ТЕРМОКЛЕЕВАЯ НИТЬ

Полезная модель касается термоклеевых нитей, пригодных для использования в качестве скрепляющих нитей при изготовлении аксиальных углеродных текстильных полотен (АУТП). АУТП являются однонаправленными неткаными материалами, в которых углеродные нити располагаются строго параллельно друг другу. Это позволяет получать композитные материалы на основе АУТП с уникальными физико-механическими показателями. Важной технологической задачей при получении АУТП является сохранение параллельности углеродных нитей, которая достигается применением специальных скрепляющих нитей.
Характерной особенностью термоклеевых нитей является способность плавиться при тепловом воздействии с последующим склеиванием материалов при охлаждении. Такой метод применяется, в частности, в деревообрабатывающей промышленности, в текстильной промышленности, в мебельной промышленности и т.п.
Различают два вида термоклеевых нитей. Первый вид клеевой нити характеризуется тем, что после термосклеивания нить полностью теряет форму и выполняет функцию клея. Клеевая нить второго вида представляет собой сочетание высокопрочной волокнистой основы и особого клеевого состава, нанесенного на нее различными способами в определенной пропорции. При активации состава в процессе использования, основа клеевой нити надежно скрепляется с поверхностью материалов, для которых данная нить предназначена. Она сохраняет свою форму и механические характеристики, как бы «армируя» склеиваемый материал. Для получения АУТП предпочтительным является второй вид термоклеевых нитей.
Известны термоклеевые нити фирмы KUPER (Германия) типа К12, К3, 1220, 2210. Клеевую термонить KUPER получают из стекломоноволокон (лавсана) и покрывают клеем - расплавом (полиамидной смолой). Диаметр нити варьируется от 0,28 до 0,39 мм с температурой плавления оболочки от 130°С до 190°С. (www.skyduna.ru/catalog)
Также известны термоплавкие нити для сращивания шпона Z 44, Z 46 фирмы Durante&Vivan (Италия), изготовленные из стекловолокна, покрытого полиамидом. Диаметр нитей составляет 0,28±0,03 мм, температура плавления оболочки 172±5°С. (www.durante-vivan.com/ita)
Известна клеевая нить КН (ТУ 13-215-80), которая представляет собой стеклянную нить БС-7-36×1 (ТУ 6-11-220-71), поверхность которой равномерно покрыта полиамидной смолой П-54 (МРТУ 6-05-1032-76), диаметр нити около 0,3 мм. (Бухтияров В.П. Технология производства мебели Учебник для техникумов. - М.: Лесная промышленность, 1987 г.)
Такие термоклеевые нити используют во многих отраслях деревообрабатывающей и мебельной промышленности, например, в производстве интонированных дверей, корпусной мебели, для изготовления фанеры, шпона и т.д.
Главным недостатком всех представленных термоклеевых нитей является то, что диаметр предлагаемых нитей значительно превышает толщину монослоя углеродных нитей, величина которого находится в пределах 0,05÷0,17 мм. При этом толщина оболочки у этих нитей превышает 30%, что является нежелательным при производстве композитных материалов на базе АУТП.
Термоклеевые нити для АУТП должны отвечать следующим требованиям:
- нити должны обладать хорошей адгезионной способностью, как к углеродным нитям, так и к связующим компонентам, применяемым при получении композитных материалов;
- нити должны иметь сравнительно низкую температуру плавления (размягчения), что позволит фиксировать структуру АУТП тепловым воздействием без нарушения свойств углеродных нитей и нитей, выполняющих «армирующие» функции;
- нити должны быть достаточно прочными, что способствует достижению необходимого результата фиксации структуры АУТП при минимальном содержании скрепляющих нитей в композитных материалах;
- нити должны быть равномерными по свойствам, что позволит достичь стабильности технологического процесса получения АУТП и равномерности свойств готовых композитных материалов.
Технической задачей настоящей полезной модели является создание термоклеевой нити пригодной для использования в качестве скрепляющих нитей при изготовлении аксиальных углеродных текстильных полотен.
Поставленная задача в предлагаемой полезной модели решается за счет того, что термоклеевая нить представляет собой ядро из полиэфирной нити с линейной плотностью менее 30 текс, покрытое сополиамидной оболочкой с температурой плавления не более 180°С, причем количество оболочки составляет менее 30% от массы нити.
Предлагаемая термоклеевая нить позволяет решить поставленную техническую задачу. При активации сополиамидной оболочки в процессе термосклеивания, ядро клеевой нити надежно скрепляется с поверхностью углеродного материала. Оно сохраняет свою форму и механические характеристики, как бы «армируя» склеиваемый материал.
Свойства композитных материалов на базе аксиальных углеродных текстильных полотен определяются, прежде всего, взаимодействием углеродной матрицы с эпоксидным связующим. Термоклеевая нить выполняет технологическую роль. Сополиамидная оболочка играет роль склеивающего агента, а ядро из полиэфирной нити выполняет функцию армирующего материала. Содержание этой нити в системе должно быть минимальным, но при этом необходимо получить аксиальное углеродное полотно стабильной формы с хорошим доступом для последующего эпоксидного связующего.
Содержание клеевой оболочки в такой нити не должно превышать 30%. При содержании клеевой оболочки более 30% наблюдается переход сополиамидной оболочки на углеродные филаменты, которые не имеют контактов со скрепляющими волокнами, что затрудняет последующее взаимодействие этих филаментов с эпоксидным связующим.
В качестве оболочки в термоклеевых нитях настоящей полезной модели предлагается применять низкоплавкие сополиамиды. Как известно, сополиамиды обладают хорошей адгезионной способностью к материалам и веществам, применяемым при получении углеродных композитов (углеродные нити, эпоксидные связующие и т.п.) (Кардашов Д.А., Петрова А.П. Полимерные клеи. - М.: Химия - 1983 г.). Сополиамиды, в зависимости от состава, могут иметь низкую температуру плавления (100÷180°С), что важно при организации процесса термосклеивания.
Сополиамиды характеризуются низкой вязкостью расплавов, что позволяет равномерно наносить оболочку на основную нить ядра. Сырьем для сополиамидной оболочки могут служить спирторастворимые полиамиды следующих марок: ПА 6/66/610-1; ПА 6/66/610-2; ПА 6/66-3. Основные технические требования на сополиамид для полимерной оболочки представлены в Таблице 1. (Каталог ООО «Анид», www.ANID.ru)
В качестве основной нити согласно предлагаемой полезной модели можно применять серийные полиэфирные комплексные нити текстильного ассортимента согласно ТУ 6-13-00209556-146-98, имеющие линейную плотность 11,0; 14,5; 15,3; 16,7; 22,0 текс, выпускаемые промышленностью. Термоклеевую нить получают следующим образом.
Основными узлами установки для получения термоклеевой нити являются экструдер, специальная формовочная головка, шпулярник для исходной нити, приемно-охлаждающее устройство и намоточное устройство для готовой нити.
Исходная полиэфирная нить со шпулярника для исходной нити направляется в специальную формовочную головку, куда одновременно поступает расплав сополиамида, получаемый в экструдере. Нить с нанесенной сополиамидной оболочкой поступает на приемно-охлаждающее устройство, где происходит охлаждение оболочки. Готовая нить наматывается на паковку намоточного устройства.
На готовой термоклеевой нити определяется содержание сополиамидной оболочки по следующей методике. В предварительно взвешенный бюкс помещают около 5 г испытуемой нити и взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0001 г. В бюкс заливают 50 мл этилового спирта и выдерживают 24 часа при комнатной температуре. Затем спиртовой раствор выливают, а нить промывают водой и сушат при 100°С до постоянного веса.
Содержание оболочки на термоклеевой нити определяют по следующей формуле:
оболочки
1
2
1
С=(m-m)/m⋅100, %
1
где m - масса исходной термоклеевой нити,
2
m - масса нити после обработки этиловым спиртом.
Полезная модель иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
На одиночную некрученую полиэфирную нить 14,5 текс с показателями по ТУ 6-13-00209556-146-98 наносится оболочка из расплава сополиамида марки ПА 6/66/610-1 с температурой плавления 158°С. Содержание оболочки составляет 20% от массы нити. Полученная термоклеевая нить имеет следующие характеристики:
Линейная плотность - 18 текс;
Относительная удельная прочность - 41 гс/текс;
Относительное удлинение при разрыве - 14,2%.
Пример 2.
На одиночную некрученую полиэфирную нить с линейной плотностью 22 текс с показателями по ТУ 6-13-00209556-146-98 наносится оболочка из расплава сополиамида марки ПА 6/66/610-2 с температурой плавления 150°С. Содержание оболочки составляет 26,6% от массы нити. Полученная термоклеевая нить имеет следующие характеристики:
Линейная плотность - 30 текс;
Относительная удельная прочность - 52 гс/текс;
Относительное удлинение при разрыве - 13,3%.
Пример 3 (сравнительный).
На полиэфирную нить с линейной плотностью 127 текс нанесена оболочка из расплава сополиамида марки ПА 6/66/610-1 с температурой плавления 158°С. Масса нанесенной оболочки составила около 66%.
Термоклеевая нить имеет следующие характеристики:
Линейная плотность - 376 текс;
Относительная удельная прочность - 16,8 гс/текс;
Относительное удлинение при разрыве - 9,8%.
Нить согласно примеру 3 пригодна для мебельной промышленности. При получении аксиальных углеродных текстильных полотен применить эту нить не удалось.
Термоклеевая нить по примерам 1 и 2 применялась при изготовлении аксиальных углеродных текстильных полотен, пригодных для получения композитных материалов. Испытания предлагаемой термоклеевой нити в процессе изготовления АУТП показали ее высокую технологичность.
Таким образом, термоклеевая нить согласно настоящей полезной модели обладает всеми необходимыми качествами для изготовления АУТП.