Способ соединения ткани из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и изделие, включающее такое соединение
METHOD OF CONNECTING TISSUE FROM ULTRAHIGH MOLECULAR WEIGHT POLYETHYLENE AND AN ARTICLE COMPRISING SUCH A COMPOUND

Область техники
Изобретение относится к текстильной промышленности, а именно к способам соединения тканей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), а также к изделиям, включающим такое соединение, и может быть использовано для получения тканых изделий для применения в различных областях техники.
Уровень техники
Волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (также СВМПЭ, ультра высокомолекулярный полиэтилен, UHMW-PE) обладают набором уникальных характеристик, таких как высокая плотность, модуль упругости, предел прочности на разрыв, износостойкость, низкий коэффициент трения, устойчивость к воздействию излучения, кислот и щелочей, определяющих возможности его широкого применения в различных областях техники. Ткани из волокон СВМПЭ могут иметь различную конфигурацию, размеры и толщину в зависимости от свойств, предъявляемых изделию.
При производстве объемных изделий возникает необходимость соединения двух и более фрагментов ткани из СВМПЭ или частей одного фрагмента путем сшивания.
Из уровня техники известен способ соединения тканей из СВМПЭ, в котором из фрагментов ткани формируют несколько слоев и прошивают их с использованием различных типов строчки: прямая, зигзаг и т.д. (см. публикацию заявки США US 2010203304, 12.08.2010 или патент США US 7968477, 28.06.2011 - наиболее близкий аналог).
Представленный аналог обеспечивает послойное соединения слоев ткани с целью получения единого изделия, обладающего хорошими баллистическими свойствами. Однако указанную технологию нельзя использовать для получения объемных тканых изделий, в котором краевая часть одного фрагмента соединена с другим фрагментом ткани, поскольку данное соединение будет обладать очень низкой прочностью при растяжении.
Причина данного явления заключается в том, что волокна из СВМПЭ имеют очень низкий коэффициент трения (близок к нулю). Например, если в ткани из СВМПЭ длиной несколько метров потянуть за нить, ее возможно вытащить без особых усилий. В связи с этим обычное соединение фрагментов ткани не обеспечивает прочность шва при растягивающих нагрузках.
Раскрытие изобретения
Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков аналогов разработки технологии для соединения краевой части одного фрагмента ткани из СВМПЭ с некраевой частью того же фрагмента или с другим фрагментом ткани из СВМПЭ с обеспечением получения объемного изделия достаточной прочности.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении прочности соединения тканей при растягивающих нагрузках и снижении трудоемкости выполнения соединения.
Указанный технический результат достигается в способе соединения ткани из СВМПЭ за счет того, что он предусматривает наложение краевой части первого фрагмента ткани из СВМПЭ на не краевую часть первого фрагмента либо на краевую или не краевую часть второго фрагмента ткани из СВМПЭ, сшивание частей ткани с формированием соединительного шва, ориентированного вдоль кромки краевой части первого фрагмента ткани и содержащего по меньшей мере две строчки, при этом сшивание частей ткани осуществляют с натяжением нити соединительного шва, обеспечивающим прижатие друг к другу продольных нитей ткани, ориентированных поперечно соединительному шву, на длине указанных продольных нитей не менее 3 см.
Согласно частным вариантам реализации способа:
- при наложении частей ткани выполняют подворот краевой части по крайней мере одного фрагмента ткани;
- формируют соединительный шов шириной по меньшей мере 1,5 см;
- выполняют посредством прямых и/или зигзагзообразных и/или криволинейных строчек;
- сточки соединительного шва выполняют из стежков имеющих длину не более 7 мм;
- строчки соединительного шва выполняют на расстоянии не более 3 мм;
- предварительно осуществляют оплавление краев соединяемых фрагментов ткани.
Указанный технический результат также достигается в тканом изделии, которое содержит первый фрагмент ткани из СВМПЭ, краевая часть которого соединена с некраевой частью указанного первого фрагмента или с краевой или некраевой частью второго фрагмента ткани из СВМПЭ посредством соединительного шва, ориентированного вдоль кромки краевой части первого фрагмента ткани и содержащего по меньшей мере две строчки, при этом соединительный шов выполнен с обеспечением прижатия друг к другу продольных нитей ткани, ориентированных поперечно соединительному шву, на длине указанных продольных нитей не менее 3 см.
Согласно частным вариантам реализации тканое изделие может представлять собой изделие, выбранное из группы, включающей: элемент одежды, палатку, парус, парашют, пожарный мат, чехол, мешок, мебельную обивку, батут, многослойный защитный экран.
В отличие от ближайшего аналога заявленное изобретение предназначено для соединения краевых частей фрагментов ткани из СВМПЭ для получения изделий, подверженных растягивающим нагрузкам.
Автором изобретения было установлено, что для прочного соединения фрагментов тканей из СВМПЭ необходимо применить принципиально иной подход, связанный с прижатием нитей материала поперечных соединительному шву друг в другу.
В обычных тканях прочность соединения обеспечивается в основном за счет возникновения силы трения между поперечными и продольными нитями (утком и основой) и удерживания ими соединительной нити в местах их пересечения. При этом величина натяжения соединительной нити и, соответственно, степень ее прижатия к нитям самой ткани существенную роль не играют. Более того, при промышленном производстве ткани натяжение нити соединительных швов и не обеспечивают.
В тканях из СВМПЭ, в силу очень низкого трения волокон, этот механизм соединения не работает, и соединительная нить не удерживает сшитые фрагменты при растяжении.
Однако в данном материале возможно обеспечить надежное соединение, при соблюдении двух условий:
- создать натяжение нити соединительного шва, достаточное для прижатия друг к другу продольных параллельных нитей (волокон) ткани, ориентированных поперечно соединительному шву,
- обеспечить прижатие указанных продольных нитей (волокон) на достаточной длине. Экспериментально было установлено, что для СВМПЭ оптимальная длина прижатия указанных волокон составляет не менее 3 см. В этом случае, площадь прижатия соседних поперечных волокон друг к другу будет достаточна для обеспечения устойчивости соединения к растягивающим нагрузкам без сползания шва.
При выполнении простого нахлеста краев фрагментов ткани, указанная длина прижатия продольных волокон определяется шириной соединительного шва, которая, в данном случае, также должна составлять минимум 3 см. Такой шов может быть образован несколькими параллельными строчками прямой, зигзагообразной или криволинейной формы.
Поскольку выполнение такого широкого шва является довольно трудоемким процессом, и в виду непригодности данного шва для некоторых типов изделий, согласно частному варианту изобретения предложено выполнять подворот краевых частей соединяемых фрагментов, что позволяет увеличить длину области прижатия продольных волокон (увеличение количество точек прижатия соседних волокон друг к другу) без увеличения ширины самого соединительного шва, а также снизить трудоемкость выполнения соединения за счет уменьшения количества строчек. В этом случае ширина соединительного шва может составлять, соответственно, минимум 1,5 см.
При этом материал и толщина нити для соединительного шва, тип, размер строчки и другие параметры соединения в данном случае могут варьироваться в зависимости от задачи и условий реализации способа.
Кроме того, дополнительно предлагается выполнять оплавление краев соединяемых фрагментов (концов нитей), вследствие которого концы приобретают клубнеобразную форму с толщиной, значительно большей диаметра нити, и жесткостью и твердостью, на порядок выше, чем у нити. Поверхность «клубня» имеет микронеровности (микрозацепы), препятствующие вытягиванию нити и способствующие дополнительному сжатию поперечных нитей за счет уменьшения щели для вытягивания продольной нити с клубнеобразным концом.
Это приводит к усилению прижатия продольных волокон друг к другу. При этом в определенный момент сила прижатия становится больше силы вытягивания нити и нагрузка упорную часть клубнеобразного конца нити не увеличиваются. Дальнейшее усилие растяжение ткани приводит только к большему сжатию продольных нитей и как следствию повышению прочности шовного соединения на 2-3 порядка.
Однако следует отметить, что оплавление концов фрагментов не является определяющей операцией в предлагаемом способе и может не выполняться.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется фигурой, на которой схематично показаны соединения фрагментов ткани из СВМПЭ.
Осуществление изобретения.
Заявленный способ позволяет обеспечить соединение краевой части одного фрагмента (1) ткани из СВМПЭ к не краевой части того же фрагмента (соединение типа «рукав») или к краевой или некраевой части второго фрагмента (2) ткани из СВМПЭ (см. фиг. 1).
Способ предусматривает предварительное оплавление кромок соединяемых фрагментов (необязательно), последующее наложение одной части ткани на другую с частичным перекрытием фрагмента и их сшивание с формированием соединительного шва (3). При соединении может дополнительно выполняться подворот (4) краевой части одного или обеих фрагментов (1,2).
Сшивание выполняется с натяжением соединительной нити таким образом, чтобы обеспечить прижатие друг к другу продольных нитей ткани, ориентированных поперек соединительного шва (2). Сила натяжения нити в зависимости от материала и параметра шва может варьироваться в пределах от 0,1 до 2Н. Указанное натяжение может быть обеспечено, в частности, за счет применения для сшивания стандартной бытовой швейной машинки.
При этом длина области прижатия продольных нитей должна составлять не менее 3 см. В случае выполнения подворотов (4) длина указанной области равна двойной ширине (S) соединительного шва (3), что определяет минимальное значение S=l,5 см.
Соединительный шов выполняют из нескольких параллельных строчек (5). Могут применяться любые типы строчек, включая, без ограничений, прямую строчку (простую, пунктирную и т.д.), строчку зиг-заг (простой, «эластичный», «сатиновый», «трикотажный» и т.д.), а также криволинейную строчку (в т.ч. все виды декоративных). Однако строчка зиг-зиг является наиболее предпочтительно с технологической точки зрения, поскольку зона прижатия продольных нитей в этом случае ориентирована под углом, что дополнительно повышает прочность соединения и позволяет выполнять меньшее количество строчек в шве.
Количество строчек зависит от соединяемых материалов и требуемой прочности соединения, но не может быть менее двух.
Расстояние между строчками, как правило, составляет не менее 3 мм. Длина каждого стежка в строчке может варьироваться в пределах от 1 до 7 мм.
Для формирования шва могут быть использованы любые типы нитей, в частности натуральные (хлопок и т.д.) или синтетические (полиамидные и др.). Толщина нитей также может варьироваться в зависимости от типа соединения, плотности тканей и других показателей.
Для подтверждения заявленных свойств соединения фрагментов ткани из СВМПЭ были проведены испытания прочности изделий, изготовленный согласно заявленному изобретению.
Испытание на растяжение с помощью домкрата
2
Проводили испытание изделия из двух фрагментов ткани из СВМПЭ плотностью 290 г/м в виде полос шириной 1,5 см каждая. Соединяли краевые части фрагментов посредством полиамидной нити №40 (обычная швейная нить). Использовали шов, содержащий шесть прямых строчек с длиной стежка 1 мм, размещенных расстоянии 3 мм. Свободные концы указанных фрагментов ткани соединяли с тем же фрагментом с использованием таких же швов для образования рукавов по краям изделия (см. фиг. 1).
Для испытания применяли домкрат ромбовидный усилием 2 тонны, доску деревянную 25×4×5 см и оснастку для крепления ткани в домкрате и на доске.
Домкрат приводили в положение: «поднято», с одной стороны полосу ткани прикрепляли к домкрату, а с другой к неподвижному металлическому зажиму. Далее домкрат опускали с обеспечением вертикального растяжения полосы ткани до ее разрыва. В результате испытания не удалось разорвать соединительный шов, т.к. сломалась металлическая оснастка, а также погнулись стальные элементы домкрата толщиной более 3 мм. При этом соединительный шов стал жестче.
Испытание на сползание шва
2
Использовали два фрагмента ткани из СВМПЭ плотностью 290 г/м в виде полос шириной 4 см каждая. Краевые части фрагментов соединяли полиамидной нитью. Применяли шов, содержащий шесть зигзагообразных строчек с длиной стежка 2 мм, размещенных расстоянии 2 мм.
Свободные концы указанных фрагментов ткани соединяли с тем же фрагментом с использованием таких же швов для образования рукавов по краям изделия.
Два металлических прутка диаметром 22 мм продевали в указанные рукава. Первый пруток устанавливался на опоры на высоте 50 см, а второй оставался в висячем состоянии.
Человек весом около 100 кг становился ногами на второй "упорный" пруток и подпрыгивал на нем 20 раз для обеспечения растяжения исследуемого изделия. В результате соединительный шов не разорвался, при этом сползание шва относительно первоначального положения составляло в разных частях соединения от 0 до 1 мм.
Проведенные испытания подтверждают эффективность применения заявленного изобретения для получения тканых изделия, подверженных растягивающим нагрузкам.
Изобретение может применяться для изготовления различных изделий, в частности для пошива различных элементов одежды, в том числе многослойной: брюк, рубашек, носков, перчаток, головных уборов, а также при производства палаток, парусов, парашютов, ветрозащитных изделий, пожарных матов, чехлов, мешков, батутов, обивки мебельной, для создания многослойных защитных поверхностей, а также для крепежа ткани СВМПЭ практически для любых технических целей в любых технических оснастках.