Статьи»Ткани с эластомерным покрытием для мягких оболочечных конструкций»Проницаемость

Проницаемость

Добавлено 12.03.2014

Проницаемость  тканей с покрытием характеризуется уровнем проникновения через них жидкостей, паров или газов. Этот показатель в технических требованиях всегда конкретизируется. Чаще всего оценивается воздухо-, водо-, водородо-, паро-, топливопроницаемость. Различают фазовую и диффузионную проницаемость.    При фазовой проницаемости газ или пар, в течении всего процесса прохождения через материал сохраняет свое фазовое состояние. Проникновение происходит через отверстия, трещины, поры покрытия. 

Перенос газов и жидкостей через непористые сплошные однородные полимерные покрытия  происходит по диффузионному механизму.  Диффузионная проницаемость реализуется последовательными процессами адсорбции проникающей среды, растворения в пограничном слое, активированной диффузии атомов или молекул через материал и десорбции  и зависит от проникающей среды (химической природы, градиента концентрации), свойств покрытия и подложки (природы полимеров, рецептуры, толщины, качества покрытия, конструкции текстильной основы, степени растяжения), а также от температуры, давления и концентрации проникающего вещества. Фазовая проницаемость  обычно проверяется качественно – проницаема или непроницаема, диффузионная - количественно, т.е. устанавливается количество газа, пара или жидкости, проходящей в единицу времени через единицу площади материала. 

Как для фазовой, так и для диффузионной проницаемости тканей с покрытиями решающую роль играет качество полимерной пленки: пленка должна   иметь непрерывную однородную структуру без пор и механических дефектов. Однако здесь следует упомянуть о материалах с полимерным покрытием селективной проницаемости типа "Gore-tex".  Полимерное покрытие имеет микропористую структуру. Размер пор микропористой мембраны "Gore-tex" примерно в 20.000 меньше капли воды, однако в 700 раз превышает размер молекулы водяного пара. Таким образом, вода в жидком состоянии не может просочиться сквозь мембрану, а водяной пар и воздух может выходить через неё без проблем. Такие материалы незаменимы для комфортной одежды  для спорта, туризма, отдыха, а также для спецодежды.

Для фазовой непроницаемости материалов необходимо также, чтобы качественная непрерывная структура полимерной пленки сохранялась при рабочих удлинениях. Нам приходилось на практике сталкиваться со случаями, когда надувные изделия из ткани с ПВХ-покрытием теряли герметичность через 10-15 минут после достижения рабочего давления. При рассмотрении под микроскопом на покрытии обнаруживалась сетка из микротрещин, появление которых и приводило к фазовой проницаемости. Показатель удлинения при разрыве этого покрытия был, очевидно, недостаточен. Не только растяжение, но и все иные факторы (атмосферное и термическое старение, воздействие низких температур, озона и пр.), вызывающие появление дефектов эластомерного покрытия, приводят к резкому снижению герметичности материалов.

Диффузионная проницаемость имеет место даже для фазово непроницаемых материалов.   Проверка диффузионной проницаемости важна тогда, когда количество проникающего вещества по тем или иным причинам имеет важное значение. Вот некоторые из таких причин:

-        ограничена возможность поддержания рабочего давления надувных изделий подкачкой;

-        рабочий газ обладает очень высокой способностью к диффузии (гелий, водород);

-        рабочий газ дорог (гелий);

-        изделие из тканей с покрытиями предназначено для хранения газов (газгольдеры) или жидкостей (мягкие резервуары).

Высокие требования по непроницаемости для мягких резервуаров, предназначенных для хранения и перевозки топлива, связаны также с вредным воздействием его на окружающую среду.

Помимо качества нанесения покрытия важную роль играет его толщина. С увеличением толщины покрытия проницаемость газов и жидкостей снижается. Да и само качество покрытия сложно обеспечить при его малой толщине. Любой дефект, соизмеримый с толщиной покрытия, может вызвать не только снижение диффузионной проницаемости, но и вызвать переход к фазовой проницаемости.

Следующий важный фактор – проницаемость самого полимера к газам и жидкостям. Для некоторых полимеров в таблице 1.7.  приведены коэффициенты проницаемости. В разных источниках абсолютные цифры несколько отличаются друг от друга, но относительная газопроницаемость различных полимеров при этом сохраняется. Теоретические аспекты проницаемости полимеров, в том числе и каучуков, подробно рассмотрены в монографии Рейтлингера С.А. [  48 ]. Там же даны ссылки на публикации, посвященные этой проблеме.  Проницаемость полимера покрытия играет заметную роль, если его объемная доля достаточно велика, толщина покрытия не слишком мала. Например, для материалов, получаемых дублированием тканей с готовыми полимерными пленками или каландрованных прорезиненных тканей. В противном случае влияние других факторов – типа наполнителей, структуры текстильной основы может оказаться решающим, и влияние полимера будет незаметным.

Полимер самого текстильного материала обычно имеет более низкую проницаемость по сравнению с эластомерными покрытиями, и если структура поверхности ткани гладкая, текстильные дефекты отсутствуют, то газопроницаемость композиционного материала будет заметно ниже, чем пленки эластомерного покрытия. Особенно заметно это улучшение при использовании текстилей из некрученых плоских нитей. Если же ткань имеет повышенную рельефность или текстильные дефекты, а масса эластомерного покрытия мала, то велика вероятность дефектности такого покрытия,  сквозных пор и, соответственно, получения материала с низкой герметичностью. И, как уже говорилось выше, в таких случаях приходится повышать толщину покрытия, что часто бывает нежелательно. 

Заметно и влияние природы текстильной основы на проницаемость тканей с покрытиями. Например, при переходе от хлопчатобумажных текстилей к полиэфирным в конструкции баллонных прорезиненных тканей произошло существенное снижение водородопроницаемости. Конечно, главным образом это связано с отсутствием ворса и гладкой структурой синтетических волокон.

Влияние природы эластомера, формы частиц наполнителей и структуры текстильной основы на газопроницаемость резинотканевых материалов исследовалось Б.Ф. Кришталем и С.А. Рейтлингером  ("Производство шин, РТИ и АТИ, 1980, №12, с. 4-6). Приведенные в статье формулы расчета коэффициентов газопроницаемости РТМ удовлетворительно соответствуют результатам их экспериментального  определения и могут быть полезны в исследовательской практике:

  • для резинотканевых материалов с ненаполненным резиновым покрытием

  • для резинотканевых материалов с наполненным резиновым покрытием

  • для резинотканевых материалов с резиновым покрытием, содержащим инертные наполнители со сферической формой частиц

  • для резинотканевых материалов с резиновым покрытием, содержащим активные наполнители со сферической формой частиц

  • для резинотканевых материалов с резиновым покрытием, содержащим наполнители с пластинчатой формой частиц

где  B0 – коэффициент газопроницаемости РТМ с ненаполненным покрытием,

Вн – коэффициент газопроницаемости РТМ с наполненным покрытием, 

V – объемная доля наполнителя,

 - поверхностное заполнение ткани,

Р0 – коэффициент газопроницаемости эластомера,

D – диаметр пластинчатых частиц,

H – толщина пластинчатых частиц,

Sc – доля площади, занятой наполнителем.

С газопроницаемостью, правда, не тканей с покрытием, а изделий из них, связано такое нежелательное явление как фитиление – утечка газа или жидкости по текстильному слою. Особенно это проявляется при высоких давлениях газа. Наглядно этот процесс виден на рисунке:

Рис. 1.35. Схема утечки газа из оболочки за счет фитиления

Известны результаты испытаний, при которых утечка газа из надувной конструкции за счет фитиления более чем на порядок превышала диффузионную проницаемость. Можно конструкционно уменьшить проницаемость шва с помощью герметизирующих лент, наклеиваемых с лицевой и изнаночной сторон. Снижается фитиление и при использовании в качестве текстильной основы тканей из некрученых плоских нитей за счет уменьшения толщины слоя фитиления, особенно с учетом поверхностной пропитки при нанесении адгезионных слоев покрытия. 

Табл. 1.7 Газопроницаемость полимерных материалов.

 

"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