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

Материалы, используемые в производстве тканей с эластомерным покрытием II

Добавлено 18.03.2014

Часть 2

Для выработки тканей, обладающих высокой прочностью на раздирание, следует стремиться к увеличению числа нитей, собирающихся в треугольник деформации: увеличивать плотность разрываемой системы или уменьшать плотность противоположной системы, применять в разрываемой системе нити большой прочности, использовать гладкие нити с малым коэффициентом тангенциального сопротивления.

Новый класс тканей (по структуре), разработанный специально с целью повышения раздирающей нагрузки,  получил название Ripstop. В структуру ткани RipStop через каждые 2-10 мм встроены армированные нити, образующие своего рода "каркас", который значительно повышает разрывные характеристики, без увеличения веса материала. В случае механического повреждения ткани (образование пореза, разрыва) армирующий "каркас" предотвращает дальнейшее разрушение.

Нанесение покрытий также вносит существенный вклад в изменение раздирающей нагрузки, чаще всего негативный. Покрытие как бы фиксирует нити ткани, ограничивая их подвижность. Число нитей в треугольнике деформации снижается, что и приводит к снижению раздирающей нагрузки.  Степень этого снижения зависит от многих конструкционных и технологических факторов, но этот вопрос будет обсуждаться в разделе 3.

Существуют различные методы испытания тканей на раздирание. Г. Н. Кукин и Е. Ф. Федорова[ 17, 18] классифицируют методы испытаний на раздирание на две группы.

Методы первой группы (а-г) характеризуются тем, что при испытании пробных образцов (полосок) происходит разрыв нитей, расположенных перпендикулярно направлению прикладываемой нагрузки. Метод одиночного раздирания (см. рис. А,б) стандартизован в нашей стране. Методы второй группы (д—ж) отличаются тем, что при испытании пробных образцов разрываются нити, расположенные вдоль направления действующей нагрузки. Исследования Г. Н. Кукина и Е. Ф. Федоровой  показали, что крыловидный метод (см. рис. 2.6.в  из [ 8 ]) является универсальным, достаточно полно отражающим реальный процесс раздирания тканей, пригодным для испытания самых различных материалов и не требующим каких-либо приспособлений к разрывной машине. В настоящее  время крыловидный метод также стандартизован в России. 

Рис. 2.6

Методы испытания тканей на раздирание: а—г—первая группа, О—ж — вторая группа; а — одиночное раздирание; б — двойное раздирание; в — крыловидный метод; г — метод "гвоздя" ; О — с поперечным разрезом; е — трапециевидный метод; ж — метод Т. Ээг-Олофссона.

Помимо этих методов представляют интерес также ГОСТ 17922-72 [ 9 ], рис. 2.7.  и заменивший его в части технических тканей ГОСТ 29104.5-91 [ 10 ], рис.2.8. 

Рис. 2.7.Образцы для проведения испытаний по ГОСТ 17922-72

Рис. 2.7.Образцы для проведения испытаний по ГОСТ 17922-72

Рис.2.8.  Образцы для проведения испытаний по ГОСТ 29104.5-91

Рис.2.8.  Образцы для проведения испытаний по ГОСТ 29104.5-91

Указанные  методы особенно необходимы в тех случаях, когда при испытании образцов по "методу брюк" или "методу язычка" не могут быть применены из-за выползания нитей из образца.  Это наблюдается в случае тканей с повышенной раздирающей нагрузкой (высокой прочностью нитей) или тканей со скользкими нитями, например, стеклотканей.

 В производстве тканей с покрытиями применяются ткани из натуральных, искусственных и синтетических волокон. Редко можно выбрать ткань, соответствующую предъявляемым требованиям в полной мере. Чаще приходится находить оптимальный вариант, который удовлетворяет основным требованиям и, по возможности, находить способы "прикрыть" слабые места, например, ткань, не стойкую к воздействию света, защитить от его воздействия покрытием правильно подобранной рецептуры.

Для этого необходимо иметь представление о комплексе свойств, присущих волокнам, и иметь представление о некоторых ограничениях их применения.

Прогресс в свойствах тканей с покрытием в значительной мере определялся прогрессом в развитии производства волокон.

Первоначально основным типом применяемых тканей для нанесения покрытий были хлопчатобумажные. Они и сейчас используются в качестве текстильной основы, хотя с развитием производства синтетических тканей их применение существенно сократилось.  Хлопчатобумажные ткани имеют небольшие удлинения, технологичны в обработке,  имеют хорошую прочность связи с покрытиями без применения специальной адгезионной обработки, однако   уступают синтетическим тканям по прочности, подвержены действию микроорганизмов (гниение, рост плесени). Механические свойства хлопчатобумажных тканей зависят от характеристик волокна, которые в свою очередь зависят от места произрастания хлопка и качества его дальнейшей обработки. При изготовлении герметичных материалов должны использоваться высококачественные сорта хлопка с тонкими и длинными волокнами. Такие сорта произрастают в Египте и Исландии. Индийский хлопок имеет более низкое качество - короткие волокна, более грубая пряжа. Американский и узбекский хлопок с волокнами средней длины занимает промежуточную позицию.

Хлопчатобумажные текстили, предназначенные для изготовления герметичных тканей с резиновыми покрытиями методом шпредингования, должны пройти предварительную операцию опаливания для удаления ворса на специальном оборудовании. При наличии ворса трудно получить плотное герметичное резиновое покрытие. Утечка газа в надувных изделиях может происходить по ворсу (фитиление) и по дефектным местам, возникающим в местах скопления ворсинок.

Появление первых синтетических текстилей (полиамидных) позволило сделать значительный шаг в направлении совершенствования тканей с покрытиями. Существенно выросла прочность ткани-основы. Это особенно наглядно проявляется, если сравнивать удельную прочность волокон (сН/текс) или  отношения разрывной нагрузки   к массе 1 м2 хлопчатобумажных и полиамидных тканей. Кроме того полиамидные, как и другие синтетические ткани, не подвержены гниению, действию микроорганизмов, не гигроскопичны. 

Благодаря своим высоким физико-механическим показателям, а также стойкости к истиранию полиамидные ткани нашли широкое применение в производстве тканей с покрытиями различного назначения.

Основные недостатки этих тканей – относительно низкая стойкость к высоким температурам, обусловленная термопластичностью полимера, и более высокая электризуемость, а также более низкая прочность связи с полимерными покрытиями по сравнению с хлопчатобумажными тканями и потеря прочности при атмосферном старении.  При оценке стойкости тканей к воздействию повышенных температур необходимо оценивать не только тепловое старение (снижение технических характеристик после теплового воздействия в течение определенного времени), но и прочность, определяемую непосредственно при повышенной температуре. Так прочность полиамидных тканей, определенная даже при относительно невысокой температуре 50 оС, для некоторых образцов снижалась до значения, составляющего 50 % от исходной, а после охлаждения до комнатной температуры  восстанавливалась. Это следует учитывать, если материалы на основе полиамидных тканей планируется эксплуатировать при повышенных температурах.

Склонность полиамидных тканей к атмосферному старению, обусловленная химическим строением полимера, можно в некоторой степени уменьшить правильным выбором рецептуры и толщины полимерного покрытия. Этот вопрос будет рассмотрен в разделе 3.

Кроме того, полиамидные ткани разрушаются при воздействии кислот. При правильно подобранном покрытии основу можно защитить от такого воздействия. Однако,  учитывая тот факт, что покрытие не застраховано от повреждения и кислота, проникшая к основе может дальше распространиться по ткани, разрушая ее, желательно использование более кислотостойких тканей.  

Наиболее известные марки волокна из алифатических полиамидов –найлон 66 (анид) и  найлон 6 (капрон).

 Найлон 66 получают конденсацией гексаметилендиамина и адипиновой кислоты, найлон 6 (капрон) – полимеризацией ε-капролактама:

n H2N(CH2)6NH2 + n HOOC(CH2)4COOH               -[NH(CH 2)6-NH-CO-(CH2)4-CO]n-

 гексаметилендиамин         адипиновая кислота                      найлон 66

Ткани из полиэфирных (полиэтилентерефталатных) волокон, производство которых начало развиваться вслед за производством полиамидных,  нашли широкое применение в конструкциях тканей с покрытиями, в некоторых областях существенно потеснив полиамидные ткани. Полиэтилентерефталат получают путем этерификации терефталевой кислоты или переэтерификации диметилтерефталата этиленгликолем:

В разных странах полиэтилентерефталат (ПЭТФ, PET, полиэстер)  выпускается под своей торговой маркой. Наиболее известные торговые марки полиэфирных волокон -  дакрон (Dacron, США), терилен (Terilen, Великобритания), тергал (Франция), тревира (ФРГ), теторон (Япония), лавсан (Россия).  Наиболее известная марка полиэтилентерефталатных пленок – mylar (майлар).

По прочностным показателям, теплостойкости  полиэфирные ткани сравнимы с полиамидными. Основные их достоинства, определившие рост потребления в производстве тканей с покрытиями, - высокая стойкость к атмосферному старению (УФ-лучам) и повышенный модуль при начальных нагрузках.  Основные недостатки – низкая прочность связи с полимерными покрытиями и высокая электризуемость.

Высокая стойкость к атмосферному старению чрезвычайно важна для материалов, эксплуатирующихся под открытым небом – для воздухоплавательной техники, тентов, воздухоопорных сооружений, особенно когда покрытие должно быть белым или цветным и когда техническими требованиями ограничена толщина (масса) тканей с покрытиями.  В этих случаях крайне ограничены возможности защитить ткань-основу от старения и полиэфирные ткани оказываются вне конкуренции. 

Повышенный модуль при рабочих нагрузках обеспечивает меньшее растяжение материала, т.е  стабильность формы изделий из него, а также уменьшение растяжения покрытия. Следствием растяжения покрытия  может быть возникновение в нем микродефектов и, следовательно, снижение герметичности и долговечности. Опыт применения полиамидных и полиэфирных тканей, например, в конструкциях материалов для воздухоплавательной техники показал преимущество последних по газонепроницаемости.

С недостатками полиэфирных тканей, к счастью, можно бороться. Прочность связи повышается благодаря применению модификаторов адгезии. Кроме того, на рынке появились ткани из модифицированных адгезионных полиэфирных волокон. Проблема электризации частично решается при переработке – применением нейтрализаторов статического электричества, а при эксплуатации – применением антистатических или токопроводящих покрытий. Конечно, проблема статического электричества все равно остается, решить ее полностью не всегда удается и надо быть весьма осмотрительным при выборе средств решения. В основном эти вопросы будут обсуждаться в главе 3, но сейчас хотелось бы проиллюстрировать сказанное двумя примерами. Некоторым кажется, что применение токопроводящих покрытий однозначно снимает проблему электризации. Это так, но при одном важном условии – должно быть обеспечено заземление. Токопроводящее покрытие, к сожалению, не исключает образования статического электричества, а лишь позволяет его быстро снять, для этого и необходимо заземление. Если его не обеспечить, то применение "спасительного" покрытия просто опасно. Человек, дотронувшийся до изделия из такого материала, примет на себя весь  накопившийся на нем электрический заряд, тогда как при использовании диэлектрического покрытия – заряд с маленького пятачка. В последнем случае укол будет неприятным, но не таким опасным. Конечно, это немного упрощенное рассмотрение, ведь постоянные такие уколы могут  плохо сказаться на самочувствии человека, а при наличии рядом легковоспламеняющихся растворителей одна искра может вызвать пожар, но он показывает, что к решению этой проблемы, как и многих других, надо подходить комплексно.  Второй пример связан с применением антистатических присадок. Принцип их действия может быть разным, но часто он связан с некоторым увеличением гигроскопичности материала. Тогда за счет адсорбирующихся на поверхности молекул воды происходит нейтрализация возникающих на материале зарядов статического электричества. Такое решение бесполезно, если изделие предполагается использовать при низкой относительной влажности окружающей среды.

Прогресс в производстве тканей с покрытиями всегда в первую очередь был связан с появлением новых поколений текстилей. Так было при переходе от хлопчатобумажных тканей к полиамидным и полиэфирным, так произошло и при появлении высокомодульных текстилей. Основные свойства новых типов волокон приведены в таблицах 2.1 – 2.9.

Характеристики всех этих видов волокон и нитей в литературе. Их основные механические свойства, суммированные по данным различных источников, приведены в таблицахиз работ [ 22] и [23].

П-ароматические волокна характеризуются высокими температурами стеклования, высокой термической и термоокислительной стабильностью. Они имеют следующий состав:

Тварон и кевлар – поли-п-фенилентерефталамид;

Терлон – сополимер (с содержанием сомономеров 5-15 %), близкий по составу к поли-п-фенилентерефталамиду;

СВМ – полиамидобензимидазол на основе гетероциклического п-диамина и терефталоилхлорида;

Армос и русар – полиамидобензимидазол на основе гетероциклического п-диамина (45-35 % мол.), п-фенилендиамина (5-15 % мол.) и терефталоилхлорида (50 % мол.);

Технора – полиарамид на основе п-фенилендиамина, 3-4-диаминодифенилоксида и терефталевой кислоты:

Группа гетероциклических п-амидных нитей (СВМ, армос, русар), имеющих наиболее высокие механические свойства среди всего семейства п-арамидных нитей, разработана в России.

 

"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