitoring ve zdravotnictví (nemocní, staří, děti)

36