СИНТЕТИЧЕСКАЯ НИТЬ С ДОБАВКАМИ В ЗАМАСЛИВАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к текстильной промышленности, в частности производству синтетических нитей для изготовления технических тканей.
Заявленное изобретение направлено на разработку синтетических нитей, пригодных для изготовления ткани, которая затем используется в конструкциях емкостей для сыпучих материалов, в частности для изготовления балластирующих устройств трубопроводов большой протяженности.
Балластирующие грунтозаполняемые устройства эксплуатируются в сложных климатических условиях при значительных силовых нагрузках на текстильные элементы балластирующих устройств. Указанные условия эксплуатации предъявляют высокие требования к качеству нитей, которые используются при изготовлении технической ткани.
Кроме того, необходимо гарантировать, что на всем протяжении трубопровода, снабженного балластирующими устройствами, использована ткань, именно, из нитей проверенного качества.
Для решения указанной задачи требуется создать простой и надежное решение для контроля качества нити путем ее идентификации в готовых изделиях при большой протяженности объекта контроля.
Из уровня техники известны изделия, снабженные защитной маркировкой.
Из патента RU 2163197 от 20.02.2001 известно изделие с защитой, такое как бумажный документ, содержащий в своей структуре внедренную в него защитную нить, включающую в свой состав люминофоры, свойства которых проявляются при облучении документа ультрафиолетовым или инфракрасным источником излучения, что позволяет установить подлинность документа. В описании патента RU 2163197 не раскрывается ни состав нити, ни технология введения в нее люминофора. Кроме того, защитная маркировка, соответствующая данному техническому решению, не предназначена для использования в технических тканях, производимых в больших объемах и эксплуатирующихся в сложных климатических условиях, для которых технологические приемы, раскрытые в патенте RU 2163197, не пригодны.
Из патента RU 2216613, опубликованного 20.11.2003 (патентообладатель: Объединение "Гознак") известна швейная защитная нить для прошивания документов специального назначения, позволяющая защитить их от подделки при улучшенных пошивочных свойствах нити. Указанная швейная защитная нить выполнена из синтетических термопластичных полимеров и состоит из 2-3 комплексных крученых нитей, строщенных и скрученных вместе. Исходные пневмосоединенные комплексные нити имеют одинаковую линейную плотность 20-30 текс, число пневмосоединений 20-50 на 1 м и крутку 420-600 кручений на 1 м, причем одна из комплексных нитей бесцветна или окрашена видимыми в дневном свете красителями, а остальные нити окрашены люминесцирующими красителями, при этом концентрация красителя в каждой нити составляет 0,01-0,15 мас.%. Краситель вводится в полимер на поверхность гранул перед экструзией. Гранулированный термопластичный полимер (полиамид, полиэтилентерефталат) смешивают с красителем в скоростном смесителе со скоростью вращения 750-1000 об/мин, время смешения от 3 до 10 мин. Во время смешивания полимера с красителем в смесителе происходит разогревание полимера до 65-70°С из-за трения гранул друг с другом, вследствие чего полимер размягчается и краситель связывается с поверхностью полимера так, что не происходит его осыпания с гранул.
Защитная нить по патенту RU 2216613 выбрана в качестве наиболее близкого аналога заявленной полезной модели. Защитная нить по патенту RU 2216613 является швейной нитью и предназначена для прошивания документов. Она обладает улучшенными пошивочными свойствами, а именно, имеет высокую разрывную прочность и низкую распушиваемость конца, однако данная нить имеет сложную структуру, высокую себестоимость изготовления, что делает ее малопригодной для производства технической ткани в большом объеме. Введение красителя в исходный полимер перед формованием обуславливает высокий расход красителя, который распределяется по объему полимера, а не по поверхности нити. Кроме того, существенно сокращается выбор красящих веществ, поскольку немногие органические красители способны выдержать нагрев до 290°С, (соответствующий температуре расплава полиэстера при формовании нити).
Заявленное техническое решение позволяет преодолеть указанные недостатки известной нити.
Из уровня техники известны бесцветные при дневном освещении органические люминофоры, например, их состав и свойства описаны в следующих патентных документах: RU 2287007, RU 2039745, SU 681792, DE 2209872, US 3169129, US 3658817.
В патенте RU 2039745 раскрыт состав органических люминофоров зеленого или желто-зеленого свечения, состоящих из 2-(2-арилсульфониламинофенил)-4Н-3,1-бензоксазин-4-онов. Но, ни из одного из указанных документов не известно использование органических люминофоров для идентификации нитей в ткани или в изделиях из ткани, в частности, при эксплуатации ткани в сложных климатических условиях Из уровня техники хорошо известны средства и методы аналитической химии, в частности, качественный и количественный химический анализ органических веществ, позволяющий идентифицировать даже следы искомого вещества по его качественной или характеристической реакции, проведенной с использованием реагента индикатора.
В качественном анализе используют легко выполнимые, характерные химические реакции, при которых наблюдается появление или исчезновение окрашивания, выделение или растворение осадка, образование газа и др. Качественные реакции должны быть как можно более селективны и высокочувствительны, чтобы при проведении этих реакций можно было подтвердить однозначно наличие идентифицируемого вещества. (См. В.Ф.Иванов и др. «Химическая идентификация веществ», СПб, издательство СПбГЭТУ «ЛЭ-ТИ», 2002 г., стр.3-7).
Однако, чтобы воспользоваться какими-либо качественными реакциями для решения задачи идентификации нити в ткани или в изделии из нее, требуется предварительно ввести вещество определяемой добавки в нить, так, чтобы не снизить ни ее качество, ни качество ткани, но в тоже время, что бы иметь возможность обнаружить добавку в любом образце, вырезанном из проверяемой ткани. Указанная задача решается в заявленном изобретении.
Техническим результатом является обеспечение возможности идентификации синтетической нити из полиамида или из полиэстера в составе технической ткани и в изделиях, изготовленных из нее.
Вторым техническим результатом полезной модели является сохранение высокого качества и прочностных свойств синтетической ткани при нанесении на полиамидные или полиэфирные нити средства идентификации.
Еще одним техническим результатом является обеспечение высокой производительности и технологичности производства полиамидных или полиэфирных нитей, содержащих средства их идентификации.
Для решения поставленной задачи и обеспечения технического результата предложена нить синтетическая для производства технических тканей, которую получают из расплава полиамида или полиэстера с использованием замасливателя, содержащего добавку. Свойства добавки проявляются в готовой ткани с обеспечением возможности идентификации нити.
В одном варианте полезной модели добавка к замасливателю содержит люминофор.
В другом варианте - добавка к замасливателю содержит химический индикатор, а для проявления свойств добавки используют соответствующий индикатору химический реагент.
Массовая доля замасливателя при получении нити составляет 0,5-1,5%. Заявленную синтетическую нить вырабатывают, преимущественно, с номинальной линейной плотностью 93-187 текс.
Оптимальным вариантом полезной модели является нить синтетическая для производства технических тканей, полученная из расплава полиамида или полиэстера с использованием замасливателя, содержащего добавку бесцветного органического люминофора, свойства которого проявляются в готовой ткани с обеспечением возможности идентификации нити. При этом для идентификации нити используют освещение ткани источником ультрафиолетового излучения. Освещение ткани осуществляют источником ультрафиолетового излучения с длинной волны 365-366 нм.
Для соответствия условиям эксплуатации в грунтозаполняемых конструкциях полученную нить проверяют, в частности, на снижение разрывной нагрузки в испытаниях на устойчивость при циклических термовлажностных воздействиях. Снижение разрывной нагрузки нити при указанных испытаниях не должно превышать величину 3,6% от первоначальной.
Кроме того, полученную нить обязательно проверяют на морозостойкость. При испытаниях на морозостойкость снижение ее разрывной нагрузки от первоначальной не превышает 3,1%.
Примеры реализации полезной модели.
Пример 1.
Синтетическая нить для производства технической ткани была произведена из расплава поли-ε-капроамида с использованием замасливателя, содержащего добавку, свойства которой проявляются в готовой ткани и обеспечивают возможность идентификации нити.
Гранулят полимера подается в экструдер, в котором его расплавляют при температуре плавления 265°С и перемешивают добавками термо и светостабилизаторов.
Расплав полимера продавливают через многоканальную фильеру под давлением до 100 атм. После выхода из фильеры элементарные нити остывают и отверждаются. Затем на них наносят замасливатель путем контактирования нитей с валиком, погруженным в ванну с замасливателем. В качестве добавки к замасливателю использовали бесцветный органический люминофор желто-зеленого свечения, состоящий из 2-(2-арилсульфониламинофенил)-4Н-3,1-бензоксазин-4-онов в количестве не более 10 мас.%.
Затем элементарные нити собирают в комплексную нить. Комплексную нить подвергают вытягиванию на четырех парах вытяжных валков. Готовые комплексные нити наматывают на выходные паковки и направляют на изготовление технической ткани для грунтозаполняемых конструкций.
3
При создании данного технического решения было обнаружено, что наиболее предпочтительным является введение в замасливатель органического фотолюминофора, бесцветного при дневном освещении, люминесцирующего в видимой области спектра в условиях облучения источником ультрафиолетового излучения. Плотность органических фотолюминофоров находится в диапазоне 1,0-1,1 г/см, то есть - близка к плотности замасливателя, что способствует получению стабильной консистенции.
В случае органических люминофоров люминесцируют отдельные молекулы. Поэтому люминесценция у многих из них сохраняется и при переходе в раствор или парообразное состояние. При изготовлении пигментов на основе органических люминофоров, взятых в твердой фазе в виде порошка, их можно размалывать до очень мелких фракций 0,002-3 мкм, в частности, до получения нанопорошков. При этом их люминесцентные свойства не ухудшаются.
Отметим, что широко распространенные неорганические люминофоры не подходят для идентификации нитей технической ткани в соответствии с заявленной полезной моделью. Неорганические люминофоры представляют собой минеральные порошки, которые плохо измельчаются, кроме того, при истирании они постепенно теряют люминесцентные из-за разрушения своей кристаллической структуры свойства. Более того, они имеют высокую плотность по сравнению с органической основой замасливателя, что не позволяет получить устойчивую во времени консистенцию замасливателя, то есть, он расслаивается с образованием осадка.
Введение в замасливатель органического фотолюминофора повышает стабильность полимерной основы нити и ее устойчивость к действию ультрафиолета. Введение люминофора в полимерное замасливающее покрытие нити позволяет преобразовать энергию ультрафиолетового света в безвредное для полимера нити излучение в видимой области спектра. Таким образом, использованное в данном изобретении средство идентификации нити, содержащее органические люминофоры, не ухудшает ее прочностные характеристики, а наоборот способствует обеспечению повышения стойкости и стабильности полимерной основы нити. Отметим, что указанное свойство является дополнительным техническим результатом полезной модели.
Кроме того, при введении органического люминофора в качестве средства идентификации полиамидной или полиэфирной нити приходится учитывать, что синтетические тити, как правило, уже содержат оптические отбеливатели, входящие в состав светостабилизаторов. Оптические отбеливатели тоже являются органическими люминофорами, обладающими сине-голубой флуоресценцией.
Таким образом, цвет индикатора при ультрафиолетовом освещении будет представлять собой сложение цвета свечения выбранного люминофора с голубым свечением оптического отбеливателя, уже присутствующего в расплаве полимера при получении синтетической нити. То есть при введении индикатора желтого свечения замасливатель оптически отбеленной нити получим результирующее зеленое свечение. Также с любым другим люминофором в индикаторе следует учитывать искажение его цвета оптическим отбеливателем, если известно, что он присутствует в составе синтетической нити.
Пример 2.
При получении полиамидной нити, как описано в примере 1, в качестве добавки к замасливателю использовали вещества на основе следующих индикаторов, выбранных из группы, включающей: глицерин, резорцин, салициловую кислоту, крезолы, пирокатехин, гидрохинон и фенолсульфокислоты.
Из полученной нити изготавливали образцы ткани.
Свойства указанных добавок обнаруживали в готовой ткани по качественным цветным реакциям на соответствующие реагенты. Для резорцина, салициловой кислоты, крезолов, пирокатехина, гидрохинона и фенолсульфокислоты реагентом выбрали хлорид железа трехвалентного.
При действии хлоридом железа (III) (или Fe3+) на растворы резорцина, салициловой кислоты или крезолов образуются комплексные соединения, которые в зависимости от состава и значении водородного показателя раствора (рН) окрашены в синий или фиолетовый цвет.
Окраска комплексов Fe3+с производными пирокатехина имеет зеленый цвет; гидрохинон дает сине-черную; фенолсульфокислоты - красную или пурпурную окраску.
В качестве индикатора, добавленного к замасливателю, можно использовать многоатомный спирт, например, глицерин, представляющий собой густоватую маслянистую прозрачную жидкость.
2
Реагентом на многоатомный спирт, в частности на глицерин, может служить раствор гидроксида меди Сu(ОН). Результатом реакции глицерина и гидроксида меди будет окрашивание ярко-синего цвета - это глицерат меди.
Другим индикатором может служить уксусный альдегид (ацетальдегид), свойства которого проявляются при нанесении на ткань нескольких капель раствора фуксинсернистой кислоты. Через несколько минут на ткани появляется розово-фиолетовая окраска.
Приведенные сочетания пар индикаторов и реагентов не исчерпывают спектр качественных химических реакций, пригодных для идентификации нитей в тканях по добавкам к замасливателю. В каждом конкретном случае состав и концентрация индикаторов и реагентов подбирается и оптимизируется империческим путем.
Вывод.
Полезная модель позволяет гарантировать, что при любой протяженности размещения изделий из технической ткани, для изготовления указанных изделий использована ткань, именно, из нитей, выбранных заказчиком.
Кроме того, выбранное средство идентификации обеспечивает сохранение высокого качества и прочностных свойств синтетической ткани из полиамидных или полиэфирных нитей.