Хотите узнать, как нить весом в 1 грамм может иметь длину 100 метров и быть в 10 раз тоньше волоса? Что за ткани применяются для создания скафандров и очистки солнечных батарей на Международной космической станции? Из чего делают чистящие салфетки, которые могут удалить с поверхности не только грязь, но даже бактерии?
Сегодня мы приготовили для вас путешествие в удивительный мир микрофибры — материала, который кажется таким простым и привычным, но хранит множество секретов. Сначала мы разберем историю его создания, а затем проведем исследование ткани на электронном микроскопе Carl Zeiss с увеличением более чем в 1000 раз.
Микрофибра: история создания
История микрофибры началась в Японии в 50-х годах XX века. Ученые Миёси Окамото и Тоёхико Хикота впервые получили нити из расплавленных полимеров, продавливая их через экструдер — решетку с диаметром отверстий всего несколько микрометров — под огромным давлением. Толщина этих нитей была невероятной — всего 0,7 ден, что в 10 раз тоньше человеческого волоса!
Процесс был таким сложным и дорогим, что изобретению пришлось ждать своего часа почти 20 лет. Лишь в 70-х годах были предложены новые способы изготовления волокон, подходящие для промышленности. В 1976 году в продажу поступил материал Ultrasuede от японской химической корпорации Toray Industries — революционная синтетическая ткань, название которой можно перевести как «Суперзамша». Она была невероятно мягкой на ощупь и в то же время износостойкой. Эта ткань мгновенно вошла в моду и использовалась для создания аксессуаров и одежды премиум-класса, а знаменитая британская компания Rolls-Royce применяла Ultrasuede в салонах своих роскошных автомобилей.
Потомок Ultrasuede — знаменитая «Алькантара» — и сегодня применяется для отделки в самых престижных авто.
Следующее десятилетие стало переломным. Ученые не только усовершенствовали методы создания микроволокон, но и сделали их более доступными. Различные виды микрофибры начали триумфальное шествие по миру, завоевывая все новые области применения.
Например, именно этот материал применялся для внутренних поверхностей «лунных» скафандров, так как обладает высокой прочностью, малым весом и отличными впитывающими свойствами и в то же время не вызывает аллергии и раздражения кожи.
Сегодня из микрофибры делают одежду, текстиль, салфетки, полотенца, фильтры и многое другое. Мягкая, прочная, гигроскопичная и износостойкая, она обладает уникальными свойствами, делающими ее незаменимой в быту и на производстве.
При этом свойства материала непрерывно совершенствуются. На рынке представлено множество видов микрофибры, которые могут кардинально различаться по своим свойствам. Для примера рассмотрим один из самых популярных видов микрофибры, который используют для чистящих салфеток. На его примере можно наглядно оценить, какой путь прошли технологии за последние десятилетия.
Как устроены обычные ткани и микрофибра разных поколений?
Обычные натуральные и синтетические ткани, как правило, состоят из достаточно грубых нитей большой толщины и неправильной формы. Вот как они выглядят при большом увеличении:
Такие волокна неплохо впитывают влагу, но гораздо хуже справляются с жирами (которые чаще всего и оставляют отпечатки и разводы на гладких поверхностях) и практически не захватывают частицы пыли. В результате салфетки из такой ткани в основном размазывают загрязнения и частично сметают их с поверхности. Об идеальной чистоте здесь не может быть и речи!
Теперь взглянем на микрофибру. Ее основная особенность — микроскопический размер волокон (что и отражено в названии этого материала, который также именуют микроволокном). Типичный диаметр одиночного волокна микрофибры составляет 15–20 микрометров (миллионных долей метра). Форма волокна в сечении может быть круглой, квадратной или плоской.
Большинство чистящих салфеток на российском (да и мировом) рынке выполнено из простой микрофибры, разработанной в 90-х годах прошлого века. Для примера мы взяли салфетки одного из популярных брендов. Давайте взглянем на срез такой ткани под электронным микроскопом.
Легко заметить, что материал состоит из отдельных нитей, каждая из которых представляет собой толстый пучок очень тонких микроволокон. Прибавим увеличение.
И еще раз:
Здесь мы можем оценить размер отдельного волокна и форму его сечения — она плоская.
Толщина одного волокна составляет ~25 мкм. Это намного (в 5–10 раз) меньше, чем у обычных тканей. Когда такой материал соприкасается с поверхностью, частицы загрязнений, а также микрокапли жидкостей буквально застревают между волокнами, что заметно повышает очищающие свойства материала в сравнении с обычными тканями.
Неплохо, но можно гораздо лучше! Японские специалисты из Toray (это именно та компания, которая когда-то представила первые ткани из микроволокон) в 2010-х годах поставили цель значительно улучшить свойства микрофибры при помощи нового техпроцесса с использованием сверхвысокого давления. Так появилась чистящая микрофибра второго поколения, также известная как материал Novelizer.
Во-первых, размер волокон для нового материала был уменьшен более чем в 2,5 раза — до 8–10 микрометров. Для сравнения: это в 10 раз тоньше человеческого волоса. Расчет прост: чем больше волокон, тем больше между ними промежутков — микроскопических «карманов», которые и захватывают частицы загрязнений.
Во-вторых, и именно в этом главное ноу-хау, каждое из отдельных микроскопических волокон имеет сечение в форме звезды. Давайте посмотрим, как это выглядит в реальности. Для начала взглянем на срез материала Novelizer — отчетливо видно, что, как и микрофибра, он состоит из множества нитей. Каждая из них представляет собой пучок микроволокон.
А теперь прибавим увеличение.
И еще раз:
Удивительно, не правда ли? Сечение волокна представляет собой звездочку с множеством лучей. Напоминаем, что речь идет о нитях микронного размера, каждой из которых удалось придать настолько сложную форму!
Для чего же это нужно? Ответ прост: теперь для захвата загрязнений используются не только промежутки между нитями, но и каждое волокно в отдельности!
Взгляните на схему: слева показано волокно Novelizer, а справа — волокно обычной микрофибры.
В случае с новым материалом c поверхностью контактирует в сотни раз больше полостей — «карманов», которые захватывают пыль и мирокапли жидкости.
Кроме того, при такой плотности волокон в дело вступает электростатический эффект. Вы наверняка видели, как притягиваются друг к другу синтетические ткани под воздействием статического электричества. Здесь используется тот же эффект, который буквально «примагничивает» частицы загрязнений к волокнам.
Но и это еще не все. Обычная микрофибра, как правило, состоит из одного вида синтетического материала. В то же время волокна материала второго поколения представляют собой сложный композит из двух различных материалов. Как вы уже могли заметить на фото выше, центральная звездочка — сердцевина волокна — немного отличается по цвету от сегментов, которые ее окружают.
Дело в том, что центральная часть состоит из полиэстера, который обладает достаточно высокой жесткостью, помогает волокнам сохранять свою форму и делает ткань долговечной. Дополнительные сегменты состоят из полиамида — более мягкого и упругого материала, который хорошо захватывает частицы загрязнений и надежно удерживает их. Кроме того, полиамид обладает гидрофильными и олеофильными свойствами, отлично впитывая жиры и влагу.
А какая от этого практическая польза?
Тут все просто. Благодаря особой форме и микроскопическому размеру волокон Novelizer в десятки раз превосходит обычную микрофибру по способности собирать и удерживать загрязнения. Фактически одно движение Novelizer по эффективности равноценно долгой полировке поверхности обычной тканью! При этом этот материал делает то, на что другие просто не способны: он не сметает и не размазывает загрязнения, а удаляет их.
В то же время двухкомпонентный состав волокон значительно увеличивает способность ткани впитывать влагу и повышает ее прочность и долговечность. К сожалению, найти такую ткань в продаже не так просто. Однако оригинальные продукты из микроволокна Toray Novelizer представлены и на российском рынке — это салфетки для гаджетов и больших поверхностей, а также специальные чистящие подушки, которые отлично лежат в руке и помогают делать уборку без лишней усталости.
Мы с гордостью сообщаем, что продукция из микроволокна знаменитой японской компании эксклюзивно представлена в iG-Store.
Попробуйте сами — и вам никогда не захочется возвращаться к обычным тряпкам и губкам!