Šajā emuāra ierakstā mēs izpētām mikrošķiedras struktūru un ražošanas principus, kā arī zinātniski pētām, cik efektīvi šis materiāls faktiski var bloķēt putekļu ērcītes un putekļus.
Vai esat dzirdējuši par gultasveļu, kas novērš putekļu ērcīšu un putekļu veidošanos? Tā ir jauna tehnoloģija, kas piesaista uzmanību apģērbu un gultasveļas nozarēs. Ikviens, kurš jebkad ir pārlūkojis dažādus produktus, iepērkoties gultasveļu vai apģērbu, iespējams, ir dzirdējis par šo produktu un tā materiālu – mikrošķiedru.
Ultrasīkas šķiedras ir šķiedras, kuru biezums ir simtdaļa no cilvēka mata. Izmantojot tās izstrādājumos, tās rada gaisa kabatas, kas ir mazākas par smalkajiem putekļiem vai putekļu ērcītēm, bet lielākas par gaisa molekulām. Tas ļauj šķiedru izstrādājumiem saglabāt elpojamību, vienlaikus nodrošinot barjeras efektu, kas novērš putekļu un putekļu ērcīšu iekļūšanu. Šī funkcionalitāte ir īpaši noderīga alerģiju slimniekiem un cilvēkiem ar jutīgu ādu. Tā kā audumam piemīt elpojamība, kas līdzīga keramikai, vienlaikus novēršot smalku putekļu pielipšanu vai putekļu ērcīšu mājokli, to plaši izmanto funkcionālajā gultasveļā un apģērbā. Tātad, kā tiek iegūta šī šķiedra, kas ir 100 reizes smalkāka par cilvēka matu?
Parasto dziju ražo, piepildot dobu cilindrisku cauruli ar šķidru polimēru materiālu, pieliekot spiedienu un pa vienai izspiežot šķipsnas, līdzīgi kā gatavojot nūdeles. Tomēr, lai izveidotu mikrošķiedru, izmantojot šo pašu metodi, vispirms ir jāizgatavo caurules ar desmitiem nanometru diametru, kas ir tehniski ārkārtīgi sarežģīti. Tāpēc mikrošķiedras galvenokārt ražo, izmantojot elektrovērpšanu, kurā tiek izmantots elektriskais lauks, nevis mehāniska manipulācija.
Elektrospinnings ir metode, kurā šķidrai izejvielai tiek pielikts augstspriegums, izraisot vielas veidojošo molekulu atgrūšanos. Viela sastāv no neskaitāmām daļiņām, ko sauc par molekulām. Kad materiālam tiek pielikts augstspriegums, šīs molekulas tiek ietekmētas un kļūst elektriski lādētas. Tas ir līdzīgi tam, kā jūsu balss dabiski kļūst skaļāka trokšņainās vietās, piemēram, koncertzālēs vai tirgos. Spēcīgi elektrificētā vidē arī molekulas kļūst elektriski lādētas, radot elektrostatisku parādību. Molekulas iegūst vienādu lādiņu, un līdzīgi lādiņi atgrūž viena otru. Līdz ar to tās atgrūžas. Savukārt šķidrā stāvoklī molekulām starp tām ir arī pievilkšanās spēks. Tas ir saistīts ar virsmas spraigumu, kas liek molekulām salipt kopā, lai samazinātu virsmas laukumu. Kad lādiņu radītais atgrūšanās spēks kļūst spēcīgāks par virsmas spraigumu, kas vēlas, lai molekulas paliktu salipušas, šķidrums vairs nevar palikt salipušas un tiek izsmidzināts. Tāpēc tas tiek izsmidzināts šķidruma pilienu veidā. Šie izsmidzinātie šķidruma pilieni, pārvietojoties caur gaisu, pakāpeniski sacietē. Pārvietojoties caur gaisu, tie pārnes savu lādiņu uz atmosfēru un pakāpeniski zaudē savu lādiņu. Kad tie zaudē pietiekamu lādiņa daudzumu, šo pilienu plūsma kļūst nestabila. Līdz ar to plūsma sagriežas spirālē un izstiepjas pavedienam līdzīgā formā. Tā rodas pavediens, līdzīgi kā vingrotāja lentes zīmētā forma. Šī parādība turpinās, līdz piliens sasniedz augstsprieguma plāksni, kas atrodas noteiktā attālumā no vietas, kur šķidrums bija elektriski uzlādēts.
Nanofibru radīšanas procesam, izmantojot elektrostatisko vērpšanu, piemīt ievērojamas īpašības. Vērpjot dziju ar parastajām iekārtām, ir jāievieš dažādas iekārtas ar atšķirīgām specifikācijām, lai iegūtu dažāda biezuma dziju. Tomēr elektrostatiskā vērpšana pilnībā novērš šo nepieciešamību. Elektrostatiskajā vērpšanā kvēldiega biezumu kontrolē, tikai regulējot pielietoto spriegumu. Augstāks spriegums rada smalkākus kvēldiega pavedienus, jo lielāks spriegums piegādā vairāk enerģijas. Tas ir analogi trausla objekta krišanai no lielāka augstuma, kā rezultātā tas sadalās mazākos gabalos. Šķidrums, kas saņem lielu enerģiju no sprieguma, nes spēcīgāku lādiņu un piedzīvo lielāku atgrūšanos. Šī spēcīgā atgrūšanās pārvar spēkus, kas izraisa šķidrumu salipšanu kopā, ļaujot tiem izkliedēties mazākos pilienos.
Vēl viena elektrostatiskās vērpšanas priekšrocība ir spēja apvienot dažādus materiālus, lai piešķirtu jaunas funkcijas. Piemēram, nanofibru izveide ar pievienotiem pretmikrobu līdzekļiem var nomākt baktēriju un sēnīšu, kā arī mājas putekļu ērcīšu augšanu. Šīs šķiedras, apvienojot dažādus materiālus un funkcijas, tiek plaši izmantotas ārpus gultas piederumiem — sākot no medicīnas materiāliem un sporta apģērba līdz rūpnieciskajiem filtriem. Tām ir būtiska loma mūsu dzīves kvalitātes uzlabošanā.
Mēs neapzināti ikdienā izmantojam daudzus mikrošķiedras izstrādājumus. Tie tiek izmantoti dažādos funkcionālos produktos, sākot no pret putekļu ērcītēm izturīgas gultasveļas un funkcionāla sporta apģērba līdz putekļus sūcošiem dvieļiem. Visi šie funkcionālie produkti ir radušies no nelielas domāšanas maiņas: fiziskā spēka pārvēršanas elektriskajā spēkā. To redzot, rodas jautājums, kā varētu mainīties pasaule, ja nākotnē tiktu izstrādātas revolucionārākas metodes, kas novedīs pie vēl smalkākiem un specializētākiem pavedieniem. Zinātnes un tehnoloģiju attīstība ienes inovācijas pat vismazākajās mūsu ikdienas dzīves daļās, un jauni materiāli, piemēram, mikrošķiedra, turpinās pierādīt savu vērtību dažādās jomās.
