РЕШЕТКА ДЛЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к производству композиционных материалов, а именно к производству конструкционных материалов, армированных основовязальным уточным трикотажем из высокопрочных нитей, и может быть использовано, например, в авиастроении.
Известно, что при производстве армированных конструкционных материалов для улучшения их прочностных характеристик используют различные виды арматуры. Существуют следующие виды армирования:
- армирование в поперечном направлении по всей ширине;
- армирование в продольном направлении по всей длине;
- армирование в поперечном и продольном направлении по всей ширине и длине;
- дискретное армирование отрезками нитей или волокнами, хаотично расположенными в матрице композиционного материала.
Из патента US 6706376, кл. В32В 7/02 (17.03.2000) известна решетка, состоящая из пересекающихся между собой под прямым углом и скрепленных с помощью нитей грунта переплетения цепочка вертикальных и горизонтальных усилительных высокомодульных синтетических уточных нитей. Несущие нагрузку вертикальные и горизонтальные уточные нити решетки выполнены из высокомодульных полиэстеровых волокон, например, из полиамида, а нити грунта переплетения цепочка из менее прочного сырья.
Описанная решетка затем может быть залита мягким пластичным материалом, например, битумной эмульсией или каучуком. Вертикальные уточные нити объединены в группы, содержащие по-крайней мере две нити, каждую из которых обвивает фиксирующая грунтовая нить переплетения цепочка. Дополнительная объединяющая нить имеет зигзагообразное положение для предотвращения перемещения вертикальных уточных нитей в поперечном направлении. Также решетка может иметь нетканую подложку, которая прикрепляется к решетке при помощи грунтовых нитей на рашель-машине.
Недостатком такой решетки является то, что грунтовые нити, обвивая вертикальные уточные нити, не обеспечивает надежного ее закрепления и уточные нити могут быть свободно вытянуты. Также кладка грунтовых нитей производится в одну сторону, а это приводит к зигзагообразности структуры  и непрямолинейности вертикальных уточных нитей и, следовательно, к увеличению относительного удлинения при приложении нагрузки вдоль вертикальных уточных нитей.
Объединяющая нить соединяет крайние вертикальные уточные нити таким образом, что через один ряд крайняя вертикальная уточная нить может быть смещена в поперечном направлении, что приводит к нестабильности структуры.
Техническим результатом полезной модели является устранение недостатков прототипа, а именно улучшение формоустойчивости решетки с одновременным уменьшением относительного удлинения по вертикали за счет надежного закрепления вертикальных уточных нитей, которые обвивают протяжки переплетения закрытое трико.
Поставленная задача достигается тем, что решетка, состоящая из вертикальных уточных усилительных высокомодульных синтетических нитей и горизонтальных уточных усилительных высокомодульных синтетических нитей, образующих ячейки прямоугольной формы, нитей грунта переплетения цепочка и связующей нити, причем нить грунта переплетения цепочка охватывает вертикальные уточные нити и фиксирует горизонтальные уточные нити, а связующая нить грунта соединяет нити грунта переплетения цепочка, отличается тем, что вертикальные и горизонтальные уточные усилительные нити выполнены из высокомодульных комплексных полиэфирных мононитей с прочностью не менее 0,5кН, соединенных между собой и закрепленных в структуре решетки по горизонтали и вертикали двумя системами грунтовых нитей переплетения открытая цепочка и связующей нитью грунта переплетения закрытое трико из полиэфирных нитей, вертикальные уточные усилительные высокомодульные комплексные мононити обвивают протяжки связующей нити грунта переплетения закрытое трико, а нити грунта переплетения открытая цепочка образует платированные петли вместе с петлями связующей нити грунта переплетения закрытое трико через ряд в одном петельном столбике со смещением на один ряд в соседнем петельном столбике.
Существенным признаком заявляемого технического решения является надежное закрепление вертикальных и горизонтальных уточных усилительных высокомодульных синтетических мононитей системами грунтовых нитей переплетения открытая цепочка и связующей нитью грунта переплетения закрытое трико, что улучшает формоустойчивость и уменьшает относительное удлинение по вертикали, обеспечивает прочность свыше 30 кН/м при малой поверхностной плотности.
В процессе формирования композиционного материала при заливке армирующего слоя петельная структура армирующей компоненты не перераспределяется и не деформируется.
На фигуре 1 представлена графическая запись структуры решетки, где 1 - вертикальная уточная усилительная нить, 2 - горизонтальная уточная усилительная нить, 3 - грунтовая нить переплетения открытая цепочка, 4 - связующая нить грунта переплетения закрытое трико, 5 - протяжка связующей нити грунта переплетения закрытое трико, 6 - платированная петля.
На рисунке 2 представлена структура переплетения, формирующего решетку для композиционных материалов. Вертикальные уточные усилительные нити 1 пересекаются с горизонтальными уточными усилительными нитями 2. Грунтовые нити переплетения открытая цепочка 3 образуют платированные петли 6 вместе с петлями связующей нити грунта переплетения закрытое трико 4, протяжки 5 которой обвиваются вертикальными уточными усилительными нитями 1.
На рисунке 3 показано общее изображение решетки для композиционных материалов, где 1 и 2 - соответственно вертикальные и горизонтальные уточные усилительные нити. Ширина ячейки решетки 8 и высота 7 проектируются с учетом заданных характеристик.
Сырьем для заявляемой решетки являются высокомодульные комплексные полиэфирные мононити. Эти нити обладают следующими характеристиками:
- прочность 7,8-8,3 сН/дтекс
- удлинение 8-15 %
- усадка при 200°С в течение 15 мин. 10-16%
- рабочая температура 130°С
- температура плавления 250-260°С.
2
Пример 1. Решетка для композиционных материалов вырабатывалась основовязальным способом уточным переплетением, переплетениеми открытая цепочка 3 и закрытое трико 4 с вертикальными 1 и горизонтальными 2 уточными усилительными комплексными мононитями из полиэфира линейной плотности 440 текс с прочностью 0,5 кН. В качестве грунтовых нитей использовалась полиэфирная мононить линейной плотностью 17,2 текс. Решетка изготовлена на основовязальной машине 6 класса и сформирована вязанием грунтовых нитей 3,4 и одновременным прокладыванием усилительным уточных нитей 1,2 вдоль петельных рядов и петельных столбиков с раппортом, соответствующим ширине 8 ячейки 50 мм и высоте 7 ячейки 50 мм. Поверхностная плотность решетки - 170 г/м. Прочность при разрыве решетки - 30 кН/м.
2
Пример 2. Решетка для композиционных материалов вырабатывалась основовязальным способом уточным переплетением, переплетениеми открытая цепочка 3 и закрытое трико 4 с вертикальными 1 и горизонтальными 2 уточными усилительными комплексными мононитями из полиэфира линейной плотности 440 текс с прочностью 0,5 кН. В качестве грунтовых нитей использовалась полиэфирная мононить линейной плотностью 17,2 текс. Решетка изготовлена на основовязальной машине 6 класса и сформирована вязанием грунтовых нитей 3,4 и одновременным прокладыванием усилительным уточных нитей 1,2 вдоль петельных рядов и петельных столбиков с раппортом, соответствующим ширине 8 ячейки 30 мм и высоте 7 ячейки 30 мм. Поверхностная плотность решетки - 190 г/м. Прочность при разрыве решетки - 49,5 кН/м.
2
Пример 3. Решетка для композиционных материалов вырабатывалась основовязальным способом уточным переплетением, переплетениеми открытая цепочка 3 и закрытое трико 4 с вертикальными 1 и горизонтальными 2 уточными усилительными комплексными мононитями из полиэфира линейной плотности 440 текс с прочностью 0,7 кН. В качестве грунтовых нитей использовалась полиэфирная мононить линейной плотностью 21,8 текс. Решетка изготовлена на основовязальной машине 6 класса и сформирована вязанием грунтовых нитей 3,4 и одновременным прокладыванием усилительным уточных нитей 1,2 вдоль петельных рядов и петельных столбиков с раппортом, соответствующим ширине 8 ячейки 50 мм и высоте 7 ячейки 50 мм. Поверхностная плотность решетки - 210 г/м. Прочность при разрыве решетки - 42 кН/м.
Таблица
- Сравнительная характеристика образцов решетки для композиционных материалов
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Поверхностная плотность, г/м<sup>2</sup>
170
190
210
Прочность на разрыв, кН/м
30
49,5
42
Таким образом, использование предложенной решетки с увеличенной формоустойчивостью для композиционных материалов (примеры 1, 2, 3) существенно уменьшает вес композита, повышает его прочность. Заявляемая структура решетки и использованные полиэфирные мононити в совокупности с полимером, который служит матрицей композиционного материала, обеспечивают необходимое сопротивление усталостным характеристикам. Решетка, обладая достаточной гибкостью и пластичностью и выступая армирующей компонентой в матрице полимера, повышает трещиностойкость композиционного материала. Использование мононити с заданной линейной плотностью совместно с видом переплетения оказывает влияние на показатель деформационной жесткости композиционного материала.