Materiale Textile care Memorează Forma

Introducere

Materiale textile care memorizează forma sunt materialele care îşi modifică forma sau dimensiunile la diferite temperaturi.

Una din problemele cu care se confruntă astăzi industria textilă este competiţia extrem de accentuată, iar una din soluţii pentru a face faţă acestei competiţii este găsirea unor breşe în care pot fi identificate oportunităţi de dezvoltare. Foarte multe companii specializate în producerea materialelor şi a confecţiilor textile s-au orientat, o lungă perioada de timp, pe îmbunătăţirea, perfecţionarea produselor şi proceselor, ceea ce astăzi nu mai este suficient. În acest context, după textilele tehnice şi funcţionale, cele mai recente dezvoltări în domeniul textilelor indică apariţia, în forţă, a produselor textile inteligente, care reprezintă o grupă de produse cu numeroase aplicaţii inovatoare.

Inovaţia în domeniul materialelor textile a atins, în ultimii ani, cote nebănuite de cei mai mulţi dintre noi. Într-o perioadă relativ scurtă, respectiv în ultimii 50 de ani, industria de textile şi îmbrăcăminte a suferit schimbări revoluţionare având parte de cele mai remarcabile inovaţii. Nu este vorba numai de textilele performante, cu destinaţii multi-funcţionale (îmbrăcăminte, protecţia mediului, geotextile etc.) sau de cele cu proprietăţi deosebite (antibalistice, protecţie chimică, biologică etc.), considerate sisteme pasive, ci despre materiale sau structuri inteligente care “simt” şi reacţionează la stimuli externi de natură mecanică, termică, chimică, magnetică ş.a. Ele sunt sisteme complexe proiectate prin combinarea într-un mod inteligent a tehnologiilor textile avansate şi tehnologia informaţiei şi electronicii.

Conţinutul de tehnologie înaltă (high-tech) trebuie înţeles nu numai în termenii care privesc materialele utilizate ci şi sub aspecte legate de concepte, structură şi procese de fabricaţie. Apariţia lor a fost posibilă datorită progreselor obţinute nu numai în domeniul tehnologiilor textile ci şi în alte domenii în care sunt incluse bio-tehnologiile, nano-tehnologiile, tehnologia informaţiei, micro-electronica, etc. Multe din inovaţiile din domeniul materialelor textile din ultimele decenii au avut iniţial aplicaţii militare – de la structurile din fibre de sticlă la echipamentul anti-glonţ, de la materialele care asigură protecţia chimică la materialele compozite.

Rezultatele cercetărilor ştiinţifice şi tehnologice de înalt nivel vor genera noi cunoştinţe necesare pentru a da posibilitatea ca industria textilă să facă trecerea de la o industrie bazată pe resurse la o industrie bazată pe cunoaştere, de la cantitate la calitate, de la producţia de masă la producţia la comandă, de la produse şi servicii „materiale şi tangibile” la cele „intangibile” cu valoare adăugată ridicată, de la strategii care vizează creşterile cantitative la cele inovative. Aceste schimbări vor conduce, în mod evident, la o nouă industrie textilă, unde ştiinţa este factorul determinant.

Dezvoltarea unor tehnologii pentru textilele inteligente implică eforturi care au în vedere o serie de aspecte, cum sunt:

• complexitatea produselor ca urmare a combinaţiei dintre componentele „high-tech” şi materialele textile;

• multidisciplinaritatea tehnologiilor implicate;

• dificultăţile legate de producerea la scară industrială;

• produsele trebuie să fie rezistente la purtare şi la tratamentele de întreţinere (curăţare);

• produsele nu trebuie să afecteze confortul;

• elaborarea de noi tehnici de măsurare şi standardizare a lor;

• asigurarea protecţiei rezultatelor în mod adecvat, în armonie cu răspîndirea lor;

• asigurarea unui „training” adecvat al utilizatorilor.

Apariţie şi dezvoltare

Se consideră că istoria materialelor cu memoria formei a început în 1932, odată cu descoperirea unui aliaj Au-Cd (aur-cadmiu) care prezenta la temperatura camerei o elasticitate surprinzătoare – de aproximativ 8 % - care a fost numită de "tip cauciuc". Efectul propriu-zis de memoria formei a fost descoperit mai întâi la Au-Cd în 1951 şi apoi la In-Tl (indiu-taliu) în 1953. La acestea s-au adăugat şi alte aliaje neferoase dintre care cele mai importante sunt: Cu-Zn (1956), Ti-Ni (1963), Cu-Al-Ni (1964) şi Cu-Zn-Al (1970) precum şi o serie de aliaje feroase cum ar fi: Fe-Mn-Si, Fe-Ni-Co-Ti şi Fe-Ni-C. Prima aplicaţie a materialelor cu memoria formei a fost expusă în 1958 la Târgul Internaţional de la Bruxelles. Este vorba despre un dispozitiv ciclic de ridicare acţionat de un monocristal de Au-Cd care ridica o greutate dacă era încălzit şi o cobora dacă era răcit.

Primele experimente legate de fenomenele de memoria formei (pseudoelasticitate, efect simplu de memoria formei, efect de memoria formei în dublu sens, efect de amortizare a vibraţiilor, efecte premartensitice, etc.) au fost efectuate pe monocristale. Cum monocristalele aliajelor pe baza de cupru se obţin mai uşor, acestea au fost materialele experimentale care au permis, în anii ’70, stabilirea atât a originii microstructurale a fenomenelor de memoria formei cât şi a legăturii dintre acestea şi transformarea martensitică. "Vedeta" materialelor cu memoria formei este în mod incontestabil aliajul

NITINOL, numit astfel după Ni-Ti (nichel-titan) şi Naval Ordnance Laboratory (actualmente Naval

Surface Warfare Center) – locul unde a fost descoperit. Aliajul Ni-Ti prezintă în stare policristalină excelente caracteristici legate de fenomenele de memoria formei, cum ar fi capacitatea de înmagazinare a energiei elastice la încărcarea izotermă (42 MJ/m3) sau deformaţiile maxime care pot fi recuperate în cadrul memoriei mecanice (10 %) sau termice (8%). S-a calculat că în 50 l de Nitinol se poate înmagazina tot atâta energie cât în motorul unei maşini.