Волокнистый материал

 

Сущность изобретения: волокнистый материал из синтетических нитей имеет одиночные термически склеенные нити в продольном и поперечном направлениях и участки групп нитей, термически склеенных боковыми поверхностями в продольном направлении, причем участки групп продольных склеек в нижележащем и вышележащем слоях ориентированы преимущественно в разных направлениях, а минимальный угол между осями участков групп продольных склеек составляет 45 - 90^oС. 2 ил.

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к волокнистым материалам, получаемым аэродинамическим способом. Изобретение может быть использовано в объектах, где предъявляются повышенные требования к износостойкости волокнистого материала, когда изделие эксплуатируется в сложном напряженном состоянии при действии циклических нагрузок.

Известен нетканый материал [1] содержащий по меньшей мере один слой из сцепленных волокон. Повышение устойчивости к абразивному действию наружной поверхности достигается за счет пропитки верхнего слоя материала термоустойчивым фторуглеродным агентом и последующим горячим каландрированием.

К недостаткам этого технического решения следует отнести сложность изготовления материала и его высокую стоимость вследствие большого количества технологических операций при изготовлении материала.

Известна чистящая салфетка [2] для предметов домашнего обихода, выполненная из иглопрошивного нетканого полотна, пропитанного связующим. В этом случае повышение износостойкости достигается введением в состав связующего абразивных частиц.

К недостаткам указанного материала следует отнести наличие абразивных частиц, которые при эксплуатации изделия могут отрываться и попадать в соприкасающуюся с материалом рабочую среду.

Известен мат для пола [3] имеющий абразивостойкую пористую структуру. Мат состоит из слоя переплетенных между собой гибких полимерных волокон. Повышение износостойкости указанного материала достигают за счет наличия на поверхности волокнистого слоя абразивостойкого полимерного покрытия. К недостаткам данного технического решения следует отнести низкую износостойкость материала при действии циклических нагрузок вследствие повышенного трещинообразования в структуре абразивостойкого полимерного материала.

Известен нетканый листовой материал [4] состоящий из основных и дополнительных волокон. Материал подвергают воздействию температуры и давления, в результате чего происходит соединение основных и дополнительных волокон друг с другом. Повышение износостойкости такого материала обеспечивается за счет того, что один из видов волокон обладает большим абразивным сопротивлением износу.

К недостаткам данного технического решения следует отнести сложность равномерного распределения двух видов волокон в структуре материала для получения изотропного состояния и высокую стоимость материала вследствие наличия операций прессования и термообработки.

Известен нетканый (волокнистый) материал [5] из синтетических волокон (нитей), имеющий одиночные термические склеенные волокна (нити) в продольном и поперечном направлениях и участки группы волокон (нитей), термически склеенные боковыми поверхностями в продольном направлении. В этом техническом решении повышение износостойкости волокнистого материала достигается за счет наличия в его структуре групп нитей, термически склеенных в поперечном направлении, причем группы нитей, термически склеенные боковыми поверхностями в поперечном и продольном направлениях, образуют участки наслоения склеек, которые составляют от 5 до 35% от общего количества групп нитей, термически склеенных боковыми поверхностями в поперечном направлении. Этот материал наиболее близок к заявляемому и выбран в качестве прототипа.

Указанный волокнистый материал обладает достаточной износостойкостью при работе в условиях простого нагружающего воздействия, например при истирании между двух вращающихся или совершающих только возвратно-поступательное движение рабочих органов контактирующих поверхностей.

Однако к недостаткам данного технического решения следует отнести низкую износостойкость волокнистого материала при сложном механическом воздействии, например, когда истирающая поверхность совершает вращательное движение и одновременно перемещается в прямолинейном направлении по поверхности волокнистого материала. Низкая износостойкость прототипного волокнистого материала связана с нерегулярностью его структуры по отношению к направлению приложения истирающего воздействия.

Поэтому целью предлагаемого изобретения является улучшение физико-механических свойств волокнистого материала путем повышения его износостойкости.

Поставленная цель достигается за счет того, что в волокнистом материале из синтетических нитей, имеющем одиночные термически склеенные нити в продольном и поперечном направлениях и участки группы нитей, термически склеенные боковыми поверхностями в продольном направлении, согласно изобретению участки групп продольных склеек в нижележащем и вышележащем слоях ориентированы в разных направлениях, при этом минимальный угол α между осями участков групп продольных склеек находится в диапазоне от 45 до 90^о.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый волокнистый материал; на фиг. 2 зависимость относительного числа n₁ истирающих циклов нагружения от величины минимального угла α между осями участков групп продольных склеек.

Предлагаемый волокнистый материал состоит из одиночных нитей 1, групп нитей 2, термически склеенных в поперечном направлении, образованных при пересечении отдельных нитей, групп нитей 3, термически склеенных боковыми поверхностями в пределах вышележащего слоя и в поперечном направлении между слоями.

На фиг. 1 обозначены позицией 4 продольные склейки нижележащего слоя, 5 продольные склейки вышележащего слоя, α- минимальный угол между осями участков групп продольных склеек вышележащего и нижележащего слоев.

Если материал подвергается простому истирающему воздействию, то в зависимости от режима нагружения и вида трущей поверхности (величины шероховатостей поверхности, шага между выступами и т.п.) каждому типа истираемого волокнистого материала будет соответствовать некоторое число n разрушающих циклов.

Для простоты описания будем оперировать относительным числом n₁разрушающих циклов. Относительное число n₁ разрушающих циклов определили как отношение числа разрушающих циклов при сложном нагружении (например, для истирания сопровождающегося дополнительным нагружением от некоторой растягивающей силы) к числу n разрушающих циклов при простом истирании. Для простого истирания n n₁ (фиг.2, кривая 6). Предположим, что реализована следующая схема нагружения: волокнистый материал работает в условиях растяжения (возникновение в материале нормальных напряжений) и одновременно по поверхности материала перемещается истирающая шероховатая поверхность, например, в виде плоского ползуна (возникновение в материале нормальных и касательных напряжений). В данном варианте относительное число n₁ разрушающих циклов будет меньше (фиг.2, кривые 8 и 9), чем для случая простого истирания (фиг.2, кривая 6). Относительное положение кривых 8 и 9 (фиг.2) будет зависеть от соотношения величин растягивающей силы F и разрушающей силы F₁(прочности волокнистого материала).

Чем меньше сила F, тем ближе кривая к линии 6 (фиг.2), проведенные выше рассуждения справедливы для прототипного волокнистого материала с нерегулярной структурой групп продольных склеек. Проведенные исследования показали, что если в волокнистом материале удается реализовать послойную ориентацию групп продольных склеек, т.е. регулировать величину угла α между осью ориентации нижних (позиция 4 фиг. 1) и верхних (позиция 5, фиг.1) продольных склеек в пределах группы продольных склеек 3 (фиг.1), то в этом случае имеется оптимальный диапазон величин минимального угла между осями участков групп продольных склеек (кривая 7 фиг.2). Поскольку пересечение осей участков групп продольных склеек образует два скрещивающихся угла (фиг.1), то целесообразно рассматривать только один из них, например минимальный α по абсолютному значению. Проведенные рассуждения справедливы только для определенного соотношения величин растягивающей силы F и разрушающей силы F₁, а именно для случая F/F₁ от 0,2 до 0,5.

На примере опытных данных, приведенных на фиг.1-2, рассматривается механизм работы волокнистого материала в условиях сложного нагружения. Если угол α находится в диапазоне до 45^о или более 90^о, то механизм разрушения протекает обычным порядком (кривая 7, участки I, и III фиг.2) с соответственным понижением относительного числа n₁ разрушающих циклов. Если угол α находится в диапазоне от 45 до 90^о, то в этом интервале наблюдается увеличение относительного числа n₁ разрушающих циклов (кривая 7, участок II, фиг.2).

В качестве объяснения указанных закономерностей может быть предложен следующий механизм: в случае α< 45^о или α > 90^онагружающее напряжение от растягивающие силы F и истирающего усилия распределяется между группами продольных склеек таким образом, что нагруженным оказывается первое волокно склейки (до 90% нагрузки). В этом случае склейка разрушается, нить отделяется, и нагрузка идет на следующую нить до полного разрушения склейки. Оптимальный диапазон для угла α 45-90^о, по-видимому, обеспечивает равномерное распределение нагрузки по нитям в пределах склейки с соответствующим увеличением числа разрушающих циклов.

В экспериментальных условиях была наработана опытная партия предлагаемого волокнистого материала. Анализ волокнистого материала на износостойкость на приборе ДИТ-М подтвердил повышение числа истирающих циклов нагружения для оптимального диапазона минимального угла α между осями групп склеек по сравнению с контрольным образцом с произвольно ориентировочными группами склеек на 35-40% повышение долговечности волокнистого материала равноценно увеличению выпуска продукции без дополнительных затрат рабочей силы, сырья и материалов.

Формула изобретения

ВОЛОКНИСТЫЙ МАТЕРИАЛ, содержащий одиночные термически склеенные синтетические нити в продольном и поперечном направлениях и участки групп синтетических нитей, термически склеенные боковыми поверхностями в продольном направлении, отличающийся тем, что участки групп продольных склеек в ниже-и вышележащем слоях ориентированы преимущественно в разных направлениях, при этом минимальный угол между осями участков групп продольных склеек составляет 45 90^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2