МНОГОСЛОЙНЫЙ ПОЛИМЕРНО-ТЕКСТИЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
MULTILAYER POLYMER-TEXTILE MATERIAL AND PRODUCTION METHOD THEREOF

Изобретение относится к промышленности пластмасс и касается разработки многослойного полимерно-текстильного материала, обладающего высокими адгезией полимерного покрытия к текстильной основе и прочностью сварных соединений герметичных надувных изделий, изготовленных из него, а также способа его получения.
Наиболее близким техническим решением по конструкции многослойного полимерно-текстильного материала и способа его получения является Патент РФ №2265684, согласно которому многослойный материал включает текстильную основу, адгезионный слой на основе раствора в диметилформамиде (ДМФА) полиэфируретановой (ПЭУ) композиции и лицевое покрытие на основе раствора в ДМФА ПЭУ композиции в виде 2-4-х слоев, нанесенные на лицевую или на лицевую и изнаночную стороны при соотношении слоев готового материала по массе 1,0:0,1-0,2:0,7-2,0 или 1,0:0,2-0,4:1,0-2,0, а способ получения полимерно-текстильного материала включает нанесение адгезионного слоя из раствора ПЭУ композиции в ДМФА с вязкостью 50-70 П на лицевую или на лицевую и изнаночную стороны текстильной основы, сушку, с последующими нанесением лицевого покрытия из раствора ПЭУ композиции в ДМФА с вязкостью 150-250 П на лицевую или на лицевую и изнаночную стороны текстильной основы в виде 2-4-х слоев с промежуточной сушкой каждого слоя при соотношении слоев готового материала по массе соответственно: 1,0:0,1-0,2:0,7-2,0 или 1,0:0,2-0,4:1,0-2,0.
Однако данная конструкция многослойного полимерно-текстильного материала не обеспечивает длительность функционирования изделий из него в связи с нарушением герметичности сварных соединений из-за отслаивания полимерного покрытия от текстильной основы.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение связи полимерного покрытия с основой (адгезия) и прочности сварного шва многослойного полимерно-текстильного материала и способ его получения.
2
2
Техническая задача решается тем, что в многослойном полимерно-текстильном материале, содержащем текстильную основу, адгезионный слой на основе ПЭУ композиции и лицевое покрытие на основе ПЭУ композиции в виде 2-4-х слоев, нанесенных на лицевую или на лицевую и изнаночную стороны, в качестве текстильной основы он содержит полиэфирную (ПЭ) ткань, на поверхности которой вакуумным напылением осажден сплав, содержащий, мас.%: 68,2 Fe, 2,0 Mn, 11,6 Ni, 17,5 Cr, 0,7 Ti в количестве 1,0-2,0 г/м, при соотношении слоев при прямом методе получения материала по массе соответственно: текстильная основа:адгезионный слой:лицевое полимерное покрытие 1,0:0,25-0,57:0,60-0,86 для одностороннего покрытия или 1,0:0,40-0,86:0,75-1,28 для двухстороннего покрытия, а при обратном методе получения - 1,0:0,20-0,43:0,35-0,71 для одностороннего покрытия или 1,0:0,35-0,57:0,50-1,0 для двухстороннего покрытия, а в способе получения многослойного полимерно-текстильного материала, включающего нанесение адгезионного слоя из раствора ПЭУ композиции в ДМФА на лицевую или на лицевую и изнаночную стороны текстильной основы, сушку с последующим нанесением лицевого покрытия из раствора ПЭУ композиции в ДМФА на лицевую или на лицевую и изнаночную стороны в виде 2-4 слоев с промежуточной сушкой каждого слоя, используют ПЭ ткань, которую предварительно обрабатывают плазмой воздуха в течение 60-180 с, силе тока разряда 0,4 А и давлении 50 Па с последующими вакуумным напылением в течение 60 с, силе тока разряда 0,35 A и давлении 50 Па сплава, содержащего, мас.%: 68,2 Fe, 2,0 Mn, 11,6 Ni, 17,5 Cr, 0,7 Ti до привеса 1,0-2,0 г/м, нанесением прямым или обратными методами адгезионного слоя из раствора с динамической вязкостью при 20°C 40-50 П, а лицевое покрытие наносят прямым или обратным методами из раствора с динамической вязкостью при 20°C 150-190 П, с получением соотношения слоев при прямом методе получения материала по массе соответственно: текстильная основа:адгезионный слой:лицевое полимерное покрытие 1,0:0,25-0,57:0,60-0,86 для одностороннего покрытия или 1,0:0,40-0,86:0,75-1,28 для двухстороннего покрытия, а при обратном методе получения - 1,0:0,20-0,43:0,35-0,71 для одностороннего покрытия или 1,0:0,35-0,57:0,50-1,0 для двухстороннего покрытия.
Известны различные методы нанесения полимерного покрытия на текстильные основы, в том числе и из раствора (коагуляция, прямой или обратный и т.д.).
По данному техническому решению использовали прямой и обратный методы нанесения полиэфируретановых покрытий, принципиальные схемы которых приведены в «Производство искусственных кож», пер. с немецкого, под редакцией к.т.н. А.А.Касьяновой, инж. Н.Ю.Водолаги, Москва, Легпромбытиздат, 1986 г., с.124-128.
Как известно (Патент РФ №2027810; Surface modification of polyester films by RF plasma, Gupta В.; Hilbom J.; Hollenstein C.; Plummer C.J.G.; Houriet R.; Xanthopoulos N. Journal of Applied Polymer Science, vol.78, num.5, 2000, p.1083-1091), предварительная плазменная обработка текстильных материалов изменяет поверхностный состав тканей, а в случае ПЭ тканей приводит к образованию на их поверхностях полярных кислородсодержащих групп типа -ОН, -OОН, -С=O, способствующие росту капиллярности текстильных материалов и их поверхностных энергий и обеспечивающие при вакуумном напылении сплава осаждение различных ионов на модифицированную поверхность ткани, что, в конечном счете, влияет на значительный рост показателей прочности связи нанесенного полимерного покрытия с металлизированной поверхностью ткани и прочности сварного шва.
Плазмохимическую обработку образцов полиэфирных тканей в лабораторных условиях проводили на плазмохимической установке УПМ-500, принципиальная схема которой представлена на фиг.1.
Обрабатываемый образец ПЭ ткани 1 помещается на столик 2 рабочей камеры 3. В рабочей камере создается вакуум посредством форвакуумного насоса 2НВР-5ДМ 4, режимы работы которого контролируются блокировочным вакуумметром 5 и ротаметром 6. Плазмообразующий газ (воздух) поступает из баллона 7, а после плазмохимической обработки остатки выпускаются через клапан разгерметизации 10. Плазма газа образуется за счет электродов 8, на которые от источника 9 подается рабочий ток. После плазмохимической обработки образца ПЭ ткани, электроды (угольные) заменяются на металлические, состоящие из сплава состава, мас.% 68,2 Fe, 2,0 Mn, 11,6 Ni, 17,5 Cr, 0,7 Ti, проводят его вакуумную металлизацию.
Измерение углов смачивания полиэфирных пленок, которые использовались в качестве модельных объектов, для исследования изменения поверхностной энергии полиэфирных тканей в ходе плазмохимической обработки, проводили с помощью микроскопа ММИ-1, принципиальная схема которого представлена на фиг.2.
Каплю жидкости 11 (вода и глицерин) помещали на обработанную в плазме полиэфирную пленку 12. Столик 13 с помощью ручки 14 помещали на уровень оптической оси объектива 15. При помощи ручки 16 наводили фокус. В окуляре 17 вращали шкалу 18 таким образом, чтобы ось Y была касательной к капле. По шкале окуляра 19 определяли угол смачивания.
Поверхностную энергию, полярную и дисперсионную составляющие поверхностной энергии пленки вычисляли по формуле Фаукса-Юнга:
d
1/2
d
1/2
p
1/2
p
1/2
d
p
d
p
ж
ж
ж
m
ж
m
m
m
m
m
Cosθ+1=2[(σ )·(σ )+(σ )·(σ )]/σ, где σ  и σ  - дисперсионная и полярная составляющие поверхностного натяжения, а их сумма - поверхностная энергия σ=σ +σ .
В данном техническом решении используют:
ПЭУ растворы
Таблица 1
Свойства ПЭУ растворов (ТУ 6-55-221-1085-2003)
№№
Наименование показателя
Значение
Витур Р-0512 (лицевой)
Витур Р-0113 (лицевой)
Витур Р-0014 (адгезионный)
1
2
3
4
5
1
Внешний вид
Однородная прозрачная или опалисцирующая вязкая жидкость от бесцветного до желтого цвета без посторонних включений и гелеобразных частиц
2
Массовая доля полимера в растворе, %, в пределах
24-30
29-31
29-31
3
Вязкость динамическая при 25°C, П
30-60
60-80
60-80
Диметилформамид
ГОСТ 20289-74
Ткани лавсановые
ГОСТ 332-91
В таблице 2 приведены общие данные многослойных полимерно-текстильных материалов, полученных по предлагаемому техническому решению, по массам полимерных покрытий и конструкциям многослойных полимерно-текстильных материалов.
Таблица 2
Конструкции многослойных полимерно-текстильных материалов
№№ п/п
Наименование показателя
Способ
Прямой (Пр)
Обратный (Об)
Одностороннее покрытие*
Двухстороннее покрытие*
Одностороннее покрытие**
Двухстороннее покрытие**
1
2
3
4
5
6
1
Поверхностная плотность ПЭ тканей, г/м<sup>2</sup>
70-200
70-200
70-200
70-200
2
Масса нанесенного адгезионного слоя, г/м<sup>2</sup>
40-50
60-80
30-40
40-70
3
Масса нанесенного лицевого покрытия, г/м<sup>2</sup>
60-120
90-150
50-70
70-100
4
Соотношение слоев ткань:адгезионный слой:лицевой слой
1,0:0,25-0,57:0,60-0,86
1,0:0,40-0,86:0,75-1,28
1,0:0,20-0,43:0,35-0,71
1,0:0,35-0,57:0,50-1,0
* - далее по тексту Пр<sub>1</sub> и Пр<sub>2</sub>
** - далее по тексту Об<sub>1</sub> и Об<sub>2</sub>
В таблице 3 приведены режимы плазменной обработки воздухом и вакуумного напыления сплава на поверхность ПЭ ткани.
Таблица 3
Режимы плазменной обработки воздухом тканых поверхностей и вакуумного напыления сплава
№№ п/п
Наименование показателя
Примеры
Плазма воздуха
Вакуумное напыление
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
Время, с
60
90
120
150
180
60
60
60
60
60
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
2
Сила тока разряда, А
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
3
Давление, Па
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
4
Поверхнастная плотность ПЭ,
ткани г/м<sup>2</sup>
70
106
131
150
200
70
106
131
150
200
5
Поверхнастная энергия ПЭ ткани после обработки плазмой
воздуха*,
48
эрг/см<sup>2</sup>
45
53
60
70
-
-
-
-
-
6
Привес напиленного
сплава, г/м<sup>2</sup>
-
-
-
-
-
1,0
1,2
1,5
1,8
2,0
* Необработанные ткани имеют поверхностную энергию - 37 эрг/см<sup>2</sup>.
Увеличение экспозиции (времени выдержки ткани в плазме воздуха) и силы тока разряда при одновременном снижении или увеличении давления при вакуумном напылении и обработке плазмой воздуха поверхности ПЭ ткани приводит к ускорению процессов окисления и изменению фактуры ткани, а при вакуумном напылении - повышению ее жесткости.
Испытание материала проводили согласно ГОСТам:
Масса 1 м<sup>2</sup>
ГОСТ 17073-71
Воздухопроницаемость
ГОСТ 8973-77
Водопроницаемость
ГОСТ 22944-72
Прочность связи покрытия с основой
ГОСТ 17317-71
Прочность сварного шва
ГОСТ 3813-72
Предлагаемое изобретение иллюстрируют примеры.
Пример 1.
Предварительные операции подготовки ПЭУ композиций для адгезионных и лицевых слоев, а также режимы сушки описаны в прототипе на с.4-5.
2
2
2
2
2
2
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
Полиэфирную (ПЭ) ткань с поверхностной плотностью 70 г/мпредварительно обрабатывают плазмой воздуха в течение 60 с, силе тока разряда 0,4 А и давлении 50 Па (поверхностная энергия 45 эрг/см), с последующими вакуумным напылением сплава состава, мас.%: 68,2 Fe, 2,0 Mn, 11,6 Ni, 17,5 Cr, 0,7 Ti с привесом осажденного сплава на поверхности ткани - 1,0 г/м, нанесением адгезионных слоев Пр, Пр в количестве 40 и 60 г/м соответственно и адгезионных слоев Об, Об в количестве 30 и 40 г/м соответственно из раствора ПЭУ композиции с динамической вязкостью при 20°C 40 П на лицевую или на лицевую и изнаночную стороны, сушкой, нанесением лицевых покрытий Пр, Пр в количестве 60 и 90 г/м соответственно и Об, Об в количестве 50 и 70 г/м соответственно в виде 2-х тонких штрихов на лицевую или на лицевую и изнаночную стороны, с промежуточной сушкой каждого слоя из раствора ПЭУ композиции с динамической вязкостью при 20°C 150 П при соотношении слоев готовых материалов по массе Пр - 1,0:0,25:0,60, Пр - 1,0:0,40:0,75, Об - 1,0:0,20:0,35 и Об - 1,0:0,35:0,50 (см. Таблицу 2). Свойства готовых материалов представлены в таблице 4.
Примеры 2-5.
Аналогично примеру 1 предварительно ПЭ ткани обрабатывают плазмой воздуха и вакуумным напылением сплава, технологические режимы которых представлены в таблице 3, с последующим нанесением адгезионных и лицевых слоев. Характеристика полученных материалов дана в таблице 4, а в таблице 5 приведены свойства готовых материалов.
2
2
При изготовлении конструкций материалов с двухсторонним покрытием (Пр, Об) на изнаночную сторону наносят адгезионный слой и лицевое полимерное покрытие в 1 слой, диапазоны масс нанесения которых представлены в таблице 2.
Таблица 4
Характеристики материалов
№№ п/п
Наименование показателя
Примеры
Прототип
Обработка ткани плазмой воздуха
(Патент РФ №2265684)
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
6
7
8
1
Поверхностная плотность
ткани, г/м<sup>2</sup>
60-150
70
106
131
150
200
2
Поверхностная энергия, эрг/см<sup>2</sup>
37
45
48
53
60
70
3
Привес напыленного сплава, г/м<sup>2</sup>
4
Динамическая вязкость при 20°C адгезионного
слоя, П
50-70
40
50
50
40
50
5
Динамическая вязкость при 20°C лицевого
покрытия, П
150-250
150
160
170
180
190
6
Количество
2-4
Пр<sub>1</sub> - 2
Пр<sub>1</sub> - 3
Пр<sub>1</sub> - 4
Пр<sub>1</sub> - 3
Пр<sub>1</sub> - 2
слоев
Об<sub>1</sub> - 2
Об<sub>1</sub> - 3
Об<sub>1</sub> - 4
Об<sub>1</sub> - 3
Об<sub>1</sub> - 2
полимерного
Пр<sub>2</sub> - 1
Пр<sub>2</sub> - 2
Пр<sub>2</sub> - 3
Пр<sub>2</sub> - 2
Пр<sub>2</sub> - 1
покрытия на лицевой
Об<sub>2</sub> - 1
Об<sub>2</sub> - 2
Об<sub>2</sub> - 3
Об<sub>2</sub> - 2
Об<sub>2</sub> - 1
стороне ткани
7
Соотношение слоев
1,0:0,1-0,2: 0,7-2 (Пр<sub>1</sub>) или 1,0:0,2-0,4:1,0-2,0 (Пр<sub>2</sub>)
Пр<sub>1</sub> - 1,0:0,25: 0,60 Пр<sub>2</sub> - 1,0:0,40:0,75
Пр<sub>1</sub> - 1,0:0,40:0,75 Пр<sub>2</sub> - 1,0:0,65:1,0
Пр<sub>1</sub> - 1,0:0,57:0,86 Пр<sub>2</sub> - 1,0:0,86:1,28
Пр<sub>1</sub> - 1,0:0,57:0,86 Пр<sub>2</sub> - 1,0:0,86:1,28
Пр<sub>1</sub> - 1,0:0,25:0,60 Пр<sub>2</sub> - 1,0:0,40:0,75
Об<sub>1</sub> - 1,0:0,20:0,35
Об<sub>1</sub> - 1,0:0,35:0,50
Об<sub>1</sub> - 1,0:0,43:0,71
Об<sub>1</sub> - 1,0:0,43:0,71
Об<sub>1</sub> - 1,0:0,20:0,35
Об<sub>2</sub> - 1,0:0,35:0,50
Об<sub>2</sub> - 1,0:0,45:0,75
Об<sub>2</sub> - 1,0:0,57:1,0
Об<sub>2</sub> - 1,0:0,57:1,0
Об<sub>2</sub> - 1,0:0,35:0,50
продолжение Таблицы 4
№№ п/п
Наименование показателя
Прототип (Патент РФ №2265684)
Примеры
Вакуумное напыление ткани
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
6
7
8
1
Поверхностная плотность ткани, г/м<sup>2</sup>
60-150
70
106
131
150
200
2
Поверхностная энергия, эрг/см<sup>2</sup>
37
-
-
-
-
-
3
Привес напыленного
сплава, г/м<sup>2</sup>
-
1,0
1,2
1,5
1,8
2,0
4
Динамическая вязкость при 20°С адгезионного
слоя, П
50-70
50
40
50
50
50
5
Динамическая
вязкость при
150
160
170
180
190
20°С лицевого покрытия, П
150-250
6
Количество
2-4
Пр<sub>1</sub> - 2
Пр<sub>1</sub> - 3
Пp<sub>1</sub> - 4
Пр<sub>1</sub> - 3
Пр<sub>1</sub> - 2
слоев
Об<sub>1</sub> - 2
Об<sub>1</sub> - 3
Об<sub>1</sub> - 4
Об<sub>1</sub> - 3
Об<sub>1</sub> - 2
полимерного
Пр<sub>2</sub> - 1
Пр<sub>2</sub> - 2
Пр<sub>2</sub> - 3
Пр<sub>2</sub> - 2
Пр<sub>2</sub> - 1
покрытия на лицевой стороне ткани
Об<sub>2</sub> - 1
Об<sub>2</sub> - 2
Об<sub>2</sub> - 3
Об<sub>2</sub> - 2
Об<sub>2</sub> - 1
7
Соотношение слоев
1,0:0,1-0,2:0,7-2 (Пр<sub>1</sub>) или 1,0:0,2-0,4:1,0-2 (Пр<sub>2</sub>)
Пр<sub>1</sub> - 1,0:0,25:0,60
Пр<sub>1</sub> - 1,0:0,40:0,75
Пр<sub>1</sub> - 1,0:0,57:0,86
Пр<sub>1</sub> - 1,0:0,5:0,86
Пp<sub>1</sub> - 1,0:0,25:0,60
Пр<sub>2</sub> - 1,0:0,40:0,75
Пр<sub>2</sub> - 1,0:0,65:1,0
Пр<sub>2</sub> - 1,0:0,86:1,28
Пр<sub>2</sub> - 1,0:0,86:1,28
Пр<sub>2</sub> - 1,0:0,40:0,75
Об<sub>1</sub> - 1,0:0,20:0,35
Об<sub>1</sub> - 1,0:0,35:0,50
Об<sub>1</sub> - 1,0:0,43:0,71
Об<sub>1</sub> - 1,0:0,43:0,71
Об<sub>1</sub> - 1,0:0,20:0,35
Об<sub>2</sub> - 1,0:0,35:0,50
Об<sub>2</sub> - 1,0:0,45:0,75
Об<sub>2</sub> - 1,0:0,57:1,0
Об<sub>2</sub> - 1,0:0,57:1,0
Об<sub>2</sub> - 1,0:0,35:0,50
Анализ представленных материалов показывает, что предварительная обработка ПЭ ткани плазмой воздуха повышает прочность соединения ткани с полимерным покрытием и прочность сварного шва на уровне прототипа, в то время как вакуумная металлизация сплавом, содержащим химические элементы различных групп периодической системы Д.И.Менделеева способствует образованию активных центров различной химической природы, взаимодействие которых с полимерным покрытием приводит к значительному повышению показателей прочности связи полимерного покрытия с тканью и прочности сварного шва и обеспечивает высокий комплекс эксплуатационных свойств изделий из предлагаемого многослойного полимерно-текстильного материала. Кроме того, экспериментальные данные показали, что уменьшение массы полимерного покрытия приводит к проявлению дефектов ткани в покрытии, а увеличение - к повышению веса изделий, что не целесообразно при их эксплуатации, т.е. предложенные конструкции полимерно-текстильных материалов - оптимальны и обеспечивают расширение ассортимента при изготовлении различных герметичных надувных изделий с высоким комплексом эксплуатационных свойств.