ГЕРМЕТИЧНЫЙ ЭЛАСТИЧНЫЙ МАТЕРИАЛ
HERMETIC ELASTIC MATERIAL

Предлагаемое изобретение относится к области герметичных эластичных материалов на основе тканей с полимерным покрытием, предназначенных, в частности, для изготовления надувных оболочек пассажирских трапов в авиационной промышленности. Такие материалы должны иметь высокие прочностные свойства (разрывную нагрузку), пониженную горючесть и низкую газопроницаемость.
Известна техническая ткань для надувных спасательных средств, содержащая переплетенные между собой с образованием сквозных ячеек полиэфирные комплексные основные и уточные нити и имеющая термопластичное водонепроницаемое покрытие из полимерного материала (полиуретана, поливинилхлорида и т.п.) (патент РФ №2068892).
Недостатками известной ткани и изделий из него являются повышенная газопроницаемость и недостаточная термостойкость.
Известен материал для надувных оболочек трапов воздушных судов, включающий тканевую подложку с нанесенным на нее полиуретановым эластомерным покрытием (патенты США №№5542628, 5542629).
Недостатком известных материалов являются невысокие прочностные свойства.
2
Наиболее близким, принятым за прототип, является многослойный герметичный эластичный морозостойкий материал типа искусственной кожи, включающий текстильную основу поверхностной плотности 60-150 г/м из синтетических комплексных нитей линейной плотности 9-18 текс с круткой (200±20) кр/м, адгезионный слой, сформированный из раствора полиэфируретана в диметилформамиде с вязкостью 50-70 П и полиизоцианата с вязкостью 1,5 П при их соотношении по массе 1:0,005-0,02, который расположен на изнаночной и лицевой сторонах основы с последующим формированием с обеих сторон лицевого полимерного покрытия на основе раствора полиэфируретана в диметилформамиде с вязкостью 150-250 П, наносимого в 1 слой с изнаночной стороны и в 2-4 слоя с лицевой стороны при соотношении слоев в материале по массе соответственно текстильная основа: адгезионный слой: лицевое полимерное покрытие 1:0,2-0,4:1-2 (вариант 2) (патент РФ №2265684).
Недостатками материала-прототипа являются невысокая прочность (разрывная нагрузка), горючесть, высокая газопроницаемость (по водороду).
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание герметичного эластичного материала, имеющего повышенную разрывную нагрузку, пониженную горючесть, сниженную водородопроницаемость при сохранении эластичности на уровне прототипа.
2
Для решения поставленной технической задачи предложен герметичный эластичный материал, включающий текстильную основу из синтетических нитей и нанесенное на нее с лицевой и изнаночной стороны полиуретановое покрытие, сформированное из раствора полиуретанового полимера и полиизоцианата в органическом растворителе, который в качестве текстильной основы содержит ткань с поверхностной плотностью 70-80 г/м, выполненную из высокомодульных нитей СВМ линейной плотности 14,3 или 29,3 текс с круткой 100±10 кр/м, имеющую разрывную нагрузку не менее 1200 Н и удлинение при разрыве не более 8%, покрытие дополнительно содержит наполнитель и антипирен, а массовое соотношение привеса полимерного покрытия на лицевой и изнаночной сторонах составляет соответственно 1:(2-3).
Покрытие содержит в качестве наполнителя диоксид титана, в качестве антипирена - трехокись сурьмы и/или декабромдифенилоксид, а в качестве органического растворителя - этилацетат.
Установлено, что газопроницаемость материалов определяется, в частности, условиями получения материала с полимерным покрытием. Предлагаемый материал получают способом шпредингования, т.е. путем многократного нанесения тонких штрихов полимерной композиции на тканевую основу, что обеспечивает формирование полимерного покрытия с меньшими дефектами за счет перекрывания дефектов предыдущего слоя при каждом последующим нанесении штриха полимерной композиции. При этом уменьшается проницаемость материала за счет увеличения истинной площади контакта ткани и полимерной композиции. Кроме того, в процессе изготовления предлагаемый материал вулканизуется, что также способствует уменьшению проницаемости за счет образования пространственно-структурированной сетки в полимерном покрытии. Введение наполнителей также способствует снижению проницаемости за счет того, что частицы наполнителя препятствуют проходу газов через полимерное покрытие вследствие удлинения пути молекул газа и уменьшения поперечного сечения полимерной части. Газопроницаемость также зависит от природы применяемого при испытаниях газа (воздух, водород, гелий и т.д.). Молекула водорода имеет очень небольшую массу и размеры и обладает большой подвижностью. В отличие от водорода, молекулы воздуха значительно больше по размерам и имеют массу, в 14,5 раз большую. Поэтому испытания на газопроницаемость по водороду являются более жесткими по сравнению с испытаниями на воздухопроницаемость.
Использованные в предлагаемом материале ткани, изготовленные из волокна СВМ с круткой 100±10 кр/м, обладают преимуществом по термостойкости перед тканями по прототипу: лавсан или капрон имеют температуру эксплуатации 120-150°С, температуру плавления 280°С, в то время как у СВМ температура эксплуатации 250-300°С, температура разложения - 450-550°С. Это имеет большое значение при надуве спасательных средств, так как довольно высокая температура (до 400°С) газа, подаваемого в оболочку спасательного средства, может в случае прототипа привести к ее повреждению.
Кроме этого ткань-основа по прототипу относится по горючести к группе сгорающих материалов, а из СВМ - трудносгорающих. При воздействии открытого пламени на ткань по прототипу (даже защищенную двухсторонним покрытием) происходит реакция деструкции в конденсированной фазе горения, волокно плавится, образует на поверхности дыры и горящие капли расплава полимера, являющиеся дополнительным источником распространения пламени, в то время как при воздействии открытого пламени на ткань из СВМ в конденсированной фазе горения образуется коксовый остаток, что препятствует развитию процесса горения.
Преимуществом тканей из СВМ является и то, что они не плавятся и не имеют усадки до 400°С, а при температуре 450°С усадка составляет не более 3-4%, что особенно важно при использовании материала в экстремальных условиях.
Примеры осуществления
Пример 1.
2
2
2
100 мас. ч. полиуретанового полимера СКУ-8А (ТУ 38 103209) с 20 мас. ч. диоксида титана (ГОСТ 3808) и 50 мас. ч. трехокиси сурьмы (ТУ 48-14-1) вальцевали в течение 10 мин, затем добавляли 150 мас. ч. этилацетата (ГОСТ 8981) и перемешивали до гомогенного состояния. После этого добавляли 10 мас. ч. полиизоцианата (ТУ 113-03-38-106), перемешивали и выдерживали в течение 10-15 мин. Затем наносили готовый состав методом шпредингования тонкими штрихами с последующей сушкой каждого слоя на лицевую и изнаночную стороны основы, выполненной из ткани технической СВМ (ТУ 17-0001040-6-105) с поверхностной плотностью 70 г/м, круткой 100±10 кр/м из нитей линейной плотности 14,3 текс. Привес покрытия с лицевой стороны - 60 г/м, с изнаночной - 120 г/м, соотношение по привесу 1:2. Затем полученный материал вулканизовали при температуре 143°С в течение 60 мин.
2
2
2
2
Технология изготовления материала по примерам 2 и 3 аналогична примеру 1. В примере 2 использована ткань с поверхностной плотностью 75 г/м и декабромдифенилоксид (ТУ 6-47-49), в примере 3 - ткань с поверхностной плотностью 80 г/м из нитей линейной плотности 29,4 текс. Соотношение привеса на лицевой и изнаночной сторонах составляет: в примере 2 - 1:2,2 (соответственно 70 и 155 г/м), в примере 3 - 1:3 (50 и 150 г/м).
Свойства материалов приведены в таблице.
Испытания на разрывную нагрузку проводили по ГОСТ 17316, водородопроницаемость - по методике М38-59-629, на горючесть - по методике АП-25 (прил. F, ч.1), на жесткость (эластичность) - по ГОСТ 8977.
Таблица
Наименование свойств
Примеры по изобретению
Прототип
1
2
3
Разрывная нагрузка, основа/уток, Н
3574/3274
3650/3386
3840/3540
1264/1107
Водородопроницаемость, л/(м<sup>2</sup>·сут)
2,97
3,3
2,9
21,0
Время остаточного горения, с
3
2
3
более 15
Классификация материала
самозатухающий
самозатухающий
самозатухающий
сгорающий
Жесткость, гс
9,6
9,8
9,7
9,7
Как видно из данных таблицы, предлагаемый материал имеет повышенную в 2,8-3 раза по сравнению с прототипом разрывную нагрузку, сниженную более чем в 7 раз водородопроницаемость, сохраняет эластичность (жесткость) на уровне прототипа и имеет превосходство по горючести - является самозатухающим. Таким образом, использование предлагаемого материала для изготовления надувных оболочек пассажирских трапов увеличит их надежность и срок эксплуатации, особенно в экстремальных условиях.