ТЕКСТИЛЬНОЕ ПОЛОТНО ДЛЯ КОНСТРУКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
TEXTILE FABRIC FOR STRUCTURAL MATERIAL

Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности, к области создания текстильных полотен с заданными техническими характеристиками, используемых в качестве наполнителей композиционных материалов для высокотехнологичных отраслей промышленности (ветроэнергетика, судостроение, авиация, автомобилестроение и др.).
Основу композиционных материалов составляют технические текстильные материалы, выполняющие роль армирующего наполнителя и состоящие из нескольких слоев нитей (ровингов) со специальными отличающимися свойствами и ориентацией в различных направлениях.
Известен аналог по патенту RU 2542294, опубликованный 20.02.2015, в котором армирующие слои из стеклоткани последовательно уложены с обеих сторон сердечника со скреплением слоев, пропитанных связующим.
В качестве слоев армирующего материала оболочки использованы стеклоткани с различной угловой ориентацией волокон по отношению к продольной оси сердечника. Внутренний центральный слой составляет стеклоткань, волокна которой уложены под углами 0° и 90° по отношению к продольной оси сердечника, а остальные слои - внешние по отношению к центральному слою - из стеклоткани, волокна которой уложены под углами +45° и -45° по отношению к продольной оси сердечника. В качестве пропитывающего связующего использовано наномодифицированное эпоксидное соединение.
Недостатком аналога является потеря прочности нитей в процессе выработки ткани по всем переходам ткацкого производства. Для обеспечения требуемой прочности наполнителя требуется увеличение его толщины, что приводит к увеличению массы и удорожанию текстильного армирующего наполнителя и изделия в целом.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является текстильное полотно, используемое в способе изготовления лопасти ветрового колеса, в котором производят послойную выкладку стеклоткани, пропитку связующим, механическую обработку. В качестве стеклоткани используют в, частности, стеклоткани Т10 и Т14 (патент RU 2205130, опубликованный 27.05.2003).
Недостатком ближайшего аналога является снижение прочности нитей в процессе выработки ткани по всем переходам ткацкого производства, а также сложность укладки стеклоткани, обладающей повышенной жесткостью, при изготовлении изделий сложной конфигурации, что приводит к большим временным затратам.
Технической проблемой предложенного изобретения является сохранение прочностных свойств нитей, повышение прочностных характеристик текстильного полотна и композиционного материала, в котором упомянутое полотно использовано в качестве армирующего наполнителя.
Данная проблема решается тем, что текстильное полотно для конструкционного материала включает четыре слоя из непрерывных параллелизованных нитей, уложенных с возможностью сохранения своих первоначальных физико-механических свойств, при этом нити внешних слоев линейной плотности 1200 текс уложены под углами 0° и 90° по отношению к продольной оси с плотностью 6-8 нитей/дюйм, а нити внутренних слоев линейной плотности 300 текс уложены под углами +45° и -45° по отношению к продольной оси с плотностью 10-13 нитей/дюйм, причем два внутренних слоя скреплены между собой прошивкой из синтетических нитей, а все четыре слоя дополнительно прошиты такими же нитями.
Предпочтительно, если синтетические нити для прошивки выполнены из полиэфира (полиэтилентерефталат), а в качестве нитей используют нити из стекла, базальта или их сочетания.
Прошивные нити также могут быть изготовлены из полиамида, полипропилена, сополиамида, сополиэфира и другого подходящего материала.
Предлагаемым изобретением получены следующие технические результаты: увеличение удельной разрывной нагрузки нитей, снижение величины прогиба композиционного материала и повышение величины разрушающего напряжения при межслойном сдвиге композиционного материала, в котором текстильное полотно использовано в качестве армирующего наполнителя.
В заявленном текстильном полотне нити уложены с возможностью сохранения своих первоначальных физико-механических свойств. Первоначальные физико-механических свойства нити - это свойства каждой отдельной нити до формирования из него текстильного полотна.
Сохранение указанных свойств обусловлено тем, что в процесс формирования полотна исключаются изгибающие, крутящие, вытягивающие напряжения и трение нитей между собой. Нити не переплетаются и не скрепляются между собой. При производстве стеклоткани нити подвергаются всем указанным воздействиям, что приводит к снижению их прочностных свойств.
Сохранение прочности нитей является следствием того, что при формировании заявленного текстильного полотна сохраняются главные ковалентные связи вдоль макромолекул, упопрядочение макромолекул, межмолекулярные и фибриллярные связи.
Экспериментальным путем установлено, что укладка нитей с возможностью сохранения своих первоначальных физико-механических свойств в сочетании с тем, что нити внешних слоев линейной плотности 1200 текс уложены под углами 0° и 90° по отношению к продольной оси с плотностью 6-8 нитей/дюйм, а нити внутренних слоев линейной плотности 300 текс уложены под углами +45° и -45° по отношению к продольной оси с плотностью 10-13 нитей/дюйм, при том, что два внутренних слоя скреплены между собой прошивкой из синтетических нитей, а все четыре слоя дополнительно прошиты такими же нитями, позволяет значительно повысить физико-механические показатели заявленного текстильного полотна в сравнении с полотном из стеклоткани Т-10, используемом в качестве наполнителей композиционных материалов.
Полученные неожиданные технические результаты подтверждаются конкретными примерами осуществления заявленного изобретения.
Пример 1
Предлагаемое четырехслойное текстильное полотно на основе стеклянных нитей. Два внешних слоя изготовлены из нитей линейной плотности 1200 текс. Верхний и нижней слои уложены в полотне под углами 0° и 90° по отношению к продольной оси с плотностью 6 нитей/дюйм. Нити двух внутренних слоев имеют линейную плотность 300 текс. Внутренние второй и третий слои уложены под углами +45° и -45° по отношению к продольной оси с плотностью 10 нитей/дюйм. Слои скреплены между собой прошивкой по заявленной схеме.
Пример 2
Предлагаемое четырехслойное текстильное полотно на основе нитей из базальта изготавливают, как в примере 1, но нити внешних слоев линейной плотности 1200 текс укладывают под углами 0° и 90° по отношению к продольной оси с плотностью 6 нитей/дюйм, а нити внутренних слоев линейной плотности 300 текс укладывают под углами +45° и -45° по отношению к продольной оси с плотностью 13 нитей/дюйм.
Пример 3.
Предлагаемое четырехслойное текстильное полотно на основе стеклянных и базальтовых нитей. Верхний и нижний внешние слои изготавливают из стеклонитей линейной плотности 1200 текс. Слои укладывают под углами 0° и 90° по отношению к продольной оси с плотностью 8 нитей/дюйм. Внутренние второй и третий слои изготавливают из базальтовых нитей линейной плотности 300 текс, укладывают под углами +45° и -45° по отношению к продольной оси с плотностью 10 нитей/дюйм. Слои скреплены между собой прошивкой по заявленной схеме.
Пример 4
Предлагаемое четырехслойное текстильное полотно на основе нитей из стекла изготавливают, как в примере 1, но нити внешних слоев линейной плотности 1200 текс укладывают под углами 0° и 90° по отношению к продольной оси с плотностью 8 нитей/дюйм, а нити внутренних слоев линейной плотности 300 текс укладывают под углами +45° и -45° по отношению к продольной оси с плотностью 13 нитей/дюйм.
Во всех примерах при формировании композиционного материала использована эпоксидная смола, а в качестве синтетических нитей для прошивки были использованы нити из полиэфира.
В композиционных материалах на основе стандартной стеклоткани марки Т-10 и заявленного текстильного полотна были определены: величина прогиба и разрушающее напряжение при межслойном сдвиге. Определена также удельная разрывная нагрузка нитей в заявленном полотне и в полотне стеклоткани Т-10. Данные приведены в таблице.
Все технологические операции производства осуществляют на известном оборудовании.
Технология изготовления текстильного материала включает следующие операции: заправка шпулярника нитями; слоеукладка; высокопрочная прошивка слоев игольными элементами; накатка полотна в рулоны.
Использование предложенного текстильного полотна в качестве армирующего наполнителя в композиционных материалах позволит получать конструкционные материалы на их основе с высокими прочностными свойствами.