Функциональные материалы технического назначения

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение высшего образования 
«Казанский национальный исследовательский 
технологический университет» 

Э. А. Хамматова, Р. Ф. Гайнутдинов 

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ 
МАТЕРИАЛЫ ТЕХНИЧЕСКОГО 
НАЗНАЧЕНИЯ 

Монография 

Казань 
Издательство КНИТУ 
2020 

УДК 677.027.622:330.341 
ББК 37.230-5

Х18

Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 

Рецензенты: 
д-р техн. наук, проф. К. Э. Разумеев 
д-р техн. наук, проф. А. Г. Макаров 

Х18 

Хамматова Э. А. 
Функциональные материалы технического назначения : монография / 
Э. А. Хамматова, Р. Ф. Гайнутдинов; Минобрнауки России, Казан. нац. 
исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2020. – 132 с. 

ISBN 978-5-7882-2943-0

Предложена новая технология производства функциональных материалов технического назначения с использованием плазменной обработки и модификаторов. Приведены описание плазменной установки, объектов и методов проведения экспериментальных исследований, а также результаты экспериментальных исследований изменения комплекса свойств функциональных 
материалов технического назначения после воздействия потока «холодной» 
плазмы пониженного давления и модификаторов. 
Предназначена для обучающихся и научных работников, занимающихся исследованием свойств материалов технического назначения. 
Подготовлена на кафедре дизайна. 

ISBN 978-5-7882-2943-0
© Хамматова Э. А., Гайнутдинов Р. Ф., 2020
© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2020

УДК 677.027.622:330.341 
ББК 37.230-5

2 

С П И С О К  О С Н О В Н Ы Х  С О К Р А Щ Е Н И Й
И  О П Р Е Д Е Л Е Н И Й  

АГМ-9 – аминопропил-триэтоксисилана. 
ВЧЕ – высокочастотный емкостной. 
ВТЭС – винилтриэтоксисилан. 
ГКЖ-94 – этилгидросилоксан. 
КТМ – композиционный текстильный материал. 
КОС – кремнийорганические соединения. 
МТМ – многофункциональный текстильный материал. 
НМ – нетканые материалы. 
НВМ – нетканый волокнистый материал. 
ОТЭС – октилтриэтоксисилан. 
ПП – полипропилен. 
ТВВ – текстильно-вспомогательные вещества. 

          Функциональные материалы – материалы, обладающие определенным уровнем физико-химических и механических свойств, 
которые обеспечивают использование этих материалов в качестве 
рабочего элемента в определенном устройстве или приборе. 
Нетканый материал – формируется из волокнистой массы, 
пряжи, тканей, а также сочетанием их с другими материалами, элементы которых соединяются различными способами (иглопробивными, клееными и скрепленными комбинированными).  

Многофункциональный текстильный материал – вид текстиля, 

объединяющий несколько желаемых функций, что позволяет создавать 
«умный» текстиль. 
Спецодежда – специальная защитная одежда, создающая надежную защиту тела от всевозможных неблагоприятных метеорологических условий, вредностей, в то же время обеспечивающая нормальную 
терморегуляцию организма, свободу движений и удобство ношения.  

В В Е Д Е Н И Е

В последние годы сформировалось производство различных видов технического текстиля со специфическими свойствами. Данные 
виды функциональных материалов, выполняющие определенную 
функцию при их использовании, стали называть функциональными. 
Сегодня на мировом рынке доступны следующие функциональные материалы технического назначения: 
– барьерные (против микроорганизмов, химических препаратов,
жидкости, радиации и др.); 
– антистатические или электропроводящие;
– антимикробные или бактериостатические;
– крове- и водоотталкивающие;
– высокосорбционные и высококапиллярные (изготовленные из
ультратонких волокон); 
– «дышащие» мембраны;
– phase change materials (материалы с фазовым переходом);
– металлические и металлизированные;
– трехмерные (3D) трикотажные полотна;
– ламинированные со специфическими отделками и т. д.
Несмотря на такой выбор функциональных материалов технического назначения, запросы потребителей постоянно возрастают. Необходимо создание многофункциональных материалов технического 
назначения, которые одновременно удовлетворяют множеству требований, часто противоречащих одни другим. Данный спрос послужит 
стимулом для производителей технического текстиля.  
Как показывает анализ научной и патентной литературы, в последнее время во всем мире резко возрос интерес к созданию multifunctional textiles (многофункционального текстиля). Простейшие способы получения многофункциональных материалов технического 
назначения (смешение волокон, модификация нитей, модификация 
строения и поверхности функциональных полотен) не могут дать желаемых результатов.  
Более широкие возможности при производстве товаров с высокими потребительскими свойствами лежат в переходе к сложным слоистым композиционным структурам. Такие структуры содержат в необходимом, заданном порядке различные функциональные слои. Эти 

разработки за последние десять лет во всем мире являются приоритетными и непосредственно связаны с созданием так называемого 
intelligence textiles (интеллектуального текстиля) или smart textiles (умного текстиля).  
Учитывая огромное разнообразие нового advanced textiles (современного текстиля) можно предположить, что способ соединения отдельных функциональных материалов в одну структуру дает возможность изменять, варьировать технические свойства композитов в широких пределах. Научный и производственный интерес в этой области 
объясняется потенциальными возможностями создания функциональных композитов с дополнительными качествами, в которых сочетаются 
самые разнообразные свойства и функции.  

5 

1 .  А С С О Р Т И М Е Н Т  Ф У Н К Ц И О Н А Л Ь Н Ы Х
М А Т Е Р И А Л О В  Т Е Х Н И Ч Е С К О Г О  
Н А З Н А Ч Е Н И Я  

В главе проведен анализ ассортимента применяемых функциональных материалов технического назначения для отраслей промышленности РФ. Представлено описание нового поколения средств защиты окружающей среды на 
основе нетканых сорбентов, а также обоснование выбора волокнистого сырья 
для создания нетканых волокнистых композиционных материалов (НВКМ), отличающегося многофункциональностью и обладающего комплексом необходимых потребительских свойств. Рассматриваются методы модификации поверхности функциональных материалов технического назначения, позволяющие улучшить их физические, механические, бактерицидные и защитные свойства для повышения их эксплуатационных характеристик защитных швейных 
изделий специального назначения. Описаны традиционные и электрофизические методы воздействия на поверхности функциональных материалов, улучшающих комплекс показателей качества, влияющих на эксплуатационные 
свойства готовых изделий специального назначения. 

1 . 1 .  Ф у н к ц и о н а л ь н о  а к т и в н ы е  в и д ы  м а т е р и а л о в  

В настоящее время среди технических функциональных материалов выделился особый весьма перспективный вид, создание которого 
связано с развитием нано- и биотехнологий, использованием последних 
достижений физики и химии. Это так называемый функционально активный текстиль, каждый конкретный вариант которого разрабатывается в соответствии с определенным назначением. Именно назначение 
и определяет, какие модифицирующие компоненты используются для 
придания текстилю тех или иных свойств [1]. 

На рынке в сфере текстиля западных компаний присутствует вся 
палитра специального текстиля: 
– обычный, хорошего и среднего качества, рабочая одежда и униформа с минимальной отделкой (мягчение, малосминаемость, малоусадочность). 
– профессиональные ткани и одежда со специальными отделками: чаще всего с огнезащитной и водоотталкивающей, антистатической, масло-, водо-, грязеоталкивающей, хемостойкой (покрытия), биоцидной (антимикробной, противогрибковой, репеллентной, противогнилостной) отделками и всевозможными их комбинациями [2]. 
Во многих случаях производители имеют лицензии от производителей ТВВ (текстильно-вспомогательные вещества) на изделия 
из волокон со специальными свойствами, а также специальных материалов, в том числе: Kevlar, Nomex (DuPont) Kanecaron (Kaneka 
Corporation) Trevira (Trevira Holding GmbH) Gore-Tex (W.L. Gore & 
Associates), Tychem, Tyvek (DuPont) Scotchlight (3 М Company). 
Например, на выставке «А+А» функционального текстиля стенды 
западных производителей заметно отличались от экспозиций восточных коллег не только большим разнообразием применяемых материалов, волокон и отделок, но и внешним оформлением, обилием 
образцов изделий, прекрасно изданными каталогами, а также присутствием компетентных специалистов.  
На данной выставке «А+А» Восток-Сервис и Чайковская текстильная компания представляли свою продукцию с лицензионными 
знаками. В частности, Чайковская текстильная компания, имея лицензию на знак Sanitized, показала медицинские ткани с бактериостатическим эффектом на основе нанотехнологии, а также профессиональные 
ткани с репеллентной отделкой для одежды рабочих нефтегазодобывающих компаний, агрокомплекса, армейской униформы. Специальная 
одежда сейчас шьется уже не просто из ткани с подкладкой. Как правило, костюмный пакет многослоен, представляет собой «сэндвич» из 
тканых и нетканых материалов с особыми свойствами. К тому же все 
такие сложные «бутерброды» должны «дышать», не стеснять движений 
и иметь минимально возможный вес. Например, костюм пожарного 
имеет следующую структуру:  
– верх – ткань из огнезащищенного арамидного волокна;
– на рукавах, груди и поясе: светоотражающие ленты Scotchlight,
влагоотводящий слой Gore-Tex и термозащитный слой; 
– вискозно-полиакриловая подкладка [3].

Структура полевого армейского костюма: 
– верх – ткань Cordura (100 % ПЭФ с полиуретановым «дышащим» покрытием) 
– хлопчатобумажная подкладка с терморегулирующей пропиткой. 
Данный костюм дает защиту от ветра, дождя и холода, но пропускает наружу пот.  
Таким образом, современная профессиональная одежда должна 
отвечать следующим требованиям:  
– обеспечивать необходимую, как правило, многофункциональную, защиту; 
– быть удобной, гигиеничной и практичной в носке.

1 . 2 .  С о в р е м е н н ы е  ф у н к ц и о н а л ь н ы е  м а т е р и а л ы  
р а з л и ч н о г о  в и д а  и  н а з н а ч е н и я  

Композиты. Без волокон невозможно произвести ни один вид 
текстиля (ткань, трикотаж, нетканые материалы). Но традиционные и 
нановолокна также широко используют во многих видах композиционных материалах, где полимерную матрицу наполняют различными видами материалов в измельченной форме (от микро- до наноразмеров). 
Последние обеспечивают большую прочность композитов за счет существенного увеличения внешней поверхности и, как следствие, большей возможности проявления межмолекулярных сил сцепления между 
частицами наполнителя и макромолекулами матрицы [4].  
Производство композитов в мире является одним из наиболее динамично развивающихся видов материалов, в которых находятся различные нано- и большего размера частицы. Развитие этого направления 
практического материаловедения влечет за собой развитие химии и физики полимеров, нанотехнологий производства наполнителей для композитов, в том числе наночастиц различных форм углерода (углеродные волокна, углеродные трубки и др.). Наиболее ярко проявляется растущая роль композитов в аэро- и космической областях. Новое поколение сверхлегких и прочных композитов позволяет существенно снизить вес современного самолета и ракеты. Материалы современных 

транспортных средств включают большую долю композитов на основе 
текстиля и полимеров [4].  
Защитный текстиль и одежда. Данный вид изделий находит 
очень широкое применение в отраслях промышленности РФ (защитная 
одежда работников опасных и вредных предприятий, силовых структур, спасателей, пожарных, медработников, спортсменов; одежда для 
отдыха, туризма).  
В этих областях наибольшие успехи достигнуты в значительной 
мере за счет использования NBIС-технологий, но только совместно с 
традиционными механическими (прядение, ткачество) и химическими 
технологиями [5].  
NBICS-технологии, бионика и социальные технологии для человека вышли в XXI веке на первый план, составили научно-технологическое, практическое ядро развития цивилизации, реально вступившей 
в шестой технологический уклад. Во всяком случае, в передовых по 
уровню развития и использования прорывных технологий странах. 
На нынешний день это еще и динамично развивающееся производство 
технического текстиля (для силовых структур, транспорта, промышленности, космоса, медицины, сельского хозяйства, архитектуры и далее везде). И в этих видах текстиля роль прорывных технологий становится доминирующей, без них просто невозможно произвести эти материалы, как нельзя без «умных технологий» создать «умную одежду» 
и «умный текстиль». 
Более того, многие потребительские свойства защитному текстилю могут быть сообщены с помощью традиционных методов химической технологии, без NBIС-технологий. В зависимости от области 
применения защитного текстиля и одежды набор свойств (функций), 
которыми они должны обладать, может отличаться, но достаточно часто определенные свойства являются общими для материалов и защитной одежды различного назначения.  
Основные свойства, которые необходимо придать большинству 
видов защитной одежды: водо- и маслоотталкивание; огнестойкость 
(огнезащищенность); антимикробность. Из дополнительных можно отметить защиту от вредных токсичных веществ в твердой, жидкой и газообрзаной форме; защиту от различных видов радиации (γ, α, β, УФ); 
защиту от пуль, осколков снарядов, взрывной волны; защиту от обнаружения людей и техники в дневное и ночное время (маскировка); бес-
проводную связь (коммуникации) с внешним миром. Для армейского, 

спортивного, медицинского текстиля дополнительным свойством является диагностика состояния организма и первая медицинская помощь, 
а том числе дистанционно. Придание всех этих свойств защитному текстилю и одежде достигается комбинацией NBIC и традиционных химических технологий [5]. 
Водо- (гидро) и масло- (олео) отталкивающие свойства. Эти 
свойства достигаются традиционными химико-технологическими приемами нанесения и закрепления на текстиле гидро- и олеофобных веществ. С развитием нано- и биотехнологий и особенно бионики (биомиметики) в производство текстиля и других материалов пришли новые технологии. Они основаны на том, как природа решает эту проблему [5]. 
Изучение вопроса биологами, ботаниками, химиками, материаловедами, нанотехнологами показало, что в природе придание водоотталкивающих свойств сообщает наличие на поверхности тонкого слоя 
гидрофобного вещества (в основном жирных высших кислот – стеариновой, пальмитиновой). Но это не только гидрофобная пленка. Она, что 
чрезвычайно важно, имеет наношероховатую поверхность. Поэтому 
капли воды не могут удержаться на ней и легко скатываются при небольшом наклоне или встряхивании.  
Идеальной гидро- и олеофобной поверхностью обладает поверхность лепестков лотоса. Лотос в древнеегипетской мифологии считается идеалом чистоты. С него вместе с каплями воды смываются все 
загрязнения, даже жирового характера. Исследователи назвали этот эффект супергидрофобности «эффектом лотоса», и название закрепилось 
за технологиями, использующими принцип. Он сочетает специальное 
гидрофобное химическое строение вещества поверхностной пленки и 
ее наношероховатую поверхность [6].  
Следует сказать, что поверхность практически всех растений и 
многих животных с волосяным покрытием в большей или меньшей степени обладает гидрофобными свойствами (в том числе поверхность 
хлопкового волокна). После открытия и изучения механизма эффекта 
«лотоса» ученые буквально бросились воспроизводить эту биотехнологию на различных материалах, в том числе и на текстиле. Ими использованы различные гидро- и олефобизаторы с использованием приемов 
формирования на поверхности наношероховатой пленки гидрофобизатора, за счет чего достигался высокий уровень гидрофобности, чем при 
простом использование гидрофобизаторов по классической технологии.