АРМИРУЮЩИЙ НАПОЛНИТЕЛЬ ДЛЯ КОНСТРУКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

Полезная модель относится к армирующим текстильным наполнителям для конструкционных материалов и применяется для облегчения и упрочнения ответственных изделий в различных отраслях техники
Армирующие текстильные наполнители обеспечивают сочетание высокой механической прочности, легкости и долговечности конструкционных материалов
Известны армирующие текстильные наполнители для конструкционных материалов в виде тканых, нетканых, трикотажных полотен, намоточных изделий.
Известен аналог по патенту РФ №2542294, E04C 3/02 (2006.01), 20.02.2015, в котором армирующие слои из стеклоткани последовательно уложены с обеих сторон сердечника со скреплением слоев, пропитанных связующим преимущественно по технологии вакуумной инфузии. В качестве слоев армирующего материала оболочки использованы стеклоткани с различной угловой ориентацией волокон по отношению к продольной оси сердечника. Внутренний центральный слой составляет стеклоткань, выложенный так, что волокна, образующие данную стеклоткань, оказываются уложенными под углами 0° и 90° по отношению к продольной оси сердечника, а остальные слои - внешние по отношению к центральному слою - из стеклоткани, выложенной так, что волокна, образующие данную стеклоткань, оказываются уложенными под углами 0°, +45° и -45° по отношению к продольной оси сердечника. В качестве пропитывающего связующего использовано наномодифицированное эпоксидное соединение.
К недостаткам этого аналога относятся потеря прочности нитей в процессе выработки ткани по всем переходам ткацкого производства.
В результате для обеспечения требуемой прочности наполнителя требуется увеличение его толщины, что приводит к удорожанию текстильного армирующего наполнителя и изделия в целом.
Известен вязально-прошивной армирующий равнопрочный материал из стекложгутов представляющий собой две свободно наложенные друг на друга системы нитей (жгутов) - основы и утка, связанные между собой нитями третьей системы (прошивными нитями) - переплетением трико. Способ производства материала позволяет в широких пределах изменять плотность, как по основе, так и по утку. (Дедюхин В.Г., Ставров В.П., «Прессованные стеклопластики», М., Издательство Химия, 1976, стр. 32. из Справочника химика 21 века, http://chem21.info/info/762; 2015.)
Этот материал используют в качестве армирующего при производстве стеклотекстолитов, стеклопластиков конструкционного назначения в авиации, судостроении, строительстве и т.д., а также при производстве намоточных изделий. Применение вязально-прошивных армирующих материалов из стеклянного волокна экономически эффективно в связи с тем, что вязально-прошивной способ производства в 6-10 раз производительнее ткацкого.
Наряду с важными преимуществами этот материал имеет еще существенные недостатки в виде ослабления нитей и волокон из-за износа, изгибания и повреждения иглами, что снижает физико-механические свойства армирующего материала.
Известно многослойное полотно из, по меньшей мере, двух, расположенных друг над другом слоев из комплексных армирующих филаментных нитей, расположенных внутри слоев параллельно друг другу и прилегающих друг к другу, причем армирующие нити внутри одного слоя, а также внутри соседних слоев соединены друг с другом и фиксированы друг относительно друга с помощью швейных нитей, проходящих параллельно друг другу и отстоящих друг от друга на ширину стежка, причем эти швейные нити образуют петли с длиной стежка, и эти швейные нити определяют направление нулевого градуса многослойного нетканого полотна, причем армирующие нити слоев по отношению к направлению нулевого градуса многослойного нетканого полотна расположены симметрично, и в направлении своей протяженности образуют угол α с направлением нулевого градуса, который не равен 90° и 0°, швейные нити имеют титр в диапазоне от 10 до 35 дтекс. (патент РФ №2555688, D04B 21/16, 10.07.2015).
Недостатком этого аналога является наличие дополнительной операции фиксации нитей в слое, что приводит к повышению трудо- и материалоемкости.
Известна также «Ткань Т10» по Межгосударственному стандарту ГОСТ 12170-2002 «Ткани из стекловолокна», ИПК Издательство стандартов, 06.05.2002.
Она используется в качестве армирующего материала при изготовлении стеклопластиков конструкционного назначения.
Эта ткань применяется в качестве одного или нескольких наложенных один на другой слоев в многослойной структуре текстильного армирующего наполнителя.
Наиболее близким аналогом является армирующий материал в виде нескольких слоев ткани Т-10 слоистого конструкционного стеклопластика по авторскому свидетельству СССР №537174, E04C 3/28, 30.11.1976, в котором отдельные стеклоткани повышенной прочности складываются одна над другой в несколько слоев.
К недостаткам этого наиболее близкого аналога относятся анизотропность физико-механических свойств наполнителя. Эти свойства гарантируются только в одном направлении вдоль основы или утка. Нити также теряют свою первоначальную прочность при изгибании в процессе их зарабатывания в ткань. В результате для обеспечения нужных физико-механических свойств стеклопластика требуется увеличение толщины армирующего наполнителя, что приводит к удорожанию текстильного армирующего наполнителя и изделия в целом. Кроме того, слои наполнителя до обработки химическими связующими составами не имеют устойчивой и стабильной формы.
Наибольшее распространение в армирующих наполнителях получили стекловолокна.
Перед полезной моделью поставлена задача уменьшения материалоемкости наполнителя (малый объемный вес) с сохранением или усилением физико-механических свойств нитей (ровингов). (прочность на сжатие, изгиб растяжение, удар, сдвиг и др.), повышения огнестойкости и устойчивости формы.
Этот технический результат достигается тем, что в армирующем наполнителе для конструкционного материала, включающем слой из непрерывных параллелизованных нитей наполнитель содержит, по меньшей мере, два слоя непрерывных разнонаправленных, параллелизованных, непереплетающихся, нескрепленных между собой нитей (ровингов), создающих структуру с изотропностью физико-механических свойств в заданных направлениях равной 1. При этом слои скреплены между собой прошивкой из синтетических нитей.
Также армирующий наполнитель выполнен из нитей (ровингов) базальта, или стекла, или чередующихся нитей (ровингов).
2
Еще армирующий наполнитель имеет поверхностную плотность не менее 350 г/м с линейной плотностью нитей (ровингов) не ниже 400 текс.
Полотна имеют несколько слоев из непрерывных параллелизованных, непереплетающихся, нескрепленных между собой нитей. Слои располагаются под выбранным углом относительно друг друга, что создает изотропность физико-механических свойств полотна в заданных направлениях, равную 1. В качестве сырьевых компонентов в слоях используются базальтовые, стеклонити и их смеси.
При использовании армирующего наполнителя в композите выявлены преимущества по физико-мехиническим показателям последнего в сравнении с применением традиционным наполнителем из ткани Т-10, а именно, повышение разрушающего напряжения при изгибе, снижение величины прогиба композита, повышение модуля упругости при изгибе. Указанные преимущества механических свойств композиционных материалов на основе предлагаемых армирующих наполнителей подтверждается примерами.
Пример 1.
2
Армирующий материал в виде полотна двухслойного на основе базальтовых нитей (ровингов) линейной плотности 400 текс. Слои уложены в полотне под углами +45°/-45°. Полотно имеет поверхностную плотность 378 г/м.
В композиционном материале количество слоев армирующего наполнителя составило - 10, степень нанесения смолы около 40%.
В композиционных материалах на основе стандартной стеклоткани марки Т-10 и заявляемого армирующего материала были определены: разрушающее напряжение при изгибе, величина прогиба при изгибе, модуль упругости при изгибе. Данные приведены в таблице 1.
Пример 2.
2
Армирующий материал в виде полотна двухслойного на основе стеклонитей (ровинга) линейной плотности 410 текс. Слои уложены в полотне под углами 0°/90°. Полотно имеет поверхностную плотность 383 г/м.
В композиционном материале количество слоев армирующего полотна составило - 10, степень нанесения смолы около 40%.
В композиционных материалах на основе стандартной стеклоткани марки Т-10 и заявляемого армирующего наполнителя были определены: разрушающее напряжение при изгибе, величина прогиба при изгибе, модуль упругости при изгибе. Данные приведены в таблице 2.
Пример 3.
2
Армирующий материал в виде полотна двухслойного, один из слоев которого выполнен из стеклонитей (ровинга) линейной плотности 410 текс, другой на основе базальтовых нитей (ровинга) линейной плотности 400 текс. Слои уложены в полотне под углами +45°/-45°. Полотно имеет поверхностную плотность 385 г/м.
В композиционном материале количество слоев армирующего наполнителя составило - 10, степень нанесения смолы около 40%.
В композиционных материалах на основе стандартной стеклоткани марки Т-10 и заявляемого армирующего наполнителя были определены: разрушающее напряжение при изгибе, величина прогиба при изгибе, модуль упругости при изгибе. Данные приведены в таблице 3.
Конструкционные материалы с разработанными наполнителями предлагаются на замену композитов с текстильными ткаными наполнителями.
Предлагаемая полезная модель сводится к созданию наполнителей в виде полотен без ткацкого переплетения на базе высокопрочных нитей, в частности, из базальтовых и стеклянных нитей (ровингов) и их комбинаций.
Наполнители полотен могут иметь от 2 до 12-14 слоев.
Заявляемый армирующий материал изготавливают на стандартном оборудовании фирмы KARL MAYER (Германия) типа MAX 3 или Malitronic MULTIAXIAL.
Технология получения заявляемых армирующих материалов включает следующие стадии:
- заправка шпулярника нитями (ровингами);
- слоеукладка;
- высокопрочная прошивка слоев игольными элементами;
- накатка полотна в рулон.