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 материа-
лов технического назначения с использованием плазменной обработки и мо-
дификаторов. Приведены описание плазменной установки, объектов и мето-
дов проведения экспериментальных исследований, а также результаты экспе-
риментальных исследований изменения комплекса свойств функциональных 
материалов технического назначения после воздействия потока «холодной» 
плазмы пониженного давления и модификаторов. 
Предназначена для обучающихся и научных работников, занимаю-
щихся 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 опреде-
ленным 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 техниче-
ского назначения, запросы потребителей постоянно возрастают. Необ-
ходимо создание многофункциональных материалов технического 
назначения, которые одновременно удовлетворяют множеству требо-
ваний, часто противоречащих одни другим. Данный спрос послужит 
стимулом для производителей технического текстиля.  
Как показывает анализ научной и патентной литературы, в по-
следнее время во всем мире резко возрос интерес к созданию multi-
functional textiles (многофункционального текстиля). Простейшие спо-
собы получения многофункциональных материалов технического 
назначения (смешение волокон, модификация нитей, модификация 
строения и поверхности функциональных полотен) не могут дать жела-
емых результатов.  
Более широкие возможности при производстве товаров с высо-
кими потребительскими свойствами лежат в переходе к сложным сло-
истым композиционным структурам. Такие структуры содержат в не-
обходимом, заданном порядке различные функциональные слои. Эти 

разработки за последние десять лет во всем мире являются приоритет-
ными и непосредственно связаны с созданием так называемого 
intelligence textiles (интеллектуального текстиля) или smart textiles (ум-
ного текстиля).  
Учитывая огромное разнообразие нового advanced textiles (совре-
менного текстиля) можно предположить, что способ соединения от-
дельных функциональных материалов в одну структуру дает возмож-
ность изменять, варьировать технические свойства композитов в широ-
ких пределах. Научный и производственный интерес в этой области 
объясняется потенциальными возможностями создания функциональ-
ных 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 матери-
алов выделился особый весьма перспективный вид, создание которого 
связано с развитием нано- и биотехнологий, использованием последних 
достижений физики и химии. Это так называемый функционально ак-
тивный текстиль, каждый конкретный вариант которого разрабатыва-
ется 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 уни-
форма с минимальной отделкой (мягчение, малосминаемость, малоуса-
дочность). 
– профессиональные ткани и одежда со специальными отдел-
ками: чаще всего с огнезащитной и водоотталкивающей, антистатиче-
ской, масло-, водо-, грязеоталкивающей, хемостойкой (покрытия), био-
цидной (антимикробной, противогрибковой, репеллентной, противо-
гнилостной) отделками и всевозможными их комбинациями [2]. 
Во многих случаях производители имеют лицензии от произ-
водителей ТВВ (текстильно-вспомогательные вещества) на изделия 
из волокон со специальными свойствами, а также специальных ма-
териалов, 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 во-
сточных коллег не только большим разнообразием применяемых ма-
териалов, волокон и отделок, но и внешним оформлением, обилием 
образцов изделий, прекрасно изданными каталогами, а также при-
сутствием компетентных специалистов.  
На данной выставке «А+А» Восток-Сервис и Чайковская тек-
стильная компания представляли свою продукцию с лицензионными 
знаками. В частности, Чайковская текстильная компания, имея лицен-
зию на знак Sanitized, показала медицинские ткани с бактериостатиче-
ским эффектом на основе нанотехнологии, а также профессиональные 
ткани с репеллентной отделкой для одежды рабочих нефтегазодобыва-
ющих компаний, агрокомплекса, армейской униформы. Специальная 
одежда сейчас шьется уже не просто из ткани с подкладкой. Как пра-
вило, 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 «дыша-
щим» покрытием) 
– хлопчатобумажная подкладка с терморегулирующей пропит-
кой. 
Данный костюм дает защиту от ветра, дождя и холода, но про-
пускает наружу пот.  
Таким образом, современная профессиональная одежда должна 
отвечать следующим требованиям:  
– обеспечивать необходимую, как правило, многофункциональ-
ную, 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 композицион-
ных материалах, где полимерную матрицу наполняют различными ви-
дами материалов в измельченной форме (от микро- до наноразмеров). 
Последние обеспечивают большую прочность композитов за счет су-
щественного увеличения внешней поверхности и, как следствие, боль-
шей возможности проявления межмолекулярных сил сцепления между 
частицами наполнителя и макромолекулами матрицы [4].  
Производство композитов в мире является одним из наиболее ди-
намично развивающихся видов материалов, в которых находятся раз-
личные нано- и большего размера частицы. Развитие этого направления 
практического материаловедения влечет за собой развитие химии и фи-
зики полимеров, нанотехнологий производства наполнителей для ком-
позитов, в том числе наночастиц различных форм углерода (углерод-
ные волокна, углеродные трубки и др.). Наиболее ярко проявляется рас-
тущая роль композитов в аэро- и космической областях. Новое поколе-
ние сверхлегких и прочных композитов позволяет существенно сни-
зить 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 струк-
тур, 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 чело-
века вышли в XXI веке на первый план, составили научно-технологи-
ческое, 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, промыш-
ленности, 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 га-
зообрзаной 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 (био-
миметики) 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 гидрофобиза-
тора, за счет чего достигался высокий уровень гидрофобности, чем при 
простом использование гидрофобизаторов по классической технологии.