МУЛЬТИАКСИАЛЬНАЯ ТКАНЬ

Область техники
Полезная модель относится к строению мультиаксиальной ткани, в частности к конструкции скрепления слоев мультиаксиальной ткани, используемой при создании композитных изделий с увеличенными прочностными характеристиками, меньшим весом и меньшим расходом связующего вещества, в частности в судостроении, авиастроении, автомобилестроении, строительстве, железнодорожном транспорте, ветроэнергетике, космической промышленности.
Уровень техники
Из ГОСТ 32651-2014 известны мультиаксиальные многослойные (нетканые) ткани, являющиеся текстильными конструкциями, состоящими из одного или более уложенных параллельных слоев неизвитых нетканых нитей, которые могут иметь. разную пространственную ориентацию, разную плотность волокон в отдельных слоях волокон и могут включать волокна шерсти, пленки, пены или другие материалы, закрепленные (скрепленные) с помощью нити или химическим способом (фиксация при помощи химических свойств связующего вещества). Волокна могут, располагаться параллельно или крест-накрест. Эти изделия могут производиться машинным образом при помощи вводных устройств (параллельный уток или перекрещивающийся уток) и основовязальными машинами или химическими системами скрепления.
Мультиаксиальные многослойные ткани по сравнению с ровинговыми тканями или стекломатами с аналогичной поверхностной плотностью обладают увеличенной механической прочностью. По таким характеристикам как растяжение, изгиб и сжатие, различие может быть практически двукратным, так как волокна ткани всегда остаются прямыми и несмешанными. Так, структура мультиаксиальной ткани, состоящая из слоев параллельных волокон, зафиксированных относительно друг друга механическим или химическим способом, обеспечивает отсутствие эффекта складок, который присутствует у сотканных тканей. Благодаря указанной выше структуре по сравнению с другими типами тканей увеличивается предел прочности и снижается риск расслаивания изготовленных из мультиаксиальной ткани изделий. Кроме того, изделия из мультиаксиальной ткани обладают повышенной сопротивляемостью к переменным нагрузкам.
При этом технология создания мультиаксиальной ткани является очень гибкой, позволяющей использовать разнообразные типы волокон с различными характеристиками: массы слоев, количества слоев, расстоянию между волокнами, направлению волокна, типу скрепления или возможности использования нескольких типов, ткани сразу. Помимо этого, при использовании мультиаксиальной ткани можно добиться сокращения расхода связующего на 30%, по сравнению с стекломатом или ровинговой тканью, что становится возможным благодаря отсутствию переплетений армирующих нитей, что делает укладку волокон более плотной, а также обладающей меньшим сопротивлением при пропитке связующим по сравнению с ровинговыми тканями.
К недостаткам можно отнести то, что процесс производства тканей может быть относительно медленным, а стоимость машин (станков) для производства мультиаксиальной ткани - высокой. Кроме того, для получения хорошего покрытия поверхности мультиаксиальной ткани необходимы более качественные и тонкие волокна, что в значительной степени влияет на стоимость будущего изделия по сравнению с сотканными аналогами. Также, большое количество разнонаправленного волокна, которое включается в состав готовой ткани, может усложнять процедуру пропитки смолой.
Так, из патента Федеративной Республики Германия № DE 102013221176, МПК D04H-003/04, D04H-003/12, опубликованного 02.02.2017 г., известна мультиаксиальная ткань, содержащая слои, в которых армирующие нити находятся параллельно друг другу и расположены под углом 0° и ±90° к направлению нулевого градуса (направление производства мультиаксиальная ткань), при этом армирующие волокна и образованные из них слои скреплены между собой с помощью скрепляющего вещества наносимого в процессе производства мультиаксиальной ткани. Преимуществом раскрытой в указанном патенте мультиаксиальной ткани, является надежное скрепление армирующих волокон между собой и полученных из них слоев, проявляющееся в процессе производства изделий из мультиаксиальной ткани, так, в процессе ее раскройки и выкладки по размерам требуемого изделия, контур отрезанной ткани не распускается, то есть армирующие нити не изменяют свое место в структуре ткани, тем самым сохраняя геометрию слоев мультиаксиальной ткани. Тогда как недостатками являются ухудшение пропитки связующим веществом в процессе производства из мультиаксиальной ткани готовых изделий, в результате того, что скрепляющее вещество препятствует пропитке связующим веществом, наносимым как, правило с одной стороны, и встречающим на своем пути скрепляющее вещество; также, в результате использования гибкого скрепляющего вещества, которое должно обеспечивать гибкость мультиаксиальной ткани до ее раскройки и нанесения связующего, получаемые изделия из такой мультиаксиальной ткани не обладают достаточной прочностью, особенно в месте нахождения скрепляющего вещества. Подобные проблемы решаются путем нанесения такого связующего вещества, которое растворяет скрепляющее вещество в процессе его нанесения, либо путем выпаривания скрепляющего вещества до нанесения связующего вещества, что усложняет процесс производства готового изделия из мультиаксиальной ткани.
Также, из международной заявки на патент РСТ № WO 2013017273, МПК В29С 70/22, В29С 70/54, В29В 11/16, D04H 3/105, опубликованной 07.02.2013 г., известна мультиаксиальная ткань, содержащая слои, в которых армирующие нити находятся параллельно друг другу и расположены под углом к направлению нулевого градуса (направление производства мультиаксиальной ткани), при этом армирующие волокна и образованные из них слои скреплены между собой с помощью основовязальной машины прошивными нитями в процессе производства мультиаксиальной ткани. При этом прошивные нити выполнены на лицевой и изнаночной сторонах мультиаксиальной ткани, и образуют одинарное основовязальное переплетение «Tricot» («Трико»), петли которого располагаются поочередно в двух смежных петельных столбиках зигзагообразно. Преимуществом раскрытой в указанной заявке мультиаксиальной ткани является хорошая пропитываемость связующим веществом мультиаксиальной ткани в процессе изготовления из нее требуемого изделия. При этом недостатком раскрытой в указанной заявке мультиаксиальной ткани, являются ненадежные скрепления армирующих волокон между собой и полученных из них слоев, проявляющиеся в процессе раскройки и выкладки из мультиаксиальной ткани по требуемым размерам изделия, так контур отрезанной ткани и прошивочные нити распускаются, а армирующие нити изменяют свое место в структуре ткани, тем самым геометрия слоев мультиаксиальной ткани не сохраняется, что напрямую влияет на качественные характеристики производимых изделий.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, является мультиаксиальное многослойное нетканое полотно, известное из патента на изобретение РФ №2555688, МПК D04B 21/16, опубликованного 10.07.2015 г., состоящее из по меньшей мере двух расположенных друг над другом слоев из армирующих нитей, расположенных внутри слоев параллельно друг другу и прилегающих друг к другу, причем армирующие нити внутри одного слоя, а также внутри соседних слоев соединены друг с другом и фиксированы друг относительно друга с помощью проходящих параллельно друг другу отстоящих друг от друга на ширину стежка швейных нитей. Швейные нити образуют петли с длиной стежка и определяют направление нулевого градуса многослойного нетканого полотна. При этом прошивные нити выполнены на лицевой и изнаночной сторонах мультиаксиальной ткани, и образуют одинарное основовязальное переплетение «Pillar» («Цепочка»), каждый петельный столбик которого образован одной нитью. Армирующие нити слоев по отношению к направлению нулевого градуса многослойного нетканого полотна расположены симметрично и в своем направлении образуют угол с направлением нулевого градуса, который не равен 90° и не равен 0°. Преимуществами раскрытой в указанном патенте мультиаксиальной ткани, являются хорошая пропитываемость связующим веществом мультиаксиальной ткани в процессе изготовления из нее требуемого изделия, а также улучшение свойств выполненных из указанной ткани изделий, в частности, проявляющиеся при нагрузке сжатием и ударной нагрузке. При этом указанной мультиаксиальной ткани присущи недостатки, описанные в предыдущем абзаце.
Раскрытие полезной модели
Технический результат настоящей полезной модели заключается в исключении возможности распускания стежков прошивочной нити, скрепляющей мультиаксиальную ткань, полученных на основовязальной машине, в процессе раскроя, резки и выкладки в формы указанной ткани при одновременном осуществлении надежной фиксации слоев мультиаксиальной ткани между собой и повышении надежности изготавливаемых из такой мультиаксиальной ткани изделий.
Указанный технический результат достигается с помощью мультиаксиальной ткани, выполненной из расположенных друг над другом слоев из армирующего волокна, расположенного внутри слоев параллельно друг другу и прилегающего друг к другу, причем армирующее волокно внутри одного слоя, а также внутри соседних слоев, соединено друг с другом и фиксировано друг относительно друга с помощью основовязальной машины прошивными нитями, выполненными на лицевой и изнаночной сторонах мультиаксиальной ткани. Согласно заявленному решению, прошивочные нити образуют первый локальный участок в виде петельных столбиков, включающих группы объединенных прошивочных нитей, расположенных вдоль направления нулевого градуса мультиаксиальной ткани, и второй локальный участок в виде переходов прошивочных нитей на другие петельные столбики, образующих узлы пересечения прошивочных нитей, расположенных под углом к направлению нулевого градуса.
При этом мультиаксиальная ткань может быть выполнена по меньшей мере из двух расположенных друг над другом слоев из армирующего волокна.
Также направление армирующих волокон, составляющих каждый слой, по отношению к нулевому градусу мультиаксиальной ткани может составлять угол равный от 0° до ±90°.
Преимущественно направления армирующих волокон, составляющих прилегающие друг к другу слои, не совпадают друг с другом.
Кроме того, каждая группа объединенных прошивочных нитей первого локального участка может включать в себя по крайней мере две прошивочные нити.
А каждый петельный столбик первого локального участка может, быть образован по крайней мере одним стежком объединенных прошивочных нитей. При этом стежок петельного столбика может быть расположен вдоль направления нулевого градуса мультиаксиальной ткани.
Помимо этого, прошивочная нить каждого петельного столбика второго локального участка может иметь по крайней мере один узел пересечения с другой прошивочной нитью другого петельного столбика. При этом узел пересечения прошивочных нитей может быть образован по крайней мере двумя прошивочными нитями различных петельных столбиков, расположенными внахлест друг к другу.
Преимущественно узлы пересечения прошивочных нитей второго локального участка расположены на лицевой стороне мультиаксиальной ткани.
Также прошивочные нити второго локального участка по отношению к нулевому градусу мультиаксиальной ткани могут образовывать угол равный от -85° до -5°, либо от +5° до +85°.
Каждая прошивочная нить петельного столбика второго локального участка может переходить по крайней мере на один соседний петельный столбик.
Преимущественно первый и второй локальные участки чередуются. При этом группа объединенных прошивочных нитей каждого петельного столбика может образовывать замкнутый контур на лицевой стороне мультиаксиальной ткани в результате чередования по крайней мере двух вторых участков и по крайней мере одного первого участка.
Также в качестве армирующего волокна может быть использовано углеродное, и/или базальтовое, и/или органическое, и/или полиэфирное, и/или параарамидное, и/или метаарамидное, и/или полиакрилонитрильное волокно, и/или стекловолокно.
А в качестве прошивочной нити могут быть использованы нити из полиэфира, и/или полиамида, и/или полигидроксиэфира, и/или из сополимеров данных полимеров.
В отличии от ближайшего аналога, предлагаемая мультиаксиальная ткань сформирована переплетением группы объединенных прошивочных нитей, имеющей пересекающиеся под углом к направлению нулевого градуса стежки из прошивочных нитей, которые в свою очередь при попытке их распустить образуют узел из замкнутых петель стежка и препятствуют его дальнейшему распусканию, то есть удалению прошивочной нити из структуры ткани, тем самым сохраняя геометрию слоев в мультиаксиальной ткани в целом, благодаря чему достигается заявленный технический результат. Таким образом, формируется прошивочное переплетение нитей, имеющее узорный порядок, благодаря которому, помимо осуществления надежной фиксации слоев мультиаксиальной ткани между собой, исключается возможность распускания стежков.
Краткое описание чертежей
Сущность заявленной полезной модели и возможность ее практической реализации поясняется приведенным ниже описанием и фигурами.
На фигуре 1 показан общий вид лицевой стороны мультиаксиальной ткани.
На фигуре 2 показан общий вид изнаночной стороны мультиаксиальной ткани.
На фигуре 3 показан общий вид лицевой стороны мультиаксиальной ткани с нанесенной схемой расположения прошивочных нитей петельных столбиков и расположения локальных участков.
На фигуре 4 показан общий вид изнаночной стороны мультиаксиальной ткани с нанесенной схемой расположения прошивочных нитей петельных столбиков и расположения локальных участков.
На фигуре 5 показана схема расположения прошивочной нити лицевой стороны мультиаксиальной ткани.
На фигуре 6 показана схема расположения прошивочной нити изнаночной стороны мультиаксиальной ткани.
Осуществление полезной модели
Предлагаемое техническое решение полезной модели поясняется конкретным исполнением предложенной мультиаксиальной ткани, однако, приведенный пример не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заявленного технического результата.
Мультиаксиальная ткань выполнена из расположенных друг над другом двух слоев из армирующего углеродного волокна (общие виды и схемы показаны на фигурах 1-6). При этом количество слоев может быть выбрано от двух и ограничено только техническими возможностями производящего мультиаксиальную ткань оборудования, в том числе основовязальных машин, либо требованиями, предъявляемыми к пропитываемости мультиаксиальной ткани как сырью для производства композитных изделий. Тогда как вместо углеродного волокна могут быть использованы следующие волокна - базальтовое волокно, органическое волокно, полиэфирное волокно, параарамидное волокно, метаарамидное волокно, полиакрилонитрильное волокно, стекловолокно, а также их комбинации, выбираемые в зависимости от требуемой прочности, пропитываемости и экономичности готового изделия.
Армирующие углеродные волокна расположены внутри каждого из указанных слоев параллельно друг другу (на фигурах 1, 3, показаны только армирующие углеродные волокна, находящиеся на лицевой стороне мультиаксиальной ткани) (на фигурах 2, 4 показаны только армирующие углеродные волокна находящиеся на изнаночной стороне мультиаксиальной ткани), а сами указанные слои прилегают друг к другу (на фигурах не показано), причем армирующее углеродное волокно внутри одного слоя, а также внутри соседних слоев, соединено друг с другом и фиксировано друг относительно друга с помощью основовязальной машины прошивными полиэфирными нитями, выполненными на лицевой и изнаночной сторонах мультиаксиальной ткани (фигуры 1-6). При этом вместо полиэфирных нитей могут быть выбраны нити из полиамида, полигидроксиэфира, сополимеров указанных полимеров, а также из их комбинации, выбираемые в зависимости от требуемых характеристик нити, в том числе показателю разрывного удлинения нити и температуры ее плавления.
Направление армирующих углеродных волокон, составляющих первый слой, по отношению к нулевому градусу мультиаксиальной ткани (направление производства мультиаксиальной ткани принимает равным 0°) составляет угол А1 равный -45° (показан на фигуре 3). Направление армирующих волокон, составляющих второй слой, по отношению к нулевому градусу мультиаксиальной ткани составляет угол А2 равный 45° (показан на фигуре 4). При этом направления армирующих волокон, составляющих слои мультиаксиальной ткани, выбираются исходя из требований, учитывающих дальнейшие направления воспринимаемых нагрузок в полученном позднее из мультиаксиальной ткани изделии.
Направления армирующих углеродных волокон в мультиаксиальной ткани, составляющих прилегающие друг к другу слои - первый и второй, не совпадают друг с другом. Что обусловлено тем, что слои имеющие одни и те же направления будут смешиваться в один слой, что может быть полезно только, если требуются получения комбинаций различных типов или свойств волокон в одном слое.
Полиэфирные прошивочные нити образуют прошивное переплетение (показано на фигурах 1-6) с помощью чередования первого и второго локальных участков, устройство которых пояснено ниже.
Полиэфирные прошивочные нити образуют первый локальный участок (на фигурах 3-6 показаны несколько первых локальных участков, обозначенных номером 1) в виде петельных столбиков, включающих группы объединенных прошивочных нитей, включающих по две полиэфирных прошивочных нити, расположенных вдоль направления нулевого градуса мультиаксиальной ткани. При этом количество полиэфирных нитей может быть более двух и ограничено только техническими возможностями используемой основовязальной машины, в частности количеством питающих гребенок, подающих прошивную нить, а также необходимой прочностью получаемых стежков, так, при использовании четырех нитей появляется возможность использовать на первом локальном участке группы объединенных прошивочных нитей, включающих по четыре полиэфирных прошивочных нити, а на втором локальном участке (второй локальный участок будет пояснен ниже) использовать группы объединенных прошивочных нитей, включающих по две полиэфирных прошивочных нити на лицевой стороне и четыре полиэфирных нити на изнаночной стороне (по две из разных петельных столбиков), в дополнении к сказанному, при использовании нечетного количества прошивных нитей, на первом локальном участке группы объединенных прошивных нитей будут включать нечетное количество прошивных нитей, а на втором локальном участке будут использоваться группы объединенных прошивочных нитей, включающих четное и нечетное количество прошивных нитей.
Каждый петельный столбик первого локального участка образован двумя стежками объединенных прошивочных нитей (фигуры 1-6). При этом количество стежков в петельных столбиках первого локального участка зависит от необходимого расстояния между чередующимися вторыми локальными участками, изменяемого, в том числе, с помощью выбора, количества стежков петельных столбиков первого локального участка.
Стежок петельного столбика первого локального участка расположен вдоль направления нулевого градуса мультиаксиальной ткани (фигуры 1-6), что обусловлено технологией прошивания мультиаксиальной ткани прошивочной нитью на основовязальных машинах.
Полиэфирные прошивочные нити образуют второй локальный участок (на фигурах 3-6 показаны несколько вторых локальных участков, обозначенных номером 2) в виде переходов каждой прошивочной нити на два соседних петельных столбика, образующих два узла пересечения прошивочных нитей, "расположенных на лицевой стороне мультиаксиальной ткани (показаны на фигурах 1, 3, 5). При этом количество переходов на соседние петельные столбики выбирается исходя из необходимости получения требуемого количества узлов пересечения прошивочных нитей, так, в результате двух переходов прошивочных нитей образуется два узла пересечения прошивочных нитей. С возрастанием количества узлов пересечения прошивочных нитей свойства мультиаксиальной ткани препятствовать распусканию стежков прошивочной нити, скрепляющей мультиаксиальную ткань, в процессе раскроя, резки и выкладки в формы указанной ткани увеличиваются, при одновременном повышении надежности фиксации слоев мультиаксиальной ткани между собой, что в результате повышает надежность изготавливаемых из такой мультиаксиальной ткани изделий. Так, узлы пересечения прошивочных нитей при попытке их распустить образуют узлы из замкнутых петель стежков и препятствуют их дальнейшему распусканию, то есть, контур отрезанной ткани и прошивочные нити не распускаются дальше узлов из замкнутых петель, а армирующие нити не изменяют свое место в структуре ткани, тем самым сохраняя геометрию слоев мультиаксиальной ткани. Помимо этого, с возрастанием количества узлов пересечения прошивочных нитей расход прошивочных нитей увеличивается.
Полиэфирные прошивочные нити второго локального участка расположены под углом В1 равным - 60° и под углом В2 равным 60° к направлению нулевого градуса (углы показаны на фигуре 3). При этом угол образованный прошивочными нитями второго локального участка по отношению к нулевому градусу мультиаксиальной ткани выбирают равным от -85° до -5°, либо от +5° до +85°. Границы указанных диапазонов углов обусловлены тем, что при выборе небольших углов, например, -5° или +5°, расстояние между петельными столбиками получается наименьшим, и расход прошивной нити увеличивается, тогда как при выборе больших углов, например -85° и +85°, шаг петельного столбика получается наименьшим и расход прошивной нити увеличивается. Тогда как, такие параметры как наименьшее расстояние между петельными столбиками и шаг петельного столбика зависят от возможностей используемой основовязальной машины.
Прошивочная нить каждого петельного столбика второго локального участка имеет два узла пересечения с другими прошивочными нитями других петельных столбиков (показаны на фигурах 1, 3, 5), при этом узлы пересечения прошивочных нитей образованы двумя прошивочными нитями различных петельных столбиков, расположенными внахлест друг к другу.
Группа объединенных прошивочных нитей каждого петельного столбика образовывает замкнутые контуры на лицевой стороне мультиаксиальной ткани (замкнутый контур схематично выделен на фигуре 5) в результате чередования второго-первого-второго участков.
Реализация полезной модели возможна при использовании существующих средств производства с применением известных технологических процессов и материалов.
Проведенные патентные исследования показали, что совокупность существенных признаков полезной модели не известна из уровня техники.