Трикотаж для стекло- и углепластиков

Шленникова Ольга Александровна

канд. техн. наук., вед. специалист ООО ПКФ ЭКМ г. Москва

E-mail: pkfekm@mail.ru

Дальнейшее развитие техники неразрывно связано с созданием новых конкурентоспособных материалов, эксплуатационные свойства которых, отвечают требованиям научно-технического прогресса ХХІ века. Стекло- и углепластики – важнейшие конструкционные материалы современной техники. Технический трикотаж для этих целей является сравнительно новым материалом, отвечающим специфическим требованиям, предъявляемым к наполнителям для термостойких пластиков, таким как: сырьевой состав, прочностные характеристики, объёмная плотность и другие физико-механические свойства. Использованию трикотажа в пластике способствуют три основных преимущества перед остальными видами текстильного производства: высокая производительность трикотажного оборудования, возможность получения заготовок заданной формы и способность трикотажа к большим деформациям. Стеклянные и углеродные нити являются нетрадиционным сырьем в трикотажном производстве, его переработка связана с определенными трудностями, однако имеющийся опыт работы позволил получить образцы технического трикотажа на кулирных и основовязальных машинах [7]. 

Углеродный трикотаж и стеклотрикотаж, как текстильный материал, имеет сложную петельную структуру. Свойства трикотажа определяются формой, размерами, расположением петель, свойствами сырья и т. д. [6] - всё это необходимо учитывать в известных и при разработке новых структур наполнителей. Для качественной оценки свойств трикотажных полотен применяют разрывные характеристики (разрывная нагрузка, удлинение при разрыве), полученные при однократном растяжении трикотажа [2]. Изготовление деталей с использованием полотна как наполнителя производят простой обтяжкой, с растяжением и кольцевой обтяжкой учитывая деформационные свойства полотен [1]. Основные показатели свойств кулирных (или поперечновязаных) полотен приведены в таблице 1.

Таблица 1. Физико-механические свойства кулирных полотен

Углеродный трикотаж - получен на основе трикотажа, карбонизованного в полотне с вытягиванием.

Для наполнителей из основовязаного трикотажа разработаны структуры переплетений, обеспечивающие необходимые свойства пластика. Для повышения прочности, толщины и объемной плотности основовязаный трикотаж образован двухслойным переплетением сукно, с ввязанной в него цепочкой, что позволило в каждом структурном элементе петли увеличить количество нитей, ориентированных по длине. Увеличение прочности по ширине и наращивание толщины трикотажа осуществляется в основном за счет двух систем уточных нитей, ввязанных в каждый структурный элемент, таким образом, что растягивающим усилиям сопротивляются 24 нити утка [8]. Наполнитель из основовязаного стеклотрикотажа имеет объёмную плотность не ниже 1,6 мг/мм³. Показатели свойств основовязаных полотен из кремнеземных, кварцевых и углеродных нитей приведены в таблице 2.

Таблица 2. Физико-механические свойства основовязаных полотен

Применение основовязаного трикотажа в качестве наполнителя при изготовлении текстолитов позволяет снизить трудоемкость при пропитке и сборке пакетов для формования, т. к. один слой такого полотна обеспечивает в пластике толщину примерно 2,5 мм, тогда как один слой ткани (марка КТ-11) примерно 0,2 мм. Свойства стеклотекстолита на основе кремнеземного трикотажного полотна и кремнийорганического связующего, изготовленного методом прямого прессования, показывают, что материал имеет высокие диэлектрические - 3,2÷3,6 10⁶ Гц и теплофизические свойства - 0,55 Вт/мК. Высокие значения его деформативности (≥3,5 %) и откольной прочности (≥250 МПа) свидетельствуют о высокой стойкости термопласта к удару. Показатели свойств пластиков на основе трикотажных наполнителей приведены в таблице 3.

Таблица 3. Физико-механические свойства пластика на основе трикотажа

Наряду с техническими полотнами в трикотажном производстве возможно изготовление цельновязаных наполнителей для текстолитов – это перспективное направление ресурсосберегающей технологии. В мелкосерийном производстве при получении изделий сложной конфигурации применяют ручную выкладку слоев. При этом способ сборки и ориентация слоев наполнителя определяется геометрией  детали и формой цельновязаного наполнителя. Отдельные слои наполнителя, пропитанные связующим, наносят на оправку, представленную в форме пластикового изделия [4]. Это трудоемкий технологический процесс, обеспечивающий необходимую ориентацию слоев стеклотрикотажного армирующего наполнителя. Используя возможности ресурсосберегающей технологии, разработан наполнитель, обеспечивающий надежное, плотное соединение и ориентацию слоев, что повышает качество стеклотекстолита [5].

Целенаправленное сочетание переплетений в каждом петельном ряду позволило получить трикотажный наполнитель в виде спирально-деформируемой ленты. Основным преимуществом спиральных лент является: во-первых, обеспечение в широком  диапазоне как толщины, так и диаметра пластикового изделия; во-вторых, спиральная лента позволяет получать наполнители не только цилиндрические, но и конические, параболические, гиперболические и т.п.; в–третьих, при вязании лент практически отсутствуют отходы, нет раскройных и швейных операций [3]. Для спирально-деформируемых лент из стеклянных и углеродных нитей разработана методика проектирования зависимости параметров петельной структуры от диаметра заготовки. В таблице 4 представлены свойства углепластика, изготовленного из спиральной ленты прессовым методом при давлении прессования 50 кгс/см² и подъеме температуры до 160 ⁰С по ступенчатому режиму.

Таблица 4. Свойства углепластика на основе трикотажной ленты

Применение трикотажных наполнителей в стекло- и углепластиках позволяет разрабатывать материалы с  заданными свойствами. Назначение и условия эксплуатации пластиков выдвигают требования к наполнителям, которые решаются за счет обоснованного использования известных переплетений, а также разработкой новых структур полотен. Многообразие трикотажных переплетений создаёт условия целенаправленного формирования наполнителей с необходимыми показателями свойств. Особый интерес представляет ресурсосберегающая технология трикотажных наполнителей, полученных по форме пластикового изделия, что позволит создать конкурентоспособный материал.

Список литературы:

1.            Гардымов Г. П., Парфенов Б. А., Пчелинцев А. В. Технология ракетостроения. СПб.:1997. – 319 с.

2.            ГОСТ 6943.10-79. Материалы  текстильные стеклянные. М.: Изд-во стандартов. 1990

3.            Зиновьева В. А., Шленникова О. А. Ресурсосберегающая технология трикотажных изделий технического назначения // Все материалы. 2010. №5. - с. 26-30

4.            Карпинос Д. М. и др. Композиционные материалы в технике. Киев.: 1985. - с. 100-102

5.            Патент РФ 2391450. Трикотажный армирующий элемент / Шленникова О. А., Зиновьева В. А, Курицын В. Я.// 2010. Бюл. 16

6.            Шалов И. И., Далидович А. С., Кудрявин Л. А. Технология трикотажного производства. М.: 1984. – 295 с.

7.            Шленникова О. А., Зиновьева В. А. Переработка кремнеземных и углеродных нитей в трикотаж// Химические волокна. 2011. №6

8.            Шленникова О. А., Зиновьева В. А. Основовязаный трикотаж для теплозащитных пластиков// Все материалы. 2009. №6. - с. 24-29