Способ создания высокопрочной двухкомпонентной нити на основе пара-арамидных и полиэтиленовых высокомолекулярных волокон
METHOD OF PRODUCING HIGH-STRENGTH TWO-COMPONENT YARN BASED ON PARA-ARAMID AND POLYETHYLENE HIGH-MOLECULAR FIBERS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение может применяться в процессе изготовления высокопрочных материалов и изделий различного типа, например, текстильных материалов для защитных изделий, каркасов различных транспортных средств, магистральных трубопроводов в том числе высокого давления. Предлагаемое изобретение может использоваться в различных отраслях промышленности - оборонной, авиационной и космической, автомобильной, химической, строительной, а также при изготовлении спортивных снарядов, укрывных конструкции, деталей сельскохозяйственной техники. Изобретение носит межотраслевой характер и прогнозируемый высокий экономический эффект.
Уровень техники
Пара-арамидные волокна производятся из парафенилендиамина и терефталоилхлорида в растворе N-метилпирролидона/хлористого кальция, имеют прогрессивно высокую ориентацию полимерных молекул и обладают высокой кристалличность, отличаются большим модулем упругости и прочностью на разрыв (до 260 сН/текс), обладают высокой температурой стеклования 370°С, высокой температурой карбонизации 425°С, кислотным индексом 30. Арамидные волокна имеют прочность стали, но при этом в 5 раз легче, применяются в качестве корда для шин и для облеченных баллистических материалов, широко используются в аэрокосмической промышленности и производстве композитов. Недостатком пара-арамидных волокон является предрасположенность к фото разложению, высокая себестоимость и гидрофильность, кроме того низкая стойкость к разрезанию и значительная потеря прочностных показателей при увлажнении и намокании. https://ru.wikipedia.org/wiki/арамид
За прототип принимаем материал из семейства арамидов - Арселон, который обладает рядом повышенных свойств, например, прочностью на разрыв, температурой карбонизации, однако его показатели необходимые для производства ряда важных изделий, остались на прежнем уровне - это низкая стойкость к разрезанию и недостаточная прочность на разрыв при намокании и увлажнении, http://www.arselon.by
Задачи, на решение которых направлено избретение
Создание двухкомпонентной нити на основе пара-арамидных и полиэтиленовых полимерных волокон (далее полиэтиленовые волокна) с улучшенными показателями качества реализуется путем выполнения:
- обработки неравновесной низкотемпературной плазмой пара-арамидных и полиэтиленовых волокон, что обеспечивает увеличение сопротивления к проникающим воздействиям режущих и колющих предметов;
- воздействие неравновесной низкотемпературной плазмой на пара-арамидные волокна, что увеличивает их прочность на разрыв, модуль упругости и демпфирующую способность;
- обработка неравновесной низкотемпературной плазмой скрученных в нить пара-арамидных и полиэтиленовых волокон, что позволяет получить в зависимости от заданных требований гидрофобную или гидрофильную нить;
- нанесение ламинирующего слоя на гидрофильную нить, что придает ей защитные свойства от разрушающего воздействия ультрафиолетовыми лучами и попадания влаги.
Раскрытие изобретения:
- технический результат
Обобщенный технически результат заключается в создании двухосновной нити, состоящий из пара-арамидных и полиэтиленовых волокон, обработанных неравновесной низкотемпературной плазмой и ламинированных, получившие новый уровень качества, что позволяет выполнять этой нити эксплуатационные требования более высокого уровня по прочностным показателям, влагостойкости, препятствовать разрушительному воздействию ультрафиолетовых лучей и др.
К техническим результатам, которые могут быть получены при осуществлении изобретения, можно отнести:
- повышение сопротивления к проникающим воздействиям режущих и колющих предметов;
- интенсификация гашения энергии летящего элемента, ослабление его ударного воздействия при контакте с предлагаемой нитью;
- защита нити, прошедшей гидрофильную обработку, от намокания путем ламинированния поверхности, что обеспечивает сохранение ее работоспособности;
- защита нити от намокания за счет гидрофобной обработки, обеспечивающей сохранение ее работоспособности;
- защита нити, прошедшей гидрофильную обработку, дополнительно ламинированой от разрушающего воздействия ультрафиолетовыми лучами и попадания влаги.
- способ создания
Способ создания высокопрочной двухкомпонентной нити на основе пара-арамидных и полиэтиленовых высокомолекулярных волокон можно разделить на традиционные операции, осуществляемые по известным методикам на современном производстве, и на операции, вводимые представленным изобретением. В рамках заявленного изобретения целесообразно ограничится описанием только дополнительно вводимых операций.
Перечень дополнительно вводимых операций, в соответствии с представленной заявкой на изобретения:
- обработка неравновесной низкотмепературной плазмой пара-арамидных волокон для повышения их разрывной прочности, упругости и демпфирующей способности;
- обработка неравновесной низкотмепературной плазмой полиэиленовых волокон для повышения сопротивления к проникающим воздействиям режущих и колющих предметов;
- скручивание в двухкомпонентную нить пара-арамидных и полиэтиленовых волокон, по схеме - в центре располагаются полиэтиленовые волокна по периферии - пара-арамидные, таким образом, чтобы последние охватывали полностью, кольцом полиэтиленовые волокна, расположенные в центре. Скрученные по данной схеме волокна приобретают взаимно компенсирующие свойства, позволяющие защитить пара-арамидными волокнами от термоудара и оплавления полиэтиленовые волокна, а полиэтиленовые волокна усиливают защитные свойства от воздействия режущим и колющим предметом. Пара-арамидные волокна, помимо функции термоизолятора, выполняют гашение энергии летящего элемента, ослабление его ударного воздействия; обработка двухкомпонентной нити неравновесной низкотемпературной плазмой в режиме придания нити гидрофильных или гидрофобных свойств, в соответствии с заявленным требованием;
- ламинация гидрофильной нити для защиты ее от разрушительного воздействия ультрафиолетовыми лучами и попадания влаги. Приведенные, вводимые в технологический процесс, операции позволяют повысить качество двухкомпонетной нити.
- отличительные от прототипа признаки
Основными отличительными признаками от прототипа являются:
- способ создания высокопрочной двухкомпонентной нити на основе пара-арамидных и полиэтиленовых высокомолекулярных полимерных волокон, содержащей набор тонких пара-арамидных волокон, скрученных в уплотненную одноосновную нить, отличается тем, что пара-арамидные волокна и полиэтиленовые перед скручиванием обрабатываются при разных технологических режимах неравновесной низкотемпературной плазмой, которая усиливает их прочностные показатели, затем прошедшие плазменное воздействие нити скручиваются в двухкомпонентную нить, в центре которой находятся полиэтиленовые волокна, а по периферии пара-арамидные;
- пара-арамидные волокна обрабатываются неравновесной низкотемпературной плазмой для повышения прочности на разрыв, упругости, демпфирующей способности, что увеличивает способность гасить энергию воздействующего движущегося элемента при контакте с изделием, содержащим данные волокна; совокупность видов, режимов обработки и их величин, определяющих заданные показатели качества - прочности, упругости и демпфирующей способности, находятся посредством варьирования значениями управляющих факторов с помощью применения метода регрессионного анализа поиска оптимума;
- полиэтиленовые волокна обрабатываются неравновесной низкотемпературной плазмой для повышения сопротивления к проникающим воздействиям режущих и колющих предметов; совокупность режимов обработки и их величин, определяющих заданные показатели уровня сопротивления, находятся посредством варьирования значениями управляющих факторов с помощью применения метода регрессионного анализа поиска оптимума;
- располагающиеся на внешнем контуре двухкомпонентной нити пара-арамидные волокна, кроме защиты от поражающего элемента, выполняют функции термоизолятора, не позволяющего расплавить расположенные в центре полиэтиленовые волокна и тем самым сохраняют их высокий уровень защиты от прокола режущим и колющим предметом;
- располагающиеся в центре двухкомпонентной нити полиэтиленовые волокна, защищенные от термоудара и кольцевого оплавления пара-арамидными волокнами, сохраняют свои вяжущие свойства, что обеспечивает дополнительный барьер к проникновению поражающих элементов;
- скрученные в нить пара-арамидные волокна и полиэтиленовые волокна обрабатываются неравновесной низкотемпературной плазмой, что позволяет получить в зависимости от заданных требования гидрофобную или гидрофильную нить;
- на гидрофильную нить наноситься ламинирующий слой для придания последней устойчивости к ультрафиолетовым лучам и попаданию влаги.
Описание чертежей
Фиг. - изометрическая проекция двухкомпонентной нити, где 1 - пара-арамидные волокна; 2 - полиэтиленовые волокна; 3 ламинирующий слой.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Для реализации предлагаемого способа производства высокопрочной двухкомпонентной нити на основе пара-арамидных и полиэтиленовых высокомолекулярных волокон необходимо:
- оборудование, работающее на электронно-физических принципах - установки для создания неравновесной низкотемпературной плазмы;
- оборудование генерации неравновесной низкотемпературной плазмы для придания гидрофобных и гидрофильных свойств нити;
- машина для скручивания волокон в нить;
- оборудование для ламинирования нити
На установке для создания неравновесной низкотемпературной плазмы имеется два основных узла:
- узел, генерирующий плазму и осуществляющий плазменное воздействие на обрабатываемое изделие - типовое устройство, применяемое в различных областях технике, в частности для обработки ткани и кожи;
- узел подачи волокон и нити- типовое устройство стандартно применяемое в текстильной промышленности.
На установках неравновесной низкотемпературной плазмы выполняется операция придания волокнам нити гидрофобных и гидрофильных свойств, что осуществляется путем подбора режимов обработки. Подобные операции проводятся в ряде научных и производственных организаций.
Ламинирование поверхности нити можно производить на стандартном оборудовании для распыления жидкого полимера.
Скручивание волокон в нить может выполняться на стандартном текстильном оборудовании, предназначенном для изготовления нитей.
Анализ показывает, что, вводимые операции могут выполнятся либо на стандартном оборудовании, либо на модифицированном оборудовании, изготовленном под конкретную задачу, с использованием типовых узлов.
Описанный способ не вызывает принципиальных затруднений в его реализации на промышленном оборудовании, при этом имеет потенциальную возможность достигнуть высокого экономического эффекта.
Структурная схема предлагаемой высокопрочной двухкомпонентной нити на основе пара-арамидных и полиэтиленовых волокон, представляет собой (фиг.) скрученные пара-арамидные волокна 1, располагающееся по периферии нити, в центре нити находятся полиэтиленовые волокна 2, а на внешнюю скрученную двухкомпонентную нить наноситься ламинирующий слой 3.