В настоящее время интенсивно развиваются инновационные технологии, в частности, в текстильной промышленности. Они обеспечивают качественный рост текстиля, востребованный рынком. Инновационное изделие является конечным результатом интеллектуальной деятельности человека, его фантазии, творческого процесса, открытий, изобретений. Такая продукция внедряется в повседневную жизнь цивилизованного человека (медицина, транспорт, строительство, одежда, интерьер и аксессуары дома, спорт, армия, средства коммуникации).
На современном этапе развития текстильной промышленности возможно производство нового поколения текстиля с заранее заданными свойствами. Для его производства используют как разнообразие натуральных волокон, так и широкий ассортимент химических волокон на основе волокнообразующих полимеров. Возможно изготовление волокон различной толщины, вплоть до наноразмеров, а также различных по форме в поперечном сечении, степени извитости.
Механические технологии (прядение, крутка, ткачество, вязание) также влияют на возможную вариативность и разнообразие ассортимента волокон, нитей и изделий из них. Развитие химической технологии (окончательный этап отделки текстиля) позволяет расширить потребительские свойства текстиля (высокая прочность, водоотталкивающие, антимикробные, огнезащищенные свойства). Применение и различные варианты сочетания перечисленных этапов производства позволяют получить широкий ассортимент текстильных материалов. В последнее время производство нового поколения текстиля стало объектом продвижения самых передовых NBIC-технологий (нано-, био-, инфо-, когнито-) и, прежде всего, для производства «умного» текстиля (smart textile) технического, защитного и медицинского назначения. Для его производства усовершенствуются современные, разрабатываются и внедряются инновационные технологии прядения, ткачества, плетения, вязания, производства нетканых материалов, колорирования.
Текстиль, который светится в темноте, может быть активно использован не только в дизайне одежды, интерьера, но и для обеспечения безопасности человека. Светоизлучающая одежда для пожарных, работников скорой помощи и гражданской защиты поможет им стать видимыми в любой ситуации. Светоизлучающие элементы могут быть необходимы для обеспечения безопасности ребёнка, переходящего дорогу в темноте.
В медицине успокаивающее действие, свечение применяется в комнатах релаксации, а также для оповещения об изменении температуры тела путем изменения цвета ткани.
Выделяют следующие технологии производства светоизлучающих материалов с пассивным и активным свечением.
Нанесение краски на флуоресцентной основе относится к материалам с пассивным свечением. Краска за счет накопления энергии от любого источника света затем определенное время светится в темноте. Такая краска наносится непосредственно на ткань кистью, штемпелем или под трафарет. Основное преимущество таких красок в том, что они обладают хорошей светостойкостью, отличной устойчивостью к воде. Поэтому срок их хранения практически не ограничен. Такие краски также безопасны для здоровья людей и животных. Такие материалы легкие в уходе, возможна ручная стирка изделия.
Особенность флуоресцентных красок состоит в том, что они способны поглощенный ими ультрафиолетовый свет преобразовывать и излучать в видимой части спектра. Флуоресцентная краска отражает падающий свет от 2 до 3 раз сильнее, чем обычные краски. При этом флуоресцентные краски способны светиться в невидимых лучах ультрафиолетового излучения. В основном, в качестве флуоресцентных красителей используются родамины и производные аминонафталимида. Главный недостаток подобных красок заключается в большом размере частиц, из-за которого невозможно получить однослойное глянцевое покрытие ткани. Флуоресцентная краска и люминофор — это материалы, реагирующие на свет. Их используют для создания уникального флуоресцентного — светящегося дизайна одежды, различного текстиля для использования в интерьере. Эти материалы уже сами по себе довольно ярки, а под действием ультрафиолетового излучения видимая и невидимая флуоресцентная краска начинают светиться. Солнечное излучение, попадая на изображение, нарисованное видимой флуоресцентной краской и люминофором, не поглощается, как это происходит обычно, а усиливается за счет трансформации световой энергии.
Такие материалы не требуют электропитания, но и освещать не могут без внешнего источника света. Многие из таких материалов обладают значительной жесткостью, что ограничивает их область применения, особенно в одежде.
Вторая категория светоизлучающих материалов применяет активное освещение. Эти устройства включают в себя флуоресцентные соединения или электрические лампочки. Их применение ограничено за счет значительной массы, сложности закрепления к текстилю и высокой стоимости. Примером является непосредственное соединение с текстилем светодиодов. Текстильные изделия,, соединенные со светодиодами, можно носить и в "выключенном состоянии", они не отличаются от обычной одежды.
После многих экспериментов и лабораторных опытов стали использоваться товары с LED- подсветкой. Маленькие светодиоды, каждый из которых имеет диаметр чуть более двух миллиметров, а весит меньше грамма, что позволяет не утяжелять изделие. Любой светодиод имеет малое энергопотребления и большой срок непрерывного горения. Светодиоды питаются от множества небольших батареек. Они расположены по всему изделию – суммы их энергии хватает на то, чтобы одежда могла светиться около 3-4 часов. Такой способ изготовления светоизлучающего текстиля является безопасным для человека. Недостатком такого метода является контроль работы каждого светодиода. Главное преимущество светодиодов - низкий вес, что открывает широкий диапазон возможностей использования. Возможна ручная стирка таких материалов, но для начала необходимо отсоединить электронику и батареи от изделия.
Перспективным вариантом активного свечения являются ткани, где в качестве нити утка использовано тонкое оптическое волокно. Волокна соединены друг с другом и подключаются к яркому светодиоду, питаемым электричеством от компактного аккумулятора от 3 - 9 В. Аккумулятор может работать в автономном режиме до 8 часов. Также возможно подключение к адаптеру переменного тока. При этом свечение может оставаться в одном цвете, а может и меняться из одного оттенка в другой. Интенсивность свечения, смена цвета между оттенками белого, красного, зеленого и синего можно регулировать при помощи пульта. На рисунке 1 представлены фотографии светоизлучающей ткани, изменяющей цвет.
Такой материал достаточно легкий в уходе, возможна ручная стирка, предварительно отключив и удалив из конструкции аккумулятор. Оптоволоконная ткань почти не нагревается и безопасно для человека, так как материал находится под низким напряжением батареи.
Ещё с 1970-х годов компании экспериментировали с волоконной оптикой, пытаясь внедрить ее в ткань. Проводились исследования данного материала в специальных, экспериментальных лабораториях физики высоких энергий. Оптоволокно не возможно было использовать в ткацком производстве, так как оно не поддается растяжению, не эластично, твердое и недостаточно гибкое. Для этого понадобилось значительное совершенствование оптического волокна и разработки самой технологии изготовления текстильного материала. Успеха добились итальянские специалисты компании Caen S.p.A. а швейцарская текстильная компания Stabio разработала специальный станок для изготовления ткани с новым оптоволокном.
Основными компаниями, которые производят и реализуют подобный материал, являются Luminex, Lumigram и Philips. Расширяются границы применения светоизлучающих текстильных материалов, которые получили широкое распространение за рубежом. Уже сегодня подобные ткани активно используется для создания театральных костюмов, а также во многих других областях.
Технология изготовления изделий из такого материала используется та же, что и для обычных синтетических тканей. За счет изменения толщины светопроводящего слоя в волокнах возможно изменение жесткости и интенсивности освещения материала. Это позволит расширить применение оптоволоконной ткани в одежде, текстиле, галантереи. Хорошая драпируемость такого материала позволит использовать его для создания различных моделей нарядной одежды и в дизайне интерьеров.
Подобная оптоволоконная ткань имеет следующие характеристики:
- Поверхностная плотность – 280±10 г/м²
- Разрывная нагрузка полоски ткани 50х200 мм, 5600 H -(по основе)
- Удлинение при разрыве, - 34% (по основе)
- Толщина - 0,84±0,1 мм
Оптическое волокно располагают по нити утка. В качестве нити основы могут быть использованы хлопковые, шерстяные, полиэфирные, полиамидные и другие волокна.
На рисунке 2 представлена фотография светоизлучающей оптоволоконной ткани при увеличении в 160 раз. В представленном образце в качестве материала основы использовано полиолефиновое волокно, нить утка состоит из светоизлучающего оптоволокна и полиамидных нитей.
Внутри волокна расположена сердцевина, состоящая из цветного полупрозрачного материала, который отражает свет, тем самым способствует появлению цветов. Важным этапом является подборка показателя преломления оболочки волокон с целью, чтобы свет рассеивался вдоль всей длины волокон. Показатель преломления света подбирается с учетом функции изделия, а также от длины волокон, подлежащих освещению, и от характеристик источника света.
Показатель преломления освещенных волокон может быть изменен механической обработкой волокна, а также обработкой химическими реагентами (алифатические углеводороды; органические кислоты, алифатический спирт; кетоны; ароматические и алифатические амины; амиды; ароматические сложные эфиры).
Поверхностную модификацию оболочки волокон можно получить путем обработки ткани лазерным лучом подходящей мощности. Оптическое волокно снабжено прорезями на внешней оболочке, проникающими до сердцевины, позволяющими свету исходить из волокна. Прорези расположены друг от друга на расстоянии 0,5 мм (рисунок 3,4). Яркость света, излучаемого сквозь эти прорези по всей длине ткани, может быть увеличена, за счет нанесения на концы волокон специального отражающего покрытия.
Другим вариантом изготовления светоизлучающего волокна является включение химических присадок. Компоненты присадок могут состоять из ароматических полициклических органических молекул, содержащих или не содержащих хиноновые, аминные, цианиновые, азойные группы, которые присутствуют в соединениях (полифенильные, оксазоловые, кумариновые и т д).
Для повышения износостойкости применяют различные химические покрытия. Волокна, участвующие в процессе изготовления ткани, должны обладать гибкостью, что очень важно при изготовлении ткани. Это свойство необходимо учитывать при эксплуатации текстильных материалов и уходе за ними.
В процессе изготовления ткань неоднократно подвергается обрабатыванию защитными слоями для предотвращения повреждений от неблагоприятных погодных воздействий, а также от химических реагентов, которые могут вызвать ухудшение качества или свойств ткани. Дополнительная обработка поверхности материала после сборки является заключительным этапом в получении светоизлучающей ткани.
Защитный слой преимущественно применяется перед нанесением электролюминесцентного слоя в виде одностороннего покрытия. Толщина защитного слоя может находиться в пределах от ≧0.5 мкм до ≦10 мкм. Такое покрытие может служить защитой от внешних воздействий, в частности, от водных и сухих атмосферных загрязнений. Материалы для защитного слоя состоят из полимеров группы, включающей силиконы, полиуретан, поливинилхлорид, полисульфид, акрилат. В предпочтительном варианте на первом слое поверхности наносится полиуретан, затем применяется силикон. Прозрачность и проницаемость света – это очень важный фактор, потому что этот слой позволяет испускать свет наружу. Проводящий слой также может быть образован прозрачными токопроводящими материалами, например оксид олова или при помощи полиэфирной пленки, которая предварительно обработана оксидом олова. Световой поток проходит тем лучше, чем тоньше проводящий слой. В предпочтительных вариантах прозрачный проводящий слой наносится слоем толщиной в пределах от ≧2 мкм до ≦15 мкм.. Неорганические люминофоры изготавливаются из такой группы металлов как Cu, Mn, Ag, Au, Pb, P, As, Sb, Sn, V, Tl, Sc, Cr.
Волокна собираются в пучок и подключаются к источнику света, светоизлучающему диоду, затем с помощью кабеля соединяются с источником энергии. Подключение электронного управления является заключающим этапом в создании ткани. Эти ткани могут светиться оттенками белого, синего, зелёного, красного или жёлтого цвета. В данный момент идут разработки по увеличению количества цветов, который, как уже подсчитано, может быть доведен до 265. Цвет может быть добавлен путем размещения цветного светофильтра.
Ведутся исследования по изменению толщины светопроводящего слоя и интенсивности освещения, а также уменьшению жесткости волокна. Это позволит расширить применение оптоволоконной ткани в одежде, текстиле, галантереи. Хорошая драпируемость такого материала позволит использовать его для создания различных моделей нарядной одежды и в дизайне интерьеров.
После проведения ряда модификаций светоизлучающая оптоволоконная ткань, которая обладает собственным свечением, может приобрести расширенный ряд областей использования:
- нарядная и торжественная одежда (вечерние платья, платья для выпускного бала, одежда для дискотек, одежда, меняющая цвет в такт движению танцора)
- галантерея и аксессуары (сияющие сумочки и сумочки со светящейся подкладкой, пояса, украшения)
- дизайн интерьеров, текстиль для дома (шторы, скатерти, салфетки, декоративные подушки различной формы, декоративные светильники)
- мебель и предметы быта (светящиеся диваны, ковры, портьеры)
- сюрпризы и подарки (декоративные открытки, цветы, букеты, картины)
- упаковка
- детские и новогодние игрушки
- рекламные вывески, сувениры
- шоу-техника, декорации
- сигнальная спецодежда, конструктивные элементы и прикладные материалы в производственной одежде, спасательные плавсредства
- системы автономного аварийного освещения и сигнализации
- предупреждающие, указывающие и других светознаки.
Возможно, в будущем ткань обретет возможность распознавать биение сердца и изменения температуры человеческого тела, оповещая это изменением цвета ткани. Не исключено, что будет отвечать на стимулы окружающей среды. Пояса, галстуки, зонты также смогут менять цвет в соответствии с нашим настроением, ритмом сердца, приближения холодов или, наоборот, жаркой погоды.
Стоимость такого материала будет зависеть от количества оптоволокна и его плотности. Поскольку такие материалы появились на мировом рынке сравнительно недавно, то рынок их сбыта только начинает формироваться. В России изготовление и реализация светоизлучающей ткани находится на самой начальной фазе развития.
Создание такой ткани позволит расширить границы фантазии в дизайне интерьеров, одежды, а также предоставит новые возможности в усовершенствовании методов защиты организма человека от неблагоприятных факторов среды.