КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ УТОЧНО-ВЯЗАНОГО АРМИРУЮЩЕГО ПОЛОТНА И ПОЛИМЕРНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ

Полезная модель относиться к производству композиционных материалов и изделий из них, а именно к производству полимерных композитов, армированных текстильными полотнами из высокопрочными нитей и может быть использована в отраслях связанных с автомобиле-, корабле- и авиастроением.
При производстве композиционных материалов традиционно применяются различные текстильные полотна: тканые, вязаные, плетеные [Тканые конструкционные композиты: Перевод с англ. // Под ред. Т.-В.Чу и Ф.Ко.. - М.: Мир, 1991. - 432 с.], механические свойства которых определяются наличием высокопрочных и высокомодульных нитей в их структуре. В настоящее время широкое распространение получили композиционные материалы с полимерной матрицей, армированные вышеперечисленными материалами. Высокая деформируемость, присущая этим материалам позволяет использовать их для придания необходимой каркасной формы при изготовлении элементов конструкций со сложными профилями поверхности. Также преимуществом является легкий вес получаемых композиционных материалов и конструкций из них.
В полимерной матрице, армированной текстильным полотном, эффективность армирования снижается, если нить не находится в распрямленном состоянии. Объемные свойства трикотажа и его геометрические характеристики являются выигрышными при производстве композитов. Специфика строения трикотажного полотна улучшает внутреннее сцепление с полимерной матрицей и делает возможным
получение композитов с деформационным упрочнением благодаря особой форме нити в трикотажном полотне.
Наиболее близким решением к предлагаемой полезной модели является композиционный материал, включающий полимерную матрицу и армирующее уточно-вязаное полотно из арамидных нитей, выполненное переплетением кулирная гладь (О.А.Khondker, Т.Fukui, M.Inoda, A.Nakai, Н.Hamada, Fabrication and mechanical properties of aramid/nylon plain knitted composites, Composites, Volume 35, Issue 10, October 2004, Pages 1195-1205).
Недостатком существующего композиционного материала являются его низкие эксплуатационные характеристики вследствие того, что в армирующем уточно-вязаном полотне при переплетении нити подвергаются искривлению, что приводит к снижению механических свойств и к неэффективному использованию армирующих арамидных нитей.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно создание композиционного материала конструкционного назначения, обеспечивающим более эффективное использование арамидных нитей в структуре полотна за счет применения дополнительных проложенных в структуре полотна и имеющих прямолинейное расположение вследствие чего достигаются более высокие механические характеристики по прочности и модулю упругости получаемых композитов, при чем во всем интервале деформирования прочность и жесткость полотна увеличивается при тех же значениях деформации.
Поставленная задача достигается тем, что в композиционном материале, состоящем из полимерного наполнителя и армирующего уточно-вязаного полотна переплетением кулирная гладь из арамидных нитей, вязаное полотно содержит в своей структуре, по меньшей мере, одну упрочняющую нить, расположенную вдоль петельных рядов полотна в направлении армирования композита и проложенную с рапортом, не менее, 5/1.
На фиг.1 представлена структура композиционного материала, состоящего из армирующей основы из уточно-вязаного арамидного полотна переплетением кулирная гладь 1, с проложенными в нем усилительными нитями 2 и полимерного наполнителя 3. При выработке армирующей основы используют уточно-вязаное полотно из высокопрочных арамидных нитей типа СВМ, Армос, Русар. В качестве усилительных нитей используют нити аналогичные нитям полотна.
2
Пример: Композиционный материал вырабатывался способом пропитки армирующего уточно-вязаного полотна эпоксидной смолой ЭД-20 холодного отверждения. Полотно переплетением кулирная гладь с проложенными нитями с рапортом 5/1 было наработано на плосковязальном полуавтомате 10 класса ПВРК. Для выработки уточно-вязаного полотна и для усилительных нитей использовалась нить Русар линейной плотности 58,8 текс. Полотно формировалось вязанием грунтовых нитей и одновременным прокладыванием усилительных нитей вдоль петельных рядов в каждом из них. Плотность вдоль петельных рядов составила 84 петель на 1 дм, вдоль петельных столбиков - 112 нитей на 1 дм. Поверхностная плотность полотна - 250 г/м.
Таблица
Сравнительная характеристика композиционных материалов
№
Направление растяжения
Прочность при разрыве, МПа
Модуль упругости, МПа
1
с усилительными нитями
вдоль петельных рядов
91,1
58,82
2
прототип
58,82
4,48
3
с усилительными нитями
вдоль петельных столбиков
31,6
4,14
4
прототип
22,41
3,27
Недостатки устраняют за счет использования дополнительных арамидных нитей в качестве продольных усилительных элементов композита. При этом для увеличения прочности и жесткости композита усилительные нити прокладываются с большим рапортом, не менее 5/1. Экспериментально было обнаружено, что меньший рапорт дает более низкую прочность. Использование дополнительных усилительных нитей позволяет увеличить жесткость изготавливаемых композиционных материалов, придать лучшую формоустойчивость. Прокладыванием нити через ряд или два можно регулировать свойства получаемых полотен и композитов на их основе. Использование в качестве полимерного наполнителя других смол, например, полиамидной не влияет на увеличение прочности и модуля упругости композиционного материала.