Текстильное полотно для конструкционного материала

Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к области создания текстильных полотен с заданными техническйми характеристиками, используемых в качестве наполнителей композиционных материалов для высокотехнологичных отраслей промышленности (ветроэнергетика, судостроение, авиация, автомобилестроение и др.). Текстильное полотно включает четыре слоя из непрерывных параллелизованных нитей, уложенных с возможностью сохранения своих первоначальных физико-механических свойств. Нити внешних слоев линейной плотности 1200 текс уложены под углами 0° и 90° по отношению к продольной оси с плотностью 6-8 нитей/дюйм, а нити внутренних слоев линейной плотности 300 текс уложены под углами +45° и -45° по отношению к продольной оси с плотностью 10-13 нитей/дюйм. Два внутренних слоя скреплены между собой прошивкой из синтетических нитей, а все четыре слоя дополнительно прошиты такими же нитями. Предлагаемым изобретением получены следующие технические результаты: увеличение удельной разрывной нагрузки нитей, снижение величины прогиба композиционного материала и повышение величины разрушающего напряжения при межслойном сдвиге композиционного материала, в котором текстильное полотно использовано в качестве армирующего наполнителя. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности, к области создания текстильных полотен с заданными техническими характеристиками, используемых в качестве наполнителей композиционных материалов для высокотехнологичных отраслей промышленности (ветроэнергетика, судостроение, авиация, автомобилестроение и др.).

Основу композиционных материалов составляют технические текстильные материалы, выполняющие роль армирующего наполнителя и состоящие из нескольких слоев нитей (ровингов) со специальными отличающимися свойствами и ориентацией в различных направлениях.

Известен аналог по патенту RU 2542294, опубликованный 20.02.2015, в котором армирующие слои из стеклоткани последовательно уложены с обеих сторон сердечника со скреплением слоев, пропитанных связующим.

В качестве слоев армирующего материала оболочки использованы стеклоткани с различной угловой ориентацией волокон по отношению к продольной оси сердечника. Внутренний центральный слой составляет стеклоткань, волокна которой уложены под углами 0° и 90° по отношению к продольной оси сердечника, а остальные слои - внешние по отношению к центральному слою - из стеклоткани, волокна которой уложены под углами +45° и -45° по отношению к продольной оси сердечника. В качестве пропитывающего связующего использовано наномодифицированное эпоксидное соединение.

Недостатком аналога является потеря прочности нитей в процессе выработки ткани по всем переходам ткацкого производства. Для обеспечения требуемой прочности наполнителя требуется увеличение его толщины, что приводит к увеличению массы и удорожанию текстильного армирующего наполнителя и изделия в целом.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является текстильное полотно, используемое в способе изготовления лопасти ветрового колеса, в котором производят послойную выкладку стеклоткани, пропитку связующим, механическую обработку. В качестве стеклоткани используют в, частности, стеклоткани Т10 и Т14 (патент RU 2205130, опубликованный 27.05.2003).

Недостатком ближайшего аналога является снижение прочности нитей в процессе выработки ткани по всем переходам ткацкого производства, а также сложность укладки стеклоткани, обладающей повышенной жесткостью, при изготовлении изделий сложной конфигурации, что приводит к большим временным затратам.

Технической проблемой предложенного изобретения является сохранение прочностных свойств нитей, повышение прочностных характеристик текстильного полотна и композиционного материала, в котором упомянутое полотно использовано в качестве армирующего наполнителя.

Данная проблема решается тем, что текстильное полотно для конструкционного материала включает четыре слоя из непрерывных параллелизованных нитей, уложенных с возможностью сохранения своих первоначальных физико-механических свойств, при этом нити внешних слоев линейной плотности 1200 текс уложены под углами 0° и 90° по отношению к продольной оси с плотностью 6-8 нитей/дюйм, а нити внутренних слоев линейной плотности 300 текс уложены под углами +45° и -45° по отношению к продольной оси с плотностью 10-13 нитей/дюйм, причем два внутренних слоя скреплены между собой прошивкой из синтетических нитей, а все четыре слоя дополнительно прошиты такими же нитями.

Предпочтительно, если синтетические нити для прошивки выполнены из полиэфира (полиэтилентерефталат), а в качестве нитей используют нити из стекла, базальта или их сочетания.

Прошивные нити также могут быть изготовлены из полиамида, полипропилена, сополиамида, сополиэфира и другого подходящего материала.

Предлагаемым изобретением получены следующие технические результаты: увеличение удельной разрывной нагрузки нитей, снижение величины прогиба композиционного материала и повышение величины разрушающего напряжения при межслойном сдвиге композиционного материала, в котором текстильное полотно использовано в качестве армирующего наполнителя.

В заявленном текстильном полотне нити уложены с возможностью сохранения своих первоначальных физико-механических свойств. Первоначальные физико-механических свойства нити - это свойства каждой отдельной нити до формирования из него текстильного полотна.

Сохранение указанных свойств обусловлено тем, что в процесс формирования полотна исключаются изгибающие, крутящие, вытягивающие напряжения и трение нитей между собой. Нити не переплетаются и не скрепляются между собой. При производстве стеклоткани нити подвергаются всем указанным воздействиям, что приводит к снижению их прочностных свойств.

Сохранение прочности нитей является следствием того, что при формировании заявленного текстильного полотна сохраняются главные ковалентные связи вдоль макромолекул, упопрядочение макромолекул, межмолекулярные и фибриллярные связи.

Экспериментальным путем установлено, что укладка нитей с возможностью сохранения своих первоначальных физико-механических свойств в сочетании с тем, что нити внешних слоев линейной плотности 1200 текс уложены под углами 0° и 90° по отношению к продольной оси с плотностью 6-8 нитей/дюйм, а нити внутренних слоев линейной плотности 300 текс уложены под углами +45° и -45° по отношению к продольной оси с плотностью 10-13 нитей/дюйм, при том, что два внутренних слоя скреплены между собой прошивкой из синтетических нитей, а все четыре слоя дополнительно прошиты такими же нитями, позволяет значительно повысить физико-механические показатели заявленного текстильного полотна в сравнении с полотном из стеклоткани Т-10, используемом в качестве наполнителей композиционных материалов.

Полученные неожиданные технические результаты подтверждаются конкретными примерами осуществления заявленного изобретения.

Пример 1

Предлагаемое четырехслойное текстильное полотно на основе стеклянных нитей. Два внешних слоя изготовлены из нитей линейной плотности 1200 текс. Верхний и нижней слои уложены в полотне под углами 0° и 90° по отношению к продольной оси с плотностью 6 нитей/дюйм. Нити двух внутренних слоев имеют линейную плотность 300 текс. Внутренние второй и третий слои уложены под углами +45° и -45° по отношению к продольной оси с плотностью 10 нитей/дюйм. Слои скреплены между собой прошивкой по заявленной схеме.

Пример 2

Предлагаемое четырехслойное текстильное полотно на основе нитей из базальта изготавливают, как в примере 1, но нити внешних слоев линейной плотности 1200 текс укладывают под углами 0° и 90° по отношению к продольной оси с плотностью 6 нитей/дюйм, а нити внутренних слоев линейной плотности 300 текс укладывают под углами +45° и -45° по отношению к продольной оси с плотностью 13 нитей/дюйм.

Пример 3.

Предлагаемое четырехслойное текстильное полотно на основе стеклянных и базальтовых нитей. Верхний и нижний внешние слои изготавливают из стеклонитей линейной плотности 1200 текс. Слои укладывают под углами 0° и 90° по отношению к продольной оси с плотностью 8 нитей/дюйм. Внутренние второй и третий слои изготавливают из базальтовых нитей линейной плотности 300 текс, укладывают под углами +45° и -45° по отношению к продольной оси с плотностью 10 нитей/дюйм. Слои скреплены между собой прошивкой по заявленной схеме.

Пример 4

Предлагаемое четырехслойное текстильное полотно на основе нитей из стекла изготавливают, как в примере 1, но нити внешних слоев линейной плотности 1200 текс укладывают под углами 0° и 90° по отношению к продольной оси с плотностью 8 нитей/дюйм, а нити внутренних слоев линейной плотности 300 текс укладывают под углами +45° и -45° по отношению к продольной оси с плотностью 13 нитей/дюйм.

Во всех примерах при формировании композиционного материала использована эпоксидная смола, а в качестве синтетических нитей для прошивки были использованы нити из полиэфира.

В композиционных материалах на основе стандартной стеклоткани марки Т-10 и заявленного текстильного полотна были определены: величина прогиба и разрушающее напряжение при межслойном сдвиге. Определена также удельная разрывная нагрузка нитей в заявленном полотне и в полотне стеклоткани Т-10. Данные приведены в таблице.

Все технологические операции производства осуществляют на известном оборудовании.

Технология изготовления текстильного материала включает следующие операции: заправка шпулярника нитями; слоеукладка; высокопрочная прошивка слоев игольными элементами; накатка полотна в рулоны.

Использование предложенного текстильного полотна в качестве армирующего наполнителя в композиционных материалах позволит получать конструкционные материалы на их основе с высокими прочностными свойствами.

1. Текстильное полотно для конструкционного материала, включающее слои из непрерывных параллелизованных нитей, отличающееся тем, что полотно содержит четыре слоя нитей, уложенных с возможностью сохранения своих первоначальных физико-механических свойств, при этом нити внешних слоев линейной плотности 1200 текс уложены под углами 0° и 90° по отношению к продольной оси с плотностью 6-8 нитей/дюйм, а нити внутренних слоев линейной плотности 300 текс уложены под углами +45° и -45° по отношению к продольной оси с плотностью 10-13 нитей/дюйм, при этом два внутренних слоя скреплены между собой прошивкой из синтетических нитей, а все четыре слоя дополнительно прошиты такими же нитями.

2. Текстильное полотно по п. 1, отличающееся тем, что синтетические нити для прошивки выполнены из полиэфира.

3. Текстильное полотно по п. 1, отличающееся тем, что в качестве нитей используют нити из стекла, базальта или их сочетания.