Статьи»Ткани с эластомерным покрытием для мягких оболочечных конструкций»Материалы, используемые в производстве тканей с эластомерным покрытием

Материалы, используемые в производстве тканей с эластомерным покрытием

Добавлено 17.03.2014

Часть 1

Свойства тканей с покрытиями зависят от свойств компонентов – тканей и полимерных покрытий, но не являются их простой комбинацией. Готовый материал приобретает некоторые дополнительные характеристики, не реализующиеся ни в одном их компонентов в отдельности.

Текстильные материалы.

Текстильная основа, в первую очередь,  определяет механическую прочность и армирует покрытие.

К тканям, применяемым для нанесения покрытий, предъявляют ряд общих требований. В первую очередь, независимо от конструкции материала, это –  требования к качеству. Для изготовления качественной ткани с покрытием необходимо использование качественной ткани-основы. Надежды на то, что нанесением покрытия удастся исправить дефекты текстильной основы, как правило, не оправдываются. Существующие внешневидовые дефекты тканей зачастую не только не закрываются покрытием, но и становятся более заметными после его нанесения.  В особенности же наличие дефектов сказывается на герметичности материалов.

Тип применяемой ткани-основы (тканый, нетканый или трикотажный  материал), а также плотность нитей на единицу длины и ширины определяется конечным назначением, способом нанесения покрытия, а также техническими требованиями, предъявляемыми к тканям с покрытиями. Методы прямого нанесения покрытия из растворов требуют применения достаточно плотных тканей, тогда как для ламинированных материалов или при технологиях нанесения покрытий без использования растворителей (паст) возможно, а иногда и необходимо, чтобы основа была более разреженной или сетчатой.  Для искусственных кож, получаемых переносным методом, требуется трикотажная основа, позволяющая получить мягкий, комфортный в носке материал. В общем, в конструкциях тканей с покрытиями используются текстильные основы самой разнообразной природы и структуры.

  Толщина нитей может быть выражена по-разному:

-        номер (N) – длина 1 г нити;

-        линейная плотность – масса на единицу площади.N=100/текс

Линейная плотность оценивается в текс (T) – масса отрезка нити длиной 1000 м.  В зарубежной практике используются также единицы линейной плотности "денье" (D) – масса отрезка нити длиной 9000 м. Соотношение между ними выражается формулами:

Т=Dх9;  Т=1000/N.

 

 Для определения линейной плотности определяют массу нитей определенной длины с пересчетом результата на 1000 м (текс), 9000 м (денье).

 Структура тканей. Из огромного разнообразия существующих ткацких переплетений в структуре тканых материалов для нанесения покрытий реализуются чаще всего три – полотняное, саржевое и рогожка.

 Полотняное переплетение – простейшее, в котором нити основы и утка чередуются через одну.  Схема полотняного переплетения напоминает шахматную доску.  Полотняное переплетение придает ткани наибольшую прочность, большую плотность и повышенную жесткость.

Рис. 2.1

Саржевое переплетение образует характерный рубчик, идущий по диагонали ткани снизу вверх слева направо. Число нитей в раппорте – не меньше трех. При каждой последующей прокидке уточной нити ткацкий рисунок сдвигается на одну нить. Раппорт саржевого переплетения обозначается дробью: числитель показывает число основных перекрытий в пределах раппорта, а знаменатель – число уточных перекрытий, например, 2/1, 3/1.  

Рис. 2.2

Рис. 2.3

Рогожка – двойное или тройное полотняное переплетение, в котором нити и основы, и утка чередуются через две или через три.

Рис. 2.4

Существенным показателем является плотность ткани. Под плотностью понимают число нитей основы или утка, приходящихся на 100 мм ткани. Фактическая плотность – это фактическое число нитей на 100 мм ткани. Она определяется путем подсчета нитей в образце с помощью специальной ткацкой лупы  или раздергиванием квадратного образца с подсчетом количества нитей основы и утка. Фактическая плотность не дает представления о близости расположения нитей в ткани. Для этого определяется относительная плотность или линейное заполнение. Линейное заполнение – это отношение фактического числа нитей основы и утка к максимально возможному числу этих же нитей, вычисленное в процентах. Максимально возможное число нитей (максимальная плотность) определяется расчетным путем как количество нитей, которое укладывается в 100 мм ткани при условии, что все они имеют одинаковый диаметр и располагаются вплотную друг к другу без сдвигов и смятия.

Линейное заполнение по основе и утку, %:

где: do и dy - расчетные диаметры основы и утка соответственно, мм,

а и b - расстояние между осями соседних нитей основы и утка, мм.

где То и Ту - линейная плотность основы и утка, текс,

 и  - объемная масса нитей основы и утка, мг/мм3.

где По и Пу - плотность ткани по основе и утку, число нитей на 100 мм.

Обычно линейное заполнение ткани менее 100 %, но бывают ткани очень высокой плотности, у которых оно более 100 %. В этом случае нити сплющиваются и располагаются в разных уровнях.

Поверхностное заполнение Es показывает, какой процент площади элемента ткани закрыт площадями проекций нитей основы и утка

Es= Еоу-0,01ЕоЕу, %

Для тканей, у которых линейное заполнение больше 100 %, поверхностное заполнение считается равным 100 %.

Массу 1 м2 ткани можно оценить, зная ее структуру, по формуле:

где no и nу –плотность нитей основы и утка, cо и cу – уработка ткани, No и Nу - номера нитей основы и утка

Поверхностная пористость Аs  показывает долю в % сквозных пор в площади всей ткани:

Аs= 1 - Еs

При переплетении нити основы и утка взаимно огибают друг друга, располагаясь при этом волнообразно. За счет этого дополнительно появляется свободное пространство в структуре ткани, которое может заполняться покрытием.  Разница между габаритным объемом ткани и истинным объемом составляющих ее нитей – объемная пористость называется изготовителями резинотканевых материалов теоретической резиноемкостью:

vрез= vгаб - vист

или в %:

где  vрез – резиноемкость 1 м2 ткани,  vгаб – габаритный объем 1 м2 ткани, vист – истинный объем 1 м2 ткани,  - толщина ткани,  – истинная плотность полимера волокна.

Поскольку полностью заполнить весь свободный объем  полимерным покрытием невозможно, рассматривают также практическую резиноемкость - фактическая масса резины, заполнившей свободный объем ткани.  Практическая резиноемкость определяется опытным путем для различных материалов и способов производства тканей с покрытиями.

Прочность тканей оценивается, прежде всего, по двум основным показателям – по разрывной нагрузке при растяжении и по раздирающей нагрузке.

Разрывная нагрузка – усилие, необходимое для разрыва полоски  ткани определенной ширины (обычно –  50 мм, для особо прочных тканей – 25 мм) при растяжении с постоянной скоростью. Определяется она, в первую очередь, прочностью нитей, из которых соткана ткань. Однако разрывная нагрузка ткани в направлении основы и утка не является простой суммарной прочностью основных и уточных нитей. Свой вклад вносит фактор одновременности разрыва растягиваемых нитей. Чем выше качество ткани, чем равномернее натяжение всех нитей в процессе ткачества, чем стабильнее свойства нитей, тем выше будет прочность ткани при растяжении. Образно говоря, где тонко, там и рвется. При этом ситуация может развиваться таким образом, что сначала происходит разрыв нескольких слабых или стянутых нитей, а затем происходит раздир, требующий значительно меньших усилий. Вот почему высокое качество ткани-основы принципиально важно для обеспечения нормируемой прочности готовой ткани с покрытием.

Неоднородность нитей по разрывной нагрузке снижает прочность ткани за счет снижения коэффициента одновременности разрыва. Первыми воспринимают нагрузку и разрываются нити с меньшим разрывным удлинением, после чего нагрузка распределяется на оставшиеся нити.  Это вносит некоторые сложности в использование тканей структуры "rip-stop", включающей более прочные нити через определенные равные промежутки (см. ниже при обсуждении раздирающей нагрузки тканей). Их применение позволяет решить проблему повышения раздира тканей, однако создает проблему неравномерного натяжения нитей ткани при растяжении, а также проблему в нанесении покрытий, что будет рассматриваться в главе 3.

Одновременно с определением разрывной нагрузки фиксируют показатель удлинения при разрыве в %.  Процесс растяжения хорошо описывается диаграммами растяжения, на оси абсцисс которых откладываются значения относительных удлинений, а на оси ординат соответствующие им нагрузки. Знание диаграмм растяжения различных материалов позволяет более правильно сделать выбор необходимой ткани-основы в зависимости от назначения ткани с покрытиями. Рассмотрим это на примере выбора  ткани-основы  материала для надувных изделий. Из приведенных диаграмм для тканей на основе различных волокон хорошо видно, что ткани из синтетических полиамидных (капрон, найлон) и полиэфирных (лавсан, дакрон и т.д.) волокон при сравнимых показателях разрывной нагрузки и удлинения при разрыве существенно отличаются по удлинениям при малых (начальных) нагрузках. Поскольку в условиях эксплуатации ткань работает в области нагрузок существенно меньше разрывной (коэффициент необходимого запаса прочности в зависимости от назначения может достигать 4), становится очевидным преимущество полиэфирных тканей. При одинаковой нагрузке они деформируются меньше, чем полиамидные.

Тем не менее это не значит, что от оценки удлинения при разрыве надо отказаться. Оно необходимо для оценки качества ткани. Для большинства тканей, предназначенных для нанесения покрытий, разрывное удлинение должно быть не больше значения, установленного нормативной документацией, но для некоторых оно должно быть не меньше. В первом случае это практически всегда означает, что и при рабочих нагрузках деформация ткани, а значит и деформация ткани с покрытием и изделия из него будет соответствовать норме. Второй случай реализуется для высокомодульных тканей, имеющих малые разрывные удлинения при больших нагрузках. Снижение этого показателя  относительно нормы опасно, т.к. может означать увеличение хрупкости волокна (из-за нарушения технологических параметров изготовления), особенно проявляющееся в снижении стойкости этих тканей к многократному изгибу. Относительно малая изгибоустойчивость высокомодульных тканей и без того является  большой проблемой. Например, при складывании аэростатов из материалов на основе кевлара применяют специальные оправки для увеличения радиуса изгиба, чтобы избежать потери прочности.

На удлинение тканей при разрыве оказывает влияние крутка нити, степень изгиба нитей в ткани, способность самих волокон растягиваться, зависящая от их природы. При увеличении крутки удлинение ее при растяжении увеличивается, а прочность снижается. Степень изгиба нитей сказывается на растяжимости ткани по основе и утку, вносит свой вклад в показатель "удлинение ткани при разрыве".  При растяжении происходит постепенное выпрямление нитей в направлении растяжения с одновременным увеличением изгиба нитей другой системы и сужением ширины испытуемого образца.  Поскольку для нанесения покрытий желательно применение тканей с минимально возможным удлинением, в последнее время для тканей такого назначения все больше используются некрученые плоские нити.  Их применение также позволяет одновременно решить проблему "фитиления" воздуха по текстильной основе материалов для надувных изделий, а также, при необходимости, снизить массу покрытия без ущерба герметичности за счет уменьшения резиноемкости ткани. Эти вопросы будут более подробно рассмотрены при обсуждении свойств тканей с покрытиями.

Раздирающая нагрузка – усилие, необходимое для разрыва специально надрезанного образца ткани. Особенностью раздирания является концентрация напряжения на малом участке ткани вплоть до одной нити. 

В. П. Склянников  [59] предложил оценивать прочность ткани при раздирании числом одновременно разрываемых нитей:

ν=aCbekC

где a, b, k — коэффициенты, характеризующие свойства ткани; С — коэффициент уплотненности ткани,

а абсолютное значение раздирающей нагрузки определять по формуле

Рразд=νPнт

где Рнт — разрушающая нагрузка для нити в ткани.

Одновременно разрываемые нити входят в "треугольник деформации" образца ткани:   

 Рис. 2.5                 

Чем меньше нитей попадает в треугольник деформации, тем меньше будет раздирающая нагрузка. Минимально возможное количество нитей в треугольнике деформации определяется структурой (переплетением) ткани, величиной длины перекрытий в переплетении. При полотняном переплетении 1х1 это одна нить, а при переплетении "рогожка" 2х2 и 3х3 это, соответственно, 2 и 3 нити. Вот почему переплетение "рогожка" выбирается, когда требуется высокое сопротивление тканей раздиру.

Все, что оказывает влияние на количество нитей в треугольнике деформации, влияет на показатель раздирающей нагрузки. Чем больше "фиксация" положения нитей в ткани, тем труднее их вовлечение в треугольник деформации.

При уменьшении плотности ткани прочность при раздирании возрастает. Показатели раздирающей нагрузки во многом зависят от коэффициента уплотненности ткани: чем меньше коэффициент, тем выше раздирающая нагрузка. Коэффициент заполнения ткани также существенно влияет на раздирающую нагрузку. Для тканей из полиэфирных и вискозных нитей оптимальное значение раздирающей нагрузки отмечается при коэффициенте наполнения, равном 0,7—0,8.                                                                                                        

 

"Ткани с эластомерным покрытием для мягких оболочечных конструкций"

Авторский коллектив; Л.Е. Ветрова, к.х.н В.Ф. Ионова,  П.В. Таскаева, к.т.н. А.Т. Титаренко, к.т.н. В.П. Шпаков

Под общей редакцией  к.т.н. В.П. Шпакова

Фотогалерея

Новости

Детский праздник в НИИРПе

В честь начала нового учебного года ОАО "НИИРП" пр...далее

Ежегодная осенняя акция! Скидка 20%!

Трубки прозрачные по выгодным ценам!...далее

С праздником Победы!

9 Мая - День Победы!...далее

Все новости >>


Мы в СМИ



Прямая связь с руководством

Вы можете отправить сообщение руководству компании.

Форма обратной связи

Вы можете отправить нам сообщение

ОАО НИИРП