1

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Санкт-Петербургский государственный университет

промышленных технологий и дизайна»

Кафедра материаловедения и товарной экспертизы

ТОВАРОВЕДЕНИЕ И ЭКСПЕРТИЗА ТЕХНИЧЕСКОГО

ТЕКСТИЛЯ

Методические указания

для студентов очной формы обучения по направлениям подготовки

38.03.06 – Торговое дело

38.03.07 – Товароведение

Составитель

Н. П. Лебедева

Санкт-Петербург

2017

2

Утверждено

на заседании кафедры

26.09.2016 г., протокол № 2

Методические указания знакомят студентов с основами товароведения и

экспертизы технического текстиля.

Содержит теоретический материал по дисциплине «Товароведение и

экспертиза технического текстиля» для методической помощи студентам в

теоретическом освоении основных разделов дисциплины, изучении

ассортимента технического текстиля и областей применения изделий на его

основе, приобретении знаний в области экспертизы и факторов,

сохраняющих качество текстиля.

Рекомендуется для студентов направлений 38.03.06 «Торговое дело» и

38.03.07 и «Товароведение» для очной формы обучения.

Учебное электронное издание сетевого распространения

Издано в авторской редакции

Системные требования: электронное устройство с программным обеспечением для воспроизведения файлов формата PDF

Режим доступа: http://publish.sutd.ru/tp_get_file.php?id=2017 18 , по паролю. – Загл. с экрана.

Дата подписания к использованию 16.01.2017 г. Рег. № _18/17.

ФГБОУВО «СПбГУПТД»

Юридический и почтовый адрес: 191186, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 18.

http://sutd.ru

3

Оглавление

Тема 1. Технический текстиль и его применение…………..………….

4

Тема 2. Современные виды химических волокон и волокнистых

материалов технического назначения ……………………………………...

8

Тема 3. Волокна и волокнистые материалы со специальными

функциональными свойствами и их применение………………………….

13

Тема 4. Волокнистые композиты, их основные виды и применение…….

24

Тема 5. Резино-текстильные материалы и изделия…………………....…..

32

Тема 6. Экспертиза текстильных материалов……………………………...

35

Тема 7. Упаковка, транспортирование и хранение текстильных

товаров………………………………………………………………………..

37

Литература…………………………………………………..………

38

4

Тема 1. Технический текстиль и его применение

Текстиль – это прежде всего текстильные материалы (ткани,

трикотажные полотна, нетканые материалы), основными структурными

элементами которых являются текстильные волокна и нити. Текстильное

волокно (или просто волокно) – это протяженное, гибкое и прочное тело с

малыми поперечными размерами, ограниченной длины, пригодное для

изготовления пряжи и текстильных изделий. Текстильная нить отличается от

волокна значительной длиной, насчитывающей несколько десятков и сотен

метров. Технический текстиль, в общем понимании, - это волокнистые

материалы технического назначения. Основные виды волокнистых

материалов вне зависимости от их назначения представлены в табл. 1.1.

Некоторые особенности волокнистых материалов:

- морфология (расположение волокон). Волокна в волокнистых

материалах могут быть расположены как 1-D (одноосная), 2-D

(плоскостная или слоистая), 3-D (объемная) структуры. Такими

возможностями не располагают никакие другие тела;

- волокнистые структуры (кроме случая хаотического расположения

волокон) анизотропны – их механические и физические свойства

зависят от расположения волокон;

- в волокнистых структурах (материалах) волокна взаимодействуют

друг с другом благодаря силам трения, адгезии или когезии;

- все свойства волокон передаются волокнистым материалам;

- механических воздействия на волокнистые материалы

распределяются по отдельным волокнам в зависимости от их

расположение и взаимодействия между ними.

- разрушение отдельных структурных элементов волокнистых

материалов (отдельных волокон) и их групп не приводит к разрушению

волокнистого материала в целом. В противоположность этому

массивные тела при наличии или возникновении дефектов легко

разрушаются путем прорастания трещин.

Особенности текстиля (текстильных материалов):

- все волокна в текстиле соединены путем фрикционного

взаимодействия. Поэтому текстильные материалы являются особыми

телами, обратимая деформация которых определяются как

деформацией структурных элементов (волокон) так и их обратимым

перемещением.

- текстиль является дисперсной системой с высокой удельной

поверхностью.

- текстиль можно рассматривать как особый вид композита "волокна –

воздух". Ряд его свойств зависят не только от волокон, но и от газа

(воздуха), находящегося в порах, например теплопроводность текстиля.

- текстильные материалы - структуры с открытой пористостью и

поэтому высокой проницаемостью для жидкостей или газов.

5

Т а б л и ц а 1.1. Основные виды волокнистых материалов

Виды волокнистых

материалов

Характерные особенности

Текстиль (ткани, вязаные

материалы – трикотаж и др.) на

основе нитей) *

Пористые материалы из переплетенных подвижных

волокон / нитей, соединенных силами трения.

Текстиль – это единственный в своем роде

волокнистый материал, у которого волокна / нити

соединены силами трения, а деформация происходит

как вследствие деформации волокон / нитей, так и

вследствие их обратимого взаимного перемещения.

Нетканые материалы

(специфический вид текстиля

на основе волокон, реже нитей)

Пористые материалы в виде слоя волокон / нитей,

соединенных прошивными нитями, пучками

поперечно расположенных или со-стоящие из

склеенных друг с другом волокон

Бумага, картон Пористые материалы из слоя хаотически

расположенных коротких волокон, когезионно и / или

адгезионно соединенных друг с другом

Фибра / самоармированные

волокнистые материалы

Малопористые или монолитные материалы из

когезионно соединенных волокон

Кожа Выделанная шкура животного, состоящая из частично

сросшихся изогнутых волокон

Мех Выделанная шкура животного с волосяным покровом

Комбинированные волокнистые

материалы

Искусственный мех и другие многослойные виды

текстиля

Текстиль с полимерным

покрытием / искусственная

кожа

Комбинированные материалы на основе текстиля с

эластичным покрытием

Резинотехнические материалы

и изделия

Монолитные материалы на основе эластомеров,

армированных текстилем

Древесина Природные композиционные материалы на основе

волокон, соединенных полимерными веществами

Волокнистые полимерные

композиты

Монолитные жесткие полимерные материалы

(термопласты или реактопласты), наполненные

волокнами или армированные волокнистыми

структурами

В настоящее время не существует единой классификации технического

текстиля. Во времена СССР к техническому текстилю относили только

тяжелые технические ткани, сита и технический шелк, а вся прочая

продукция, относящаяся к техническому текстилю, учитывалась в других

подотраслях текстильной промышленности. Западные специалисты

классифицируют технический текстиль только по сферам применения, что,

естественно, несколько сужает возможности восприятия такого важного

понятия. Один из вариантов обобщенной классификации технического

6

текстиля представлен в табл.1.2. На сегодняшний день технический текстиль

- наиболее динамично развивающаяся подотрасль текстильной

промышленности как во всем мире, так и в Российской Федерации.

Т а б л и ц а 1.2. Классификация технического текстиля

Области применения Виды исходного сырья Тип производства

Промышленный текстиль Натуральные волокна Тканые материалы и ткани

Текстиль для

машиностроения

Искусственные волокна Плетеные и крученые

изделия

Текстиль для обуви и

амуниции

Стекловолокно Трикотажные изделия

Строительный текстиль Металловолокно Сети

Геотекстиль Базальтовые и углеродистые

волокна

Тесьма, шнуры

Медицинский текстиль Иные волокна Пояса и стропы

Текстиль для сельского

хозяйства

Нетканые материалы

Упаковочный текстиль Текстиль с покрытием

Текстиль для защиты

окружающей среды

Текстиль с добавками

Спортивный текстиль «Умный» текстиль

Защитный текстиль

Текстиль для дома

Примеры материалов и изделий технического назначения и области их

применения представлены ниже:

Нагруженные текстильные материалы и изделия: - канаты, тросы, грузонесущие ленты и ремни, рыболовные снасти, "узкий

текстиль" для пакетирования и транспортирования грузов, и другие.

Текстильные и текстильно-полимерные композиты:

-армирующие волокнистые наполнители и волокнистые полимерные

композиты на их основе;

-корд-шнуры, ленты, бельтинги и другие виды текстиля для армирования

РТИ, резинотекстильные материалы и изделия на их основе

(пневматические шины, транспортерные (конвейерные) ленты и плоские

приводные ремни, клиновые ремни, зубчатые ремни, рукава и шланги,

шины);

-текстильные полотна с полимерным покрытием.

Материалы для сепарационных, тепло- и массообменных процессов: -фильтрующие материалы (для газовых и жидких сред);

-брызгоулавливающие материалы;

-диафрагменные материалы;

-сепарирующие (текстильные сетки и сита);

-материалы для разделения систем "вода - масло" (отделения

нефтепродуктов);

7

-текстильные перегородки и контактные элементы (насадки) для

интенсификации тепло- и массообмена в газо-жидкостных системах;

-ушильно-транспортерные полотна для производства бумаги и картона.

Защитный и специальный текстиль: -термостойкие, трудногорючие и негорючие материалы для термозащиты и

защиты от воздействия открытого пламени или нагретых частиц (искр,

брызг расплавленного металла);

-материалы для химической и биологической защиты;

-материалы для баллистической защиты;

-труднопрорезаемый защитный текстиль;

-антистатические материалы и экраны для защиты от электромагнитного

излучения;

-текстиль для радиационной защиты;

-текстильные электронагреватели.

Текстиль в транспортном и общем машиностроении: -текстиль в автомобилестроении, авиастроении, судостроении (текстиль

для интерьера автомашин, самолетов, судов);

-текстиль в средствах безопасности и спасения на транспорте (ремни

безопасности, надувные подушки безопасности, парашюты, средства

спасения на воде);

-уплотнительные, сальниковые и прокладочные материалы.

Геотекстиль и сельскохозяйственный текстиль: -грунтоукрепляюшие материалы (нетканые материалы, сетки и др.);

- геотекстильные материалы для дорожного строительства, мелиорации и

ирригации;

-нетканые материалы, армированные пленки в растениеводстве.

Текстиль в строительстве

- термоизолирующие, звукоизолирующие, кровельные материалы;

- тенты и надувные конструкции.

Укрывочные и упаковочные материалы и изделия: -брезенты и полотна с покрытием; тентовые и палаточные материалы;

-тара и мешки, декоративная упаковка.

Материалы для интерьера:

-занавеси, портьеры, декоративный текстиль;

-мебельный текстиль;

-напольные покрытия.

Текстиль в рециклинге химикалий и охране окружающей среды: -волокнистые сорбенты;

-волокнистые катализаторы для очистки газовых и жидких выбросов.

Медицинский и гигиенический текстиль

-Имплантируемые хирургические материалы и изделия:

(шовные материалы, материалы для протезов внутренних органов,

волокнистые материалы с иммобилизованными лекарственными

препаратами)

-Неимплантируемые хирургические материалы:

8

(перевязочные материалы, лечебные материалы наружного применения,

вспомогательные материалы (подстилки, впитывающие салфетки и др.))

-Медицинские материалы специального назначения:

(волокнистые сорбенты для гемодиализа (очистки крови и лимфы), полые

волокна и модули для аппаратов "искусственные легкие" и "искусственная

почка",фильтрующие и сорбирующие материалы для защиты органов

дыхания)

-Материалы для специальной одежды медицинского персонала:

(материалы и изделия одноразового (однократного) применения,

материалы для чистых помещений, бактерицидные и антимикробные

материалы, текстиль компрессионного назначения (эластичные материалы

и изделия).

Тема 2. Современные виды химических волокон и волокнистых

материалов технического назначения

Производство химических волокон к началу третьего тысячелетия

стало одной из важнейших отраслей мировой промышленности. Наметились

новые важные тенденции в создании волокон и волокнистых материалов на

их основе, которые существенно изменяют возможности в удовлетворении

потребностей в текстильных материалах и изделиях из них различного

назначения.

Анализ развития основных видов многотоннажных волокон для

бытовых и технических целей показывает достаточно динамичный рост их

производства с одновременным расширением ассортимента и улучшением

потребительских свойств. Динамика развития производства химических

волокон от года к году существенно. Мировое производство химических

волокон ежегодно возрастает на 2,5-4,5 %. Производство натуральных

волокон мало.

Среди химических волокон по объему мирового производства лидируют

полиэфирные волокна – их выпуск превысил 20 млн. т. Это около 60% от

выпуска основных видов синтетических волокон (или 30% выпуска от всего

количества природных и химических волокон, включая все волокнистые

материалы, не подвергаемые текстильной переработке) бытового и

технического назначения. Далее по объему производства следуют

полипропиленовые волокна: 19% от суммарной продукции всех видов

синтетических волокон. Выпуск полиамидных и полиакрилонитрильных

волокон хотя и увеличивается, но их доля в общем производстве

синтетических волокон в мире постепенно снижается (13 и 8%

соответственно).

В настоящее время в России и странах СНГ выпускаются большинство

традиционных видов химических волокон и нитей текстильного и

технического назначения, приведенные в табл. 2.1.

9

Т а б л и ц а 2.1. Основные виды химических волокон и нитей,

производимых в России и странах СНГ

Группы волокон и нитей Основные виды волокон и нитей

Волокна общего

текстильного назначения

Полиэфирные, полипропиленовые,

полиамидные (ПА 6), полиакрилонитрильные,

гидратцеллюлозные

Нити общего

текстильного назначения

Полиэфирные, полипропиленовые,

полиакрилонитрильные, гидратцеллюлозные,

ацетатные и тирацетатные

Эластомерные нити Полиуретановые

Высокопрочные

технические нити

Полиэфирные, полипропиленовые,

полиамидные (ПА 6 и ПА 66), гидратцеллюлозные

Сверхпрочные нити Поли-пара-арамидные, углеродные

Термостойкие и трудногорючие

волокна и нити

Полиоксазольные,

полиамидобензимидазольные, полиимдные

Волокна и нити со

специфическими свойствами

Электропроводные и сорбирующие (углеродные),

ионообменные, хемостойкие (фторполимерные

нити) и другие

В настоящее время в мире основные виды многотоннажных

химических волокон и нитей текстильного и технического назначения

производятся на основе следующих видов полимеров: полиэфиров (в

основном полиэтилентерефталата,) полиамидов (в основном поликапроамида

и полигексаметилендиапамида), полиолефинов (в основном полипропилена),

сополимеров акрилонитрила, поливинилового спирта, целлюлозы (вискозные

волокна), триацетата и вторичного ацетата целлюлозы. Эти полимеры,

близкие к ним сополимеры, соответствующие им волокна и нити могут

рассматриваться как традиционные (или "классические"), которые отвечают

всему комплексу требований к развитию многотоннажных производств.

Динамичное развитие производства этих видов химических волокон

определяется комплексом факторов:

возможностью выпуска волокон необходимого ассортимента и

заданных свойств;

потребностью в различных видах волокон, их взаимозаменяемостью и

"взаимодополняемостью"*;

степенью совершенства и возможностями интенсификации технологии;

доступностью исходного сырья;

минимумом материалоемкости и энергопотребления;

возможностью максимального рециклинга химикатов;

безопасностью и экологической чистотой технологии;

экономичностью производства, а соответственно ценой и другими

факторами.

Кроме этого созданы и производятся среднетоннажные и

малотоннажные виды волокнообразующих полимеров и волокон,

10

обладающие рядом специфических свойств – сверхвысокими механическими

и термическими характеристиками, низкой горючестью, особыми

физическими и физико-химическими свойствами. Эти волокна, нити и

материалы на их основе в настоящее время имеют чрезвычайно важное

значение для многих отраслей техники, спорта, медицины и других

направлений применения.

Выпускаемые в мире химические волокна и нити по совокупности

свойств, определяющих их назначение, условно можно разделить на 3 группы:

волокна и нити текстильного (общего) назначения;

эластомерные нити;

высокопрочные технические нити.

Среди многотоннажных химических волокон и нитей общего

текстильного назначения доминирующее положение в настоящее время

занимают: полиэфирные (лавсан, тревира, дакрон и др.), алифатические

полиамидные (капрон, анид, найлон 6 и найлон 66 и др.), полипропиленовые,

полиакрилонитрильные (нитрон, орлон, акрилан и др.), и гидратцеллюлозные

(в основном вискозные), а также ацетатные и триацетатные нити.

Ассортимент выпускаемых волокон, нитей и мононитей чрезвычайно

широкий. Производятся также микроволокна и микронити, многие виды

физически, композиционно и химически модифицированных волокон.

Перечисленные виды волокон применяются для некоторых видов изделий

технического и специального назначения (медицинских, санитарно-

гигиенических и др.). Некоторое количество волокон используется также для

получения композитов и специальных видов бумаг.

Эластомерные нити, получаемые на основе полиуретановых каучуков

(спандекс, лайкра и др.) в настоящее время приобрели важное значение.

Ассортимент эластомерных нитей определяется их назначением. Они могут

соединяться вместе с другими видами химических нитей (пряжи) или

выпускаются в виде обкрученных обычными видами нитей. Эластичные нити

и эластичные полотна – незаменимый материал для текстильных изделий

широкого ассортимента, в том числе трикотажных спортивных и

медицинских.

Высокопрочные технические нити широко применяются в текстильной

промышленности для производства нагруженных текстильных изделий

технического, спортивного, медицинского и другого назначений.

Технические высокопрочные нити имеют более высокие значения модуля

деформации, прочности и более низкие по сравнению с волокнами и нитями

общего назначения значения удлинения при разрыве. Высокопрочные нити

применяются для изготовления нагруженных текстильных материалов и

изделий (тросы, канаты, ремни, ленты, ткани и др.), резинотехнических

изделий (транспортерные ленты, шланги высокого давления, приводные

ремни, мембраны и др.), автомобильных и авиационных шин, средств

страховки, спасения и безопасности, для производства фильтровальных,

тарных и укрывочных тканей, различных видов сеток, специальной одежды.

11

Анализ тенденций развития производства различных видов химических

волокон позволяет выделить четыре особо важные направления:

интенсивный рост выпуска полиэфирных волокон по сравнению со

всеми другими, вместе с тем наблюдается и небольшой рост

производства полиамидных и полиакрилонитрильных волокон;

быстрое развитие производства полипропиленовых волокон;

совершенствование процессов получения вискозных и альтернативных

им гидратцеллюлозных волокон типа лиоцелл;

развитие новых нетрадиционных высокопроизводительных процессов

прямого формования волокнистых нетканых материалов, а также

создание комбинированных материалов на их основе.

В зависимости от процессов дальнейшей переработки и последующего

применения изделий химические волокна и нити включают весьма широкий

ассортимент по линейной плотности, длинам резки (волокон) и другим

показателям. Основными видами волокон и нитей являются следующие:

штапельные (резаные) волокна для переработки в чистом виде иди

смесках длиной 35-150 мм;

жгутики для сокращенных процессов переработки и ковровые

жгутики линейной плотностью 3-15 г/м;

жгуты для сокращенных схем переработки или последующей резки

линейной плотностью 25-150 г/м;

комплексные нити (в зависимости от линейной плотности и

механических свойств подразделяются на текстильные и технические);

микронити линейной плотностью элементарных нитей 0,02-0,3 текс;

мононити (диаметром 0,03- 2 мм);

пленочные и фибриллированные нити.

Микроволокна находят важное применение в производстве полотен для

целей тонкой фильтрации(0,02-0,3 текс) и ультрафильтрации (волокна

линейной плотностью 0,002-0,0001 текс).

Технические комплексные нити используются в производстве изделий,

эксплуатируемых при больших нагрузках – бельтинговых тканей,

грузонесущих лент, кордных тканей, для армирования изделий РТИ и

композитов.

К техническим волокнам и нитям сравнительно близкий ассортимент

по линейной плотности имеют волокна и нити с экстремальными свойствами

(сверхпрочные, термостойкие, трудногорючие и другие). Они служат для

изготовления тяжело нагруженных текстильных изделий, защитного

снаряжения и защитной одежды, тепло- и электроизоляции, фильтровальных

термостойких тканей, изделий медицинского назначения и других целей.

Сверхпрочные и термостойкие нити и волокна (а также ткани и нетканые

материалы на их основе) также применяются в качестве армирующих

наполнителей для органокомпозитов и композиционных изделий.

Мононити применяются в производстве рыболовных снастей, сеток,

сит. Пленочные нити применяются для производства тарных тканей,

12

фибриллированные нити применяются как основа ковров, для изготовления

канатов и других целей. Основной ассортимент технических химических

нитей и их характеристики приведены в табл. 2.2.

Т а б л и ц а 2.2Основной ассортимент технических нитей

Нити Виды Дополнительные сведения

Комплексные нити

линейной плотностью

15-1000 текс

Полиэфирные,

полиамидные,

полипропиленовые,

поливинилспиртовые,

гидратцеллюлозные,

арамидные

Блестящие

(не матированные), окрашенные

в массе.

Гладкие, текстурированные

Мононити

диаметром 0,03-2 мм

Полиэфирные,

полиамидные,

полипропиленовые,

Блестящие

(не матированные), окрашенные

в массе. Круглые и

профилированные

Пленочные и

фибриллированные нити

линейной плотностью

100-100 текс

Полиэтиленовые,

полипропиленовые,

полиамидные,

полиэфирные

Блестящие

(не матированные), окрашенные

в массе

В современной экономике требования к производимым текстилю и

волокнам идут "от требований рынка". Рыночные требования к

функциональным характеристикам производимых изделий (бытового,

технического и других назначений) плюс цена, зависящая от экономики

производства, являются определяющими в развитии тех или иных видов

волокон. Это наглядно иллюстрируется схемой на рис. 2.1, на которой

показаны пути передачи технических данных и ответное движение

материалов от волокон к готовым изделиям:

технические данные

создание изделий

Рис. 2.1. Пути передачи технических данных и ответное движение

материалов и изделий в условиях рыночной экономики

Требования

рынка и

покупательский

спрос на изделия

Изготовле-

ние

текстильных

изделий по

требованиям

рынка

Производство

текстильных

материалов с

заданными

характеристиками

Производство

волокон с

заданными

свойствами

Заключительная отделка текстиля

Конструирова-ние изделий

13

Тема 3. Волокна и волокнистые материалы со специальными

функциональными свойствами и их применение

3.1. Сверхпрочные и сверхвысокомодульные волокна и нити

Промышленное развитие в настоящее время имеют несколько видов:

- высокомодульные пара-арамидные нити с динамическим модулем

деформации 130-160 ГПа (механическим модулем деформации 100-120 Гпа);

- высокопрочные пара-арамидные нити со средними значениями динамичес-

кого модуля деформации 80-120 ГПа (механическим модулем деформации 60-90 ГПа);

- высокопрочные пара-арамидные штапельные (резаные) волокна.

Показатели механических свойств пара-арамидных штапельных волокон ниже,

чем соответствующих видов высокопрочных нитей;

- нити на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, полученные с

высокими кратностями вытягивания и термостабилизированные с

механическим модулем деформации 70-160 ГПа;

- полиарилатные (ароматические полиэфирные) нити;

- высокопрочные и высокомодульные поливинилспиртовые нити;

- PBO (поли-пара-фениленбензо-бис-оксазольные) нити.

Их основные механические свойства представлены в табл. 3.1. и 3.2.

Т а б л и ц а 3.1. Основные свойства пара-арамидных сверхпрочных и

сверхвысокомодульных волокон и нитей

Волокна (нити)

Плотность

,

г/см3

Модуль деформации,

ГПа Проч-

ность,

ГПа

Удлине-

ние при

разрыве,

%

Влаж-

ность (при

норм.

усл.), % Динами-

ческий

Статичес-

кий

Пара-арамидные на осно-

ве ПФТА, высокомо-

дульные: терлон, тварон

HM, кевлар HM

1,45-1,47 140-150 95-120 2,7-3,5 2,7-3,2 2-3

Пара-арамидные на

основе ПФТА, высоко-

прочные (терлон, тварон

HT, кевлар HT

1,45-1,47 130-140 70-80 2,7-3,5 3,0-3,5 2,5-3,5

Пара-арамидные,

гетероциклические,

гомополимерные,

высокомодульные (СВМ)

1,451-1,46 130-160 95-115 4,0-4,5 3,0-3,5 2,5-4,5

Пара-арамидные, гетеро-

цикличкские, сополимер-

ные, высокрмрдульные

(армос, русар)

1,45-1,46 140-160 100-120 4,5-5,5 3,5-4,0 3,0-3,5

Пара-мета-арамидные

сополимерные,

высокопрочные (технора)

1,39-1,4 – 70-80 3,0-3,4 4,0-5,0 –

14

Т а б л и ц а 3.2. Основные свойства сверхпрочных и сверхвысокомодульных

волокон и нитей (кроме пара-арамидных)

Волокна (нити) Плотность,

г/см3

Модуль

деформации

*, ГПа

Прочность,

ГПа

Удлинение

при

разрыве, %

Влажность

при

нормальны

х

условиях,

%

Пара-арилатные:

вектран, эконол 1,39-1,40 70-140 3,1-4,0 2,4-4,0 0,1-0,2

Полиэтиленовые:

спектра, дайнема,

текмилон)

0,97 60-160 1,5-4,0 3,0-6,0 0

Поливинилспиртовые:

виналон HM, винол

МВМ

1,32 30-70 1,3-2,0 3,0-5,0 3-6

Поли-пара-фенилен-

бензобисоксазольные и –

тиазольные:

PBO – зилон и PBT

1,56-1,58 250-300 5,6-5,8 2-2,5 0,5-0,6

Примечание : * Без термовытяжки

Следует специально остановиться на сверхпрочных,

сверхвысокомодульных пара-арамидных нитях карбоциклического и

гетероциклического ряда, т.к. они выпускаются в наибольших количествах

среди всех видов сверхпрочных волокон. Очень важной особенностью

гетероциклических пара-арамидных волокон и нитей является отсутствие

заметной усадки до температур 350-450 С, что чрезвычайно важно при их

использовании в экстремальных условиях. Это соответствует высоким температу-

рам стеклования пара-арамидных волокон, лежащим в области 285-340 С (табл. 3.3).

Т а б л и ц а 3.3. Термические характеристики пара-ароматических волокон и

нитей

Волокна (нити) Температуры, С

Кислородный

индекс, % стеклования эксплуатации

(предельная)

разложения (по

потере массы)

Терлон, (тварон,

кевлар) 345-360

220-250

(250–270) 450-500 27-30

Армос, русар 270-290 250-300

(300-330) 450-550 38-43

СВМ 270-290 250-300

(300-330) 450-550 40-45

Технора – 25-30

Полиарилатные – 200-250

(270-300) 37-42

(PBO - зилон и PBT – до 400 (до 450) 65-68

15

Ассортимент выпускаемых сверхпрочных и сверхвысокомодульных

волокон достаточно широкий. В основном они выпускаются в виде нитей и

жгутиков линейных плотностей от 14 до 1000-10000 текс.

Применение сверхпрочных нитей и волокон включает

тяжелонагруженные текстильные материалы и изделия (тросы, канаты,

ремни, ленты, ткани и др.), резинотехнические изделия (транспортерные

ленты, шланги высокого давления, приводные ремни, мембраны и др.),

специальные шины; средства страховки, спасения и безопасности;

специальная труднопрорезаемая одежда и перчатки. Высокомодульные нити

используются для различных видов конструкционных композитов,

армированных волокнами, нитями, жгутами и другими текстильными

структурами. Нити, обладающие наиболее высокими механическими

характеристиками (пара-арамидные, типа PBZ) применяются для получения

сверхпрочных композитов в летательных аппаратах. Новое и весьма важное

применение – это замена асбеста, в частности безасбестовые фрикционные

материалы на основе пара-арамидных волокон.

3.2. Термостойкие, трудногорючие и огнезащищенные волокна и нити

Волокна с высоким уровнем термических характеристик –

теплостойкие, термостойкое и трудногорючие приобрели чрезвычайно

важное значение для создания средств спасения и профессиональной защиты,

для теплоизоляции, фильтров для горячих газов и многих других целей.

В связи с недостаточно установившейся терминологией необходимо

охарактеризовать основные показатели термических свойств волокон.

Теплостойкость волокон характеризуется уровнем сохранения

механических свойств (не ниже 50-60% сохранения прочности) при заданных

температурах испытаний. Теплостойкость обычных видов волокон и нитей

общего назначения составляет 140-170 С, а термостойких волокон достигает

300-350 С и выше. Она для волокон с невысокой кристалличностью обычно

лимитируется температурой стеклования, тогда как для

высококристаллических и хорошо отрелаксированных нитей может быть

значительно выше нее.

Термостойкость характеризуется уровнем сохранения функциональных

свойств волокон (а также нитей и изделий из них) при длительном

воздействии температуры на воздухе, обычно уровнем сохранения

механических свойств. Термостойкость оценивается при стандартных

условиях испытаний до и после выдерживания образцов на воздухе при

заданных температурах (обычно при 250, 300 или 350 С) и

продолжительности 100 часов. Сохранение прочности этих волокон при

заданных температурах в указанном выше интервале составляет обычно не

менее 50-60 %.

К термостойким волокнам относятся те волокна, у которых

температура сохранения необходимого уровня функциональных свойств, а

16

значит и длительной эксплуатации превышает 220-250 С и достигает для

отдельных видов 300-350 С и даже выше.

Показатели горючести оцениваются при стандартных условиях

испытаний по соответствующим методикам. К трудногорючим относятся

волокна, не горящие на воздухе.

Термостойкие волокна

Термостойкими являются волокна из карбо- или гетероциклических

полимеров с высокой энергией химических связей (существенно большей,

чем у алифатических полимеров). Температура стеклования этих волокон

выше 250С, они неплавкие и обладают высокой термической и

термоокислительной устойчивостью (температура разложения выше 400-500 С).

Основные виды термостойких волокон и их основные механические и

термические свойства приведены в табл. 3.4 и 3.5.

Т а б л и ц а 3.4. Основные свойства тепло- и термостойких волокон и нитей

Волокна/нити

Плот-

ность,

г/см3

Модуль

дефор-

мации,

ГПа

Проч-

ность,

сН/текс

Удлине-

ние при

разрыве,

%

Сохранение

прочности, в % Влаж-

ность при

нормаль-

ных

условиях,

%

при

темпе-

ратуре

300C

после

нагрева при

темпера-туре

300C в

течение 100

ч

Мета-арамидные

волокна (фенилон,

номекс, конекс)

1,37-1,38 8-20 40-50 15-30 40-50 60-70 4-5

Полиамидо-

имидные волокна

(кермель)

1,34-1,35 5-9 35-60 10-25 – – 3-3,5

Полиимидные

(аримид, каптон,

P-84) волокна/нити

1,41-1,45 9-15 40-45/

/50-80

15-20/

/6-12 50-60

70-80/

/85-90

–/

/3-6

Полибензимида-

зольные волокна

(PBI)

1,40-1,41 7-15 30-40 10-20 60-80 40-345 10-15

Полиамидо-

бензимидазольные

волокна (тогилен)

1,43-1,45 – 30-45 20-30 – – 12-15

Полиоксазольные

(оксалон/арселон)

волокна/нити

1,42-1,44 5-25/

/15-30

25-40/

/35-50

20-25/

/5-10 40-60

75-95/

/60-85

10-12/

/3-5

Полулестничные

(BB, лола) нити 1,4-1,5 30-45 35-45 3-6 65-80 95-10 3-6

Дегидрированные

полиакрило-

нитрильные

1,37–1,4 7-10 20-25 15-22 – – –

17

Т а б л и ц а 3.5. Термические свойства тепло- и термостойких волокон и нитей

Волокна

Температура, C

стеклования плавления эксплуатации

(предельная) разложения

Поли-м-фениленизо-

фталамидные 275-300 420-480 230-250 370-400

Полиамидоимидные 270-280 – 250-300 370-420

Полиимидные 360-380 550 270-360 520-550

Полибензимидазольное 420-430 Не плавятся 300-320 420-500

Полиоксазольное 330-370 То же 250-300 470-500

Поли-п-

фенилентерефталамидное 345-360 550-560 250-300 450-550

п-арамидное

гетероциклическое 270-280 550-560 270-300 450-550

Полулестичные – Не плавятся 400-450 550-650

Дегидрированные

полиакрилонитрильные – То же 300-350

Карбонизуетс

я*

Примечание : * В инертной среде.

Трудногорючие волокна

Трудногорючие волокна характеризуются малыми значениями теплоты

горения на воздухе (10000-15000 кДж/кг), недостаточными для поддержания

горения (пиролиза полимера и компенсации теплопотерь). Для сравнения –

теплота горения обычных видов волокон составляет 18000-45000 кДж/кг.

Большинство ароматических термостойких волокон и нитей являются

также трудногорючими (кроме полиоксазольных). Основные характеристики

горючести ароматических трудногорючих волокон приведены в табл. 3.6, их

механические свойства были представлены ранее в табл. 3.4.

Т а б л и ц а 3.6. Характеристики горючести трудногорючих волокон

Волокна Температура

воспламенения

Кислородный

индекс, %

Полиарамидные карбоциклические 400-550 27-30

Полиарамидные гетероциклические 450-550 35-45

Полиимидные, полибензимидазольные 500-650 45-60

Полулестничные – 55-65

Дегидрированные полиакрилонитрильные – 40-50

Поливинилхлоридные 400-500

(разлагаются) 35-45

Наряду с рассмотренными выше видами термостойких волокон

разработаны их модифицированные виды с улучшенными функциональными

характеристиками, в том числе светостойкие (например, модифицированные

18

полиоксазольные), дополнительно огнезащищенные (полиимидные,

полиоксазольные) и др.

Особый практический интерес представляют несколько видов

термостойких и трудногорючих волокон и нитей, разработанных в России и

странах СНГ, – это группа полиарамидных (тогилен, тверлана, фенилон) и

полиоксазольных (оксалон) волокон.

Наглядным является сравнение устойчивости к действию открытого

огня (пламени) и механических свойств термостойких и трудногорючих

волокон. На рис. 3.1 приведены соответствующие данные для различных

видов волокон. Из этих данных видно, что наивысшим сочетанием этих

свойств обладают пара-арамидные гетероциклические волокна (СВМ, армос,

русар).

Терлон, Тварон, Кевлар. Нити

Фенилон,

Номекс

Волокна

СВМ

Нить

Нейлон,

Полиэфир

Технические

нити

Прочность

Сопротивление действию пламени

Горят на воздухе

На воздухе не горят

Тверлана Нить/Волокно

Тогилен Нить

Армос

Нить

Арселон (Оксалон) Нить/Волокно

Рис. 3.1. Сравнение прочности и сопротивления действию

пламени арамидных и других волокон

К трудногорючим относятся также галогенсодержащие карбоцепные

волокна, например поливинилхлоридные, имеющие кислородный индекс 40-

45%, а также волокна из сополимеров винил- и винилиденхлорида. Однако

их термостойкость весьма низкая – при нагревании до температуры 1000С

они дают усадку и размягчаются, а также выделяют токсичные продукты

горения. «Рекордсменами» среди трудногорючих волокон являются

фторуглеродные волокна, которые не горят даже в атмосфере с высоким

содержанием кислорода. Из-за высокой стоимости эти волокна применяют

только в особо важных случаях.

Ассортимент выпускаемых термостойких и трудногорючих волокон

(линейные плотности от 0,13 до 0,5 текс) и нитей (линейные плотности от 6

до 200 текс) достаточно широкий.

19

Термостойкие и трудногорючие штапельные волокна подвергаются

текстильной переработке по обычным технологическим схемам как в чистом

виде, так и в смесях с обычными волокнами в пропорции, обеспечивающей

сохранение необходимого кислородного индекса.

Из термостойких и трудногорючих волокон и нитей изготавливают

различные текстильные материалы и изделия: средства профессиональной

безопасности и спасения; специальная термозащитная и трудногорючая

одежда (для пожарных, спасателей, аппаратчиков нефтехимических

производств, заправщиков моторных топлив и др.) и перчатки;

фильтровальные полотна для высокотемпературных газов; специальный

интерьер для авиа-, автотранспорта и опасных помещений. Некоторое их

количество используется для получения специальных видов композитов.

Огнезащищенные волокна

Ввиду реальной опасности возгораний и пожаров, связанных с

текстильными и другими видами волокнистых материалов, особое значение

придается показателям воспламеняемости и горючести волокон и

волокнистых материалов (табл. 3.7).

Т а б л и ц а 3.7. Показатели (ориентировочные) горючести волокон и

волокнистых материалов

Волокна

Температура

воспламенения,

С

Температура

самовоспламен

ения, С

Тепловой

эффект

горения,

кДж/кг

Кислородный

индекс, %

Полиэтиленовые,

полипропиленовые 300-350 400-450 40000 17-18

Шерсть, капрон,

лавсан 300-400 400-500 30000 22-25

Целлюлозные, нитрон 250-350 350-450 25000 18-20

Ацетатные 300-320 375-445 18400 18,5-19

Поливинилхлоридные 400 550 15000 40-45

Ароматические

термостойкие 450-600 550-650 15000 27-45

При оценке характеристик горючести волокон и волокнистых

материалов весьма важными являются свойства образующихся продуктов,

особенно их токсичность. Более вредные продукты горения могут

образовываться модифицированными волокнами и текстилем со

специальными видами отделки. Учитывая крайнюю важность проблемы

создания трудногорючего текстиля, остановимся на этом вопросе более

подробно. Волокнами, невоспламеняющимися и трудногорючими на воздухе,

являются

20

а) огнезащищенные волокна, которые обычно получают путем

модификации «классических» видов химических волокон общего назначения;

они имеют, как правило, кислородный индекс в пределах 25-30 %;

б) трудногорючие волокна на основе ароматических и некоторых других

видов полимеров с кислородным индексом в пределах 27-45 % и выше.

Придание огнезащищенности является одним из направлений

модификации волокон. Невоспламеняющиеся на воздухе огнезащищенные

волокна и текстиль на их основе обычно получают как путем модификации

природных волокон (хлопка, шерсти и/или их смесок), так и "классических"

видов химических волокон общего назначения. Получаемые волокна и

текстиль имеют, как правило, кислородный индекс в пределах 25-27 %.

Огнезащищенные волокна получают путем введения в их состав

соединений, выполняющих роль антипиренов (замедлителей горения). Как

правило, эти соединения имеют в своем составе атомы фосфора, фосфора и

азота, галогенов (хлора или брома, редко фтора); их стоимость и

эффективность возрастают в этой же последовательности.

Введение антипиренов осуществляется несколькими способами:

На стадии синтеза исходных полимеров в их состав вводится

определенное количество фосфор-, фосфор-азот- или

галогензамещенных мономеров, реже применяется метод прививки

таких мономеров.

Введение при формовании в состав прядильного расплава или раствора

соответствующих антипиренов.

Химическая модификация сформованных или готовых волокон.

Следует, однако, иметь в виду, что введение антипиренов в химические

волокна может приводить в случае их терморазложения и горения к

образованию токсичных и вызывающих коррозию соединений. Наиболее

безопасными являются фосфорсодержащие и фосфор-азотсодержащие

антипирены, поэтому они наиболее широко используются в производстве

модифицированных полиэфирных, гидратцеллюлозных и некоторых других

волокон.

Следует также учитывать, что придание огнезащищенности волокнам

не повышает их тепло- и термостойкость, и кроме того, в некоторой степени

может вызвать ухудшение механических свойств. Поэтому наряду с

приданием огнезащищенности обычным видам химических волокон

рациональным путем получения огнезащищенных текстильных материалов и

изделий является изготовление их из смесей обычных волокон с

рассмотренными выше трудногорючими волокнами.

3.3. Углеродные волокна и углеволокнистые материалы

Углеродные волокна (УВ) и углеродные волокнистые материалы

(УВМ) получают путем высокотемпературных превращений без доступа

воздуха (процесс пиролиза) исходных волокон – прекурсоров в основном из

трех видов полимеров в виде волокон, дающих наибольший выход

21

углеродного остатка (кокса) при пиролизе: вискозных, из сополимеров

акрилонитрила, нефтяных или каменноугольных пеков. Однако из-за

специфики технологии переработки нефтяных и каменноугольных пеков, их

канцерогенности и других причин для получения УВ и УВМ используются в

основном вискозные и ПАН волокна – прекурсоры.

УВ и УВМ получают в основном на базе волокон и жгутов или

технических нитей, что позволяет создавать широкую гамму текстильных и

бумажных материалов, а также конструкционных композитов и других

волокнистых материалов с различными характеристиками и различного

назначения, которые можно условно разделить на две группы:

УВМ с особыми термическими, физическими и физико-химическими

свойствами, имеющие умеренные механические характеристики;

высокопрочные и высокомодульные УВ и УВМ, применяемые для

армирования конструкционных композитов с высокими и

сверхвысокими механическими характеристиками.

Вследствие глубоких химических превращений при

высокотемпературных обработках и удаления летучих продуктов происходит

уменьшение массы волокон. В результате выход волокна в виде углеродного

остатка (кокса) составляет:

для волокон на основе вискозного прекурсора: карбонизованных – 25-

35 %, графитированных 23-30 %;

для волокон на основе ПАН прекурсора: карбонизованных 45-50 %;

графитированных 40-50 %.

Вследствие высокой хрупкости УВ они перерабатываются с большими

трудностями. Поэтому текстильные материалы и изделия из них чаще всего

получают из исходных волокон – прекурсоров с последующим

превращением в УВМ при вышеописанных условиях обработки.

Химический состав, структура и свойства УВ зависят от состава

исходных волокон – прекурсоров и условий их получения. По максимальной

температуре термообработки и элементному составу все УВ можно

подразделить на три вида, приведенных в табл. 3.8.

Т а б л и ц а 3.8. Основные виды УВ по условиям их получения

Виды волокон Температура ВТО,

С

Содержание

углерода, % масс.

Частично карбонизованные До 500 До 90

Угольные (карбонизованные) 500-1500 91-99

Графитированные Выше 1500 Выше 99

В зависимости от используемого прекурсора (вискозных или ПАН

волокон) и методов получения по своим свойствам УВ делятся на несколько

основных типов, имеющих характеристики, приведенные в табл. 3.9.

Термические свойства углеродных волокон и УВМ существенно

зависят от характера окружающей среды – ее окислительной активности. На

22

воздухе углеродные волокна способны окисляться при повышенных

температурах. Поэтому их температура длительной эксплуатации на воздухе

не превышает 300-400 С, в инертной среде – температура 400-600 С. В

условиях кратковременного нагревания в инертной или восстановительной

среде они выдерживают температуру 1500-2000 С и даже до 2500-3000 С.

Т а б л и ц а 3.9. Некоторые характеристики различных видов углеродных

волокон

Волокна

Плот-

ность,

г/ см3

Модуль

упругости,

ГПа

Разрывные

характеристики

Удельное

электри-

ческое

сопротивле-

ние,

10-5 Ом.м

Проч-

ность,

ГПа

Удлинени

е,

%

Угольные:

низкомодульные

среднемодульные

1,5-1,6

1,5-1,7

30-40

80-100

0,4-1,0

1,0-1,5

2,0-2,5

1,5-2,0

30-50

12-25

Графитированные:

низкомодульные

среднемодульные

высокомодульные

высокопрочные

1,4-1,6

1,4-1,7

1,6-2,0

1,7-1,9

40-60

70-80

300-700

200-300

0,6-1,0

1,0-2,5

1,5-3,0

2,5-6,0

1,5-2,0

1,2-1,5

0,5-0,6

1,0-1,3

5-10

3-7

0,7-1,0

1,0-1,3

Углеродные волокна и углеродные волокнистые материалы являются

трудногорючими материалами – в зависимости от условий получения их

кислородный индекс составляет от 35 до 60 %. УВ обладают

полупроводниковыми свойствами и имеют значительную

электропроводность

УВ мало гигроскопичны, но вследствие развитой поверхности

происходит сорбция водяных паров до содержания влаги порядка 0,2-3,0 %,

не меняющей их механических свойств. Они обладают абсолютной

фотохимической устойчивостью и атмосферостойкостью, высокой

устойчивостью к действию проникающей радиации, хемостойкостью ко

многим видам реагентов: концентрированным кислотам, щелочам, всем

видам растворителей, умеренным окислителям. На них оказывают

воздействие только сильные окислители при нагревании. УВ также

абсолютно биостойки и биоинертны.

Основной ассортимент углеродных волокон и углеволокнистых

материалов составляют:

жгуты в диапазоне линейных плотностей 10-20 г/м и более для

последующей резки на заданную длину;

нити различной линейной плотности (производятся в ограниченном

масштабе только для получения специальных тканей и некоторых

других текстильных структур);

короткие резаные волокна длиной обычно 3-15 мм для применения в

бумагах и полимерных композитах;

23

ткани различных видов (полотняного, саржевого переплетений) для

непосредственного применения и получения композитов (текстолитов)

на их основе;

тесьма и ленты шириной 7-30 мм;

нетканые материалы на основе штапельных волокон длиной 38-60 мм

(обычно 38-40 мм) для непосредственного применения в качестве

фильтрующих, сорбирующих и других текстильных материалов, а

также для получения слоистых композитов.

Из-за хрупкости углеродных волокон и нитей их текстильная

переработка в тканые и нетканые материалы весьма затруднительна. Однако

ее можно облегчить, применяя специальные апреты для нитей или

перерабатывая нити со "спутником" – нитью, которая затем удаляется

выжиганием или химической обработкой. Как было указано выше, в

большинстве случаев текстильные материалы получают на основе волокон

или нитей прекурсоров и затем уже их подвергают карбонизации и, при

необходимости, дальнейшей графитации.

Области применения УВ и УВМ на базе вискозных и ПАН прекурсоров

весьма широки и включают десятки направлений, в том числе в быту, спорте,

медицине, технике и многих других областях нашей жизни. УВ и УВМ

выпускаются различного назначения – для теплозащитных и хемостойких

материалов, материалов с регулируемыми электрофизическими и физико-

химическими характеристиками, армирования композитов. Основные

области применения многофункциональных углеродных волокон и

материалов на их основе суммированы в табл. 3.10.

Т а б л и ц а 3.10. Основные области применения углеродных волокон и

волокнистых материалов

Материалы Области применения

Термостойкие и хемостойкие

волокнистые слои, нетканые

материалы и ткани

Термическая изоляция

Хемостойкие полимерные покрытия

Абляционные покрытия

Фильтрация агрессивных сред

Уплотнительные материалы

Нити и жгуты Сальниковые набивки

Коротко резаные волокна как

электропроводные дисперсные

частицы

Электропроводные бумаги для нагревателей и

электрогидромоделироваания (метод ЭГДА)

Разрядка (удаление электрического заряда) облаков

Электропроводные бумаги с

вложением резаных волокон,

ткани

Твердые пластинчатые нагреватели

Гибкие нагреватели

Обогреваемая одежда и обувь

Коротко резаные волокна как

антистатики

Антистатические композиты и полимерные

покрытия

Волокна как наполнители для

электрофизических целей

Бумаги и пленки как электромагнитные экраны

Электроды в емкостных аккумуляторах электрической

энергии

24

Окончание табл. 3.10

Волокна с поверхностной

активностью

Пористые наполненные пленки (мембраны) для

разделения ионов в растворах

Электроды для электролитического выделения ионов

тяжелых металлов из растворов

Ткани и нетканые материалы с

поверхностной активностью

Сорбция из жидкостей и газов

Хемосорбенты для ионного обмена

Каталитические процессы

Активированные волокна и

нетканые материалы

медицинского назначения

Фильтрация крови и гемосорбция

Хирургия

Гастроэнтерология

Резаные волокна и нетканые

материалы как наполнители для

композитов и покрытий

Конструкционные и хемостойкие композиты и

эластомеры

Фрикционные и антифрикционные композиты

Армирование графитовых электродов в

электрометаллургии и электрохимии

Наполнение бетона

Нити, ленты, ткани Высокопрочные и высокомодульные конструкционные

композиты (однонаправленные, намотанные и

текстолиты)

Тема 4. Волокнистые композиты, их основные виды и применение

Композиционные материалы (композиты) – многокомпонентные

материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы),

армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью,

жесткостью и т.д. Сочетание разнородных веществ приводит к созданию

нового материала, свойства которого количественно и качественно

отличаются от свойств каждого из его составляющих. Варьируя состав

матрицы и наполнителя, их соотношение, ориентацию наполнителя,

получают широкий спектр материалов с требуемым набором свойств.

Многие композиты превосходят традиционные материалы и сплавы по

своим механическим свойствам и в то же время они легче. Использование

композитов обычно позволяет уменьшить массу конструкции при

сохранении или улучшении ее механических характеристик.

Компонентами композитов являются самые разнообразные

материалы – металлы, керамика, стекла, пластмассы, углерод и т.п.

Известны многокомпонентные композиционные материалы –

полиматричные, когда в одном материале сочетают несколько матриц, или

гибридные, включающие в себя разные наполнители. Наполнитель

определяет прочность, жесткость и деформируемость материала, а матрица

обеспечивает монолитность материала, передачу напряжения в

наполнителе и стойкость к различным внешним воздействиям.

25

По структуре композиты делятся на несколько основных классов:

волокнистые, слоистые, дисперсноупрочненные, упрочненные частицами и

нанокомпозиты.

Волокнистые композиты армированы волокнами или нитевидными

кристаллами. Уже небольшое содержание наполнителя в композитах такого

типа приводит к появлению качественно новых механических свойств

материала. Широко варьировать свойства материала позволяет также

изменение ориентации размера и концентрации волокон. Кроме того,

армирование волокнами придает материалу анизотропию свойств (различие

свойств в разных направлениях), а за счет добавки волокон проводников

можно придать материалу электропроводность вдоль заданной оси.

В слоистых композиционных материалах матрица и наполнитель

расположены слоями, микроструктура остальных классов композиционных

материалов характеризуется тем, что матрицу наполняют частицами

армирующего вещества, а различаются они размерами частиц. В композитах,

упрочненных частицами, их размер больше 1 мкм, а содержание составляет

20–25 % (по объему), тогда как дисперсноупрочненные композиты включают

в себя от 1 до 15 % (по объему) частиц размером от 0,01 до 0,1 мкм. Размеры

частиц, входящих в состав нанокомпозитов – нового класса композиционных

материалов – еще меньше и составляют 10–100 нм.

Свойства волокнистых полимерных композитов, особенно их

механические свойства, определяются, прежде всего, армирующими

волокнами и нитями — их видом и свойствами, размерами и

расположением, то есть строением армирующего волокнистого

наполнителя. В качестве армирующих волокнистых наполнителей

используются волокна (различной природы и длины резки), нити, жгуты и

ровинги (жгутики), ленты, шнуры, ткани, плетеные полотна, трикотажные

полотна, нетканые полотна, бумаги, комбинированные и гибридные

волокнистые материалы на основе волокнистых слоев, нитей и различных

текстильных структур. Таким образом, используя различные виды

армирующих волокнистых наполнителей и технологические приемы их

расположения в волокнистом композите, можно оптимизировать

расположение армирующих волокон и нитей в готовом композите или

изделии на его основе и добиться такого наиболее рационального

варианта, при котором большая часть армирующих волокон расположена в

направлении главных действующих механических напряжений в условиях

эксплуатации.

По расположению структурных элементов (волокон, нитей)

армирующие волокнистые наполнители могут быть условно разделены на

следующие виды:

• 1D — однонаправленные (нити, ленты, жгуты и др.);

• 2D — двунаправленные (тканые, вязаные или плетеные полотна);

• 3D — трехмерно ориентированные (трехмерные ткани и др.);

• с хаотическим расположением волокон или нитей в плоскости

(волокнистые слои, холсты, большинство нетканых материалов, бумаги);

26

• с хаотическим расположением волокон в трехмерном пространстве

(специальные текстильные структуры).

Основные варианты расположения волокон в армирующих

наполнителях и, соответственно, в полученных на их основе композитах

приведены на схемах рис. 4.1.

Рис. 4.1. Основные схемы расположения дисперсных

наполнителей/волокон/нитей в различных видах АВН и армированных

полимерных материалах

Выбор компонентов композиционно-волокнистых материалов

осуществляется с учетом индивидуальных свойств волокнистого

полуфабриката и полимерного связующего (полимерной матрицы), а также

их взаимного влияния, обусловленного рядом факторов, в том числе

следующих — это прочность, деформационные и другие свойства волокон,

термостойкость, длина и диаметр волокон, структура волокнистого

материала, объемная доля и ориентация волокон волокнистого материала;

прочность, термостойкость, вязкость полимерной матрицы в условиях

переработки; соотношение деформационных свойств компонентов,

изменение свойств волокон под влиянием компонентов полимерной

матрицы, смачивание на границе раздела фаз, величина адгезии на границе

раздела фаз.

Для получения волокнистых полимерных композиционных

материалов (ВПКМ) применяются различные виды органических

химических армирующих волокон, нитей и волокнистых материалов на их

27

основе: технические нити - полиэфирные (лавсан), поливинилспиртовые и

др.; параарамидные высокопрочные и высокомодульные волокна и нити

(армос, русар, тварон, кевлар); метаарамидные термостойкие волокна

(фенилон, номекс, конекс) для некоторых видов термостойких ВПКМ;

полиоксадиазольные волокна и нити (арселон) для некоторых видов

термостойких и фрикционных ВПКМ; волокна общего наначения

(полиамидные, полиэфирные, вискозные и др.); углеродные волокна, нити

и углеволокнистые материалы различных типов - карбонизованные и

графитированные.

Основные выпускные формы органических армирующих

волокнистых наполнителей: резаные волокна, нити, жгуты, ленты, ткани,

плетеные и вязаные структуры, холсты и нетканые материалы.

Для специальных видов композитов используются термостойкие

ароматические волокна (метаарамидные, полиоксадиазольные и др.). В

небольших количествах используются акриловые (нитрон),

поливинилспиртовые (винол) и некоторые другие волокна.

Используемые для армирования углеродные волокна (УВ)

изготовляют на основе трех видов волокон-прекурсоров:

полиакрилонитрильных, вискозных и пековых (из нефтяных и

каменноугольных пеков). Из-за высокой хрупкости УВ их текстильная

переработка в армирующие волокнистые наполнители затруднена.

Поэтому необходимые для армирования текстильные структуры

изготовляются из волокон-прекурсоров и в таком виде уже подвергаются

высокотеммпературной термической обработке и превращению в

углеродные волокнистые материалы (УВМ). УВ и УВМ являются

термостойкими, трудногорючими и хемостойкими материалами. Они

обладают электропроводностью, зависящей от условий их получения и

введения легирующих добавок. Основные выпускные формы УВМ:

резаные волокна, нити, жгуты, ленты, ткани, холсты и нетканые

материалы.

В состав неорганических армирующих волокон и волокнистых

наполнителей входят помимо силикатных (стеклянных и базальтовых)

несколько других видов, получаемых на основе некоторых элементов

(например, B), их оксидов (SiO2, Al2O3), карбидов (SiC и др.), нитридов и

др., а также игольчатые монокристаллы (нитевидные кристаллы или

«усы»). Однако основным видом неорганических армирующих волокон

являются стекловолокна и стеклонити, изготовляемые из различных видов

стекол. Наиболее распространены следующие их типы: А - щелочное, С -

хемостойкое, E - электроизоляционное, S - высокопрочное. Выпускные

формы стекловолокнистых материалов: резаные волокна, нити, жгуты,

ленты, ткани, холсты и нетканые материалы.

В качестве армирующего волокнистого наполнителя используются

также полые стекловолокна и полые микросферы, что позволяет снизить

эффективную плотность, а значит, и массу изделия. По ряду свойств к

28

стекловолокнам близки волокна на основе природного силиката - базальта,

им присуща более высокая хемостойкость.

Использование неорганических волокон для получения

высокопрочных или высокотермостойких ВПКМ обусловлено их высокой

жаростойкостью и огнестойкостью. Они устойчивы ко многим

агрессивным средам, негигроскопичны. В окислительной среде наиболее

стойки оксидные и карбидные волокна. Карбидные волокна являются

полупроводниками, их электропроводность возрастает с повышением

температуры.

Направление использования композитов требует соответствующего

выбора полимерных матриц (связующих), обеспечивающих высокую

степень реализации функциональных свойств армирующих волокон и

армирующих волокнистых наполнителей в готовом композиционном

материале и изделии.

К основным видам полимерных матриц (связующих) относятся

термопластичные матрицы (термопласты) и отверждающиеся

(реактопласты), которые являются полимерными (или

полимерообразующими) реакционными системами.Выбор и соотношение

исходных компонентов в процессах получения матриц на основе

реактопластов зависит от вида и условий получения ВПКМ, способа их

термической обработки, возможности сочетания с определенными

наполнителями.

В ВПКМ матрица (связующее) служит для передачи и

перераспределения механических усилий между отдельными частицами

дисперсной фазы, защиты наполнителя от внешних воздействий, создания

монолитности материала. Все эти функции связующего зависят от его

взаимодействия с наполнителем в процессе получения и эксплуатации

композита - соотношения свойств компонентов, смачивания, адгезии,

изменения свойств при взаимодействии компонентов.

Матрица (связующее) в виде расплавов, растворов, дисперсий

(порошков, эмульсий, суспензий), волокон или пленок сочетается с

армирующими волокнистыми наполнителями при получении

армированных волокнистых полуфабрикатов (премиксов, препрегов,

прессовочных, заливочных и других композиций) или в процессах

формования заготовок и изделий методами смешения, пропитки,

напыления, механического соединения. Важное значение при этом имеет

равномерное распределение матрицы (связующего) между частицами

наполнителя или армирующего компонента. Оно зависит от

смачиваемости компонентов, вязкости связующего и его поверхностной

энергии. На стадиях переработки полуфабрикатов вид, количество и

распределение связующего определяют технологичность материала -

формуемость, объемную усадку и другие характеристики.

Назначение ВПКМ и его область применения обуславливают

тщательный подбор как матрицы, так и армирующего волокнистого

29

наполнителя. Некоторые сочетания компонентов для различных видов

ВПКМ представлены в табл.4.1.

Для конструкционных композитов общего назначения широко

используются армирующий волокнистый наполнитель на основе волокон с

умеренными характеристиками механических свойств (стеклянных и

других наиболее доступных и относительно дешевых волокон). Композиты

со специфическими физическими и другими свойствами получают,

используя армирующие волокнистые наполнители на основе

соответствующих видов волокон и волокнистых структур.

Т а б л и ц а 4.1. Возможные сочетания компонентов для различных видов

ВПКМ

Виды ВПКМ Исходные волокна,

нити

Основные виды

матриц

(связующих)

Основные

методы

получения

композита

Общего назначения,

армированные

резаными волокнами

Целлюлозные,

поливинилспиртовые,

неорганические

Фенольные,

меламиновые,

полиэфирные,

полиамидные,

полиолефиновые

Прессование,

литье под

давлением

Высокопрочные одно-

и двунаправленные,

текстолиты

Ароматические

полиамидные,

углеродные,

неорганические

Эпоксидные,

фенольные,

ацетальные

Прессование,

намотка

Термостойкие и

трудногорючие

Ароматические

полиамидные,

углеродные,

неорганические

Ароматические

метаарамидные,

полиимидные

Прессование,

намотка

Химически стойкие Углеродные,

неорганические

Фенольные,

полиолефины,

фторопласты

Прессование,

намотка, литье

под давлением

Электроизоляционные Полиэфирные,

полиимидные

Эпоксидные,

метаарамидные,

полиимидные

Прессование,

намотка

Электропроводные Углеродные Фенольные,

эпоксидные

Прессование,

намотка

Композиты с высоким уровнем механических свойств получают с

использованием армирующих волокнистых наполнителей на основе

высокопрочных, а также сверхпрочных и высокомодульных волокон и

нитей: параарамидных, стеклянных, углеродных, оксидных, карбидных,

борных и др.

Получение термостойких композитов требует использования

армирующих волокнистых наполнителей на основе высокотермостойких

ароматических, углеродных, специальных стеклянных, а также других

неорганических волокон и нитей.

30

Для электроизоляционных конструкционных композитов

используются армирующие волокнистые наполнители на основе

полиэфирных волокон и специальных видов стеклонитей с высокими

электроизолирующими свойствами (особенно для высокочастотных

диэлектриков).

Видом волокнистого наполнителя во многом определяются заданные

физические характеристики, а также устойчивость к эксплуатационным

воздействиям (температуры, окружающей среды и др.). В ряде случаев

выбор армирующего волокнистого наполнителя может диктоваться

экономическими причинами - их стоимостью как сырья.

Перечислим наиболее важные виды композиционных материалов в

зависимости от волокнистого состава АВН: органопластики (содержащие

различные органические волокна или нити); арамидопластики,

армированные арамидными волокнами или нитями; стеклопластики (со

стеклянными волокнами или нитями); углепластики (содержащие

углеродные волокна или нити); боропластики и др.

Органопластики – композиты, в которых наполнителями служат

органические синтетические, реже – природные и искусственные волокна в

виде жгутов, нитей, тканей, бумаги и т.д. В термореактивных

органопластиках матрицей служат, как правило, эпоксидные, полиэфирные

и фенольные смолы, а также полиимиды. В органопластиках на основе

термопластичных полимеров матрицей служат, как правило, полиэтилен,

ПВХ, полиуретан и т.п. Органопластики обладают низкой плотностью, они

легче стекло- и углепластиков, относительно высокой прочностью при

растяжении; высоким сопротивлением удару и динамическим нагрузкам,

но, в то же время, низкой прочностью при сжатии и изгибе. Важную роль в

улучшении механических характеристик органопластика играет степень

ориентация макромолекул наполнителя. Макромолекулы жесткоцепных

полимеров, таких, как полипарафенилтерефталамид (кевлар) в основном

ориентированы в направлении оси полотна и поэтому обладают высокой

прочностью при растяжении вдоль волокон. Из материалов, армированных

кевларом, изготавливают пулезащитные бронежилеты. Органопластики

находят широкое применение в авто-, судо-, машиностроении, авиа- и

космической технике, радиоэлектронике, химическом машиностроении,

производстве спортивного инвентаря и т.д.

Обширное применение получили арамидные волокна в

композиционных материалах на основе винилэфирных и эпоксидных смол.

Благодаря уникальным свойствам арамидопластики применяют в

авиастроение и ракетостроении для изготовления различных деталей

работающих на растяжение, в сосудах внутреннего давления,

высокоскоростных маховиков. В сочетании с другими армирующими

материалами, арамидные волокна применяют в судостроении для

производства корпусов яхт, лодок и катеров премиум класса или для

военных целей. Нашло свое место применение композитных материалов с

арамидом и в космонавтике, наряду с углепластиком, где в некоторых

31

узлах и деталях он стал незаменим. Широкое распространение в области

тюнинга автомобилей и автоспорта, изготавливаются аэродинамические

обвесы, сидения, элементы интерьера и силовые конструкции.

Стеклопластики – полимерные композиционные материалы,

армированные стеклянными волокнами, которые формуют из

расплавленного неорганического стекла. В качестве матрицы чаще всего

применяют как термореактивные синтетические смолы (фенольные,

эпоксидные, полиэфирные и т.д.), так и термопластичные полимеры

(полиамиды, полиэтилен, полистирол и т.д.). Эти материалы обладают

достаточно высокой прочностью, низкой теплопроводностью, высокими

электроизоляционными свойствами, кроме того, они прозрачны для

радиоволн. Слоистый материал, в котором в качестве наполнителя

применяется ткань, плетенная из стеклянных волокон, называется

стеклотекстолитом. Стеклопластики – достаточно дешевые материалы, их

широко используют в строительстве, судостроении, радиоэлектронике,

производстве бытовых предметов, спортивного инвентаря, оконных рам

для современных стеклопакетов и т.п.

Углепластики – наполнителем в этих полимерных композитах

служат углеродные волокна. Для изготовления углепластиков

используются те же матрицы, что и для стеклопластиков – чаще всего –

термореактивные и термопластичные полимеры. Основными

преимуществами углепластиков по сравнению со стеклопластиками

является их низкая плотность и более высокий модуль упругости,

углепластики – очень легкие и, в то же время, прочные материалы.

Углеродные волокна и углепластики имеют практически нулевой

коэффициент линейного расширения. Все углепластики хорошо проводят

электричество, черного цвета, что несколько ограничивает области их

применения. Углепластики используются в авиации, ракетостроении,

машиностроении, производстве космической техники, медтехники,

протезов, при изготовлении легких велосипедов и другого спортивного

инвентаря. Высокая прочность и жесткость при малом весе основные

преимущества углепластика, кроме этого углеродные волокна и

углепластик имеют очень низкий, практически нулевой коэффициент

линейного расширения и проводят электричество. Преимущества

применения: углепластики позволяют уменьшить вес конструкции на 15-

45%, высокая стойкость к коррозии и различным деформациям,

возможность создания изделий высокой сложности. Углепластик широко

применяется в производстве спортинвентаря: теннисные ракетки, удочки,

рамы для велосипедов и т.д. Так же он применяется в изделиях узкого

специального назначения для лопастей ветряных электрогенераторов,

различных подшипников в гидротурбинах. Широкую популярность

набирает применение углепластика для отделки его можно увидеть в таких

деталях как: кейсы и акустические боксы, и для декорирования мебели.

Боропластики – композиционные материалы, содержащие в качестве

наполнителя борные волокна, внедренные в термореактивную полимерную

32

матрицу, при этом волокна могут быть как в виде мононитей, так и в виде

жгутов, оплетенных вспомогательной стеклянной нитью или лент, в

которых борные нити переплетены с другими нитями. Благодаря большой

твердости нитей, получающийся материал обладает высокими

механическими свойствами и большой стойкостью к агрессивным

условиям, но высокая хрупкость материала затрудняет их обработку и

накладывает ограничения на форму изделий из боропластиков. Кроме того,

стоимость борных волокон очень высока (порядка 400 $/кг) в связи с

особенностями технологии их получения. Термические свойства

боропластиков определяются термостойкостью матрицы, поэтому рабочие

температуры, как правило, невелики. Применение боропластиков

ограничивается высокой стоимостью производства борных волокон,

поэтому они используются главным образом в авиационной и космической

технике в деталях, подвергающихся длительным нагрузкам в условиях

агрессивной среды.

Тема 5. Резино-текстильные материалы и изделия

Резино текстильные материалы - это частный случай

комппозиционного материала, в котором резина является матрицей, а

текстиль- наполнителем. Особенностью резинотекстильных изделий

является то, что они почти всегда создаются как конструкции и их в

большинстве случаев получают путем соединения текстильного

армирующего наполнителя и резиновых заготовок с последующей

вулканизацией. Резино-текстильные материалы и изделия представляют

собой отдельную группу конструкционных композитов, в которых матрица

— резина представляет собой ограниченно сшитый каучук с высокой

деформативностью и низким модулем деформации. Это определяется

аморфной структурой и низкой температурой стеклования резины — более

низкой, чем температура эксплуатации.

Изготовление резинотекстильных изделий начиналось с изобретения

(патента) Чарльза Макинтоша, зарегистрированного в 1823 г. — применять

прорезиненную ткань для изготовления плащей. Уже много лет такие плащи

носят название «макинтоши» по имени изобретателя. Огромным толчком для

развития резинотекстильных изделий — РТИ — послужило появления

самодвижущихся колясок — автомобилей и изобретение пневматических

шин, которые и сегодня являются основным видом весьма ответственных

резинотекстильных изделий. Шланги и клиновые ремни, надувные подушки

безопасности, многие другие детали являются резинотекстильными

изделиями, без которых не обходится ни один автомобиль и другие средства

передвижения.

Резинотекстильные изделия, в основном, работают в условиях

преимущественного воздействия растягивающих нагрузок; они легко

деформируются также при воздействии изгибающих или сжимающих

33

нагрузок. В резинотекстильных материалах основным структурным

элементом являются нити или системы нитей. Нити могут состоять из

волокон (пряжа) или являться непрерывными химическими нитями.

Входящие в их состав волокна или элементарные нити (филаменты)

объединены в единый структурный элемент путем обязательной крутки и

пропитаны связующим резиновым компонентом. Важнейшим условием

армирования резинотекстильных материалов и изделий, как уже говорилось,

является низкое значение модуля деформации матрицы (резины) по

сравнению с нитями.

В отличие от конструкционных композитов, где армирующий

волокнистый наполнитель расположен обычно равномерно во всем объеме

композита (и ориентирован во многих случаях в направлении действующих

механических нагрузок), резинотекстильные изделия представляют собой

специально созданные конструкции с заданным расположением

волокнистого наполнителя в направлении растягивающих нагрузок и

находящихся между ними слоев резины. Слои резины вследствие малого

модуля деформации и высокой деформативности почти не препятствуют

изгибающим и сжимающим нагрузкам.

Сегодня резинотекстильные изделия — это широкий класс самых

необходимых изделий в нашей жизни и технике. Они включают большое

число разных видов, в том числе следующие:

• автомобильные, авиационные и другие виды шин;

• передаточные элементы устройств для перемещения различных

материалов(конвейерные ленты, рукава, шланги);

• гибкие тяговые связи передач (приводные ремни, гусеничные ленты и

др.);

• надувные изжелия и конструкции;

• средства защиты человека (костюмы, фартуки) и многие другие.

Армирующие волокнистые наполнители (технические нити, бельтинги,

ткани)

Технические нити, бельтинги, кордные ткани — текстильные

материалы, применяемые для изготовления (армирования) автомобильных и

авиационных шин, а также резинотекстильных изделий (транспортерных

лент, приводных ремней, шлангов и других). Основные виды технических

нитей, используемых в качестве исходных для армирующих текстильных

структур — это вискозные (в настоящее время их применение невелико),

алифатические полиамидные (полиамид 6 — капрон и полиамид 66 — анид)

полиэфирные. Для тяжелонагруженных шин используются параполиамидные

нити. Для специальных видов шин иногда используются углеродные,

стеклянные и металлические нити. Для некоторых видов шин и других

резинотекстильных изделий пока еще традиционно используются

гидратцеллюлозные (вискозные) технические нити. Свойства перечисленных

видов технических нитей были кратко рассмотрены выше. В очень редких

случаях пока еще применяются хлопчатобумажные нити (пряжа).

34

Качество армирующих нитей (корда) определяется толщиной и

скрученностью, ее механическими, термическими и химическими

свойствами. Для кордных нитей особо необходим высокий уровень их

механических свойств, поскольку именно нити воспринимают прилагаемые к

изделию статические и динамические нагрузки. Режимы

их испытаний выбираются в соответствии с условиями

деформационного и напряженного состояния нитей в изделиях,

возникающих при их эксплуатации, часто при повышенных температурах.

Как уже указывалось выше, в отличие от конструкционных

волокнистых полимерных композитов, где армирующим элементом служат

отдельные волокна, окруженные слоем матрицы (связующего), в

резинотекстильных изделиях основным армирующим элементом являются

нити, которые монолитизируются в процессе их предварительной обработки

адгезивами и пропитки каучуковыми латексами. В из¬делии кордный каркас

составляет с резиной монолитную конструкцию. Он является силовым

элементом, воспринимающим практически всю механическую нагрузку.

Поэтому используемые армирующие (кордные) нити должны обладать

высоким сопротивлением к различным механическим воздействиям.

Резинотекстильные материалы и изделия: основные виды, армирующие

волокнистые наполнители.

Кордные ткани для изготовления шин имеют чаще всего полотняное

переплетение с основой из крученых кордных нитей различной линейной

плотности (обычно используются нити в интервале линейных плотностей

125-500 текс) и очень редким утком из тонких нитей (около 15-25 текс).

Такая конструкция кордных тканей обусловлена конструкцией каркаса шин,

в котором механические напряжения должны действовать в направлении

нитей основы. Таким образом, эксплуатационные свойства кордных тканей в

шинах определяются свойствами кордных нитей. Уток необходим лишь для

того, чтобы основа ткани не распадалась в процессе изготовления шин. В

названии кордной ткани число обозначает округленное значение разрывной

нагрузки в кгс, а буква — тип нитей. Наиболее распространенными

отечественными марками капронового корда являются 12К и 23К, анидного

— 13А и 23А, вискозного - 15В, 17В, 18В и 22В.

Выносливость резинотекстильных изделий в условиях эксплуатации

определяется не только их конструкцией и комплексом свойств основных

элементов — армирующего каркаса и резины, но и прочностью связи между

ними. В случае применения химических нитей прочная связь образуется

только после специальной обработки последних адгезивами, тогда как при

использовании хлопкового корда такая обработка не требуется.

Особенно высокие требования предъявляются к нитям, используемым в

качестве элементов кордного каркаса шин. Для оценки их свойств

необходимо применять некоторые специальные методы испытаний. При

наезде шины на препятствия в нитях возникают высокие деформации и

напряжения. Поэтому необходимо определять пределы сопротивления корда

различным однократным воздействиям. При эксплуатации на ровных

35

участках дорог кордные нити претерпевают небольшие, по многократно

повторяющиеся нагрузки, что обусловливает необходимость оценивать их

усталостные характеристики. Для оценки изменения размеров шин при их

эксплуатации (разнашивание шин) необходимо определять релаксационные

характеристики кордных нитей, а также их ползучесть. При качении шины на

границе резина-корд возникают деформации сдвига и сжатия,

сопровождающиеся большим теплообразованием и могущие вызвать

расслоение каркаса. Поэтому нужно оценивать адгезию корда к резине.

Механические свойства резинотекстильных изделий определяются при

полуцикловых, одноцикловых и многоцикловых испытаниях (цикл включает

стадии нагрузки, разгрузки и «отдыха» образца). При полуцикловых

испытаниях, включающих только стадию нагрузки, определяют абсолютную

и относительную прочность, напряжение при разрыве армирующих нитей, их

относительное удлинение и модуль деформации при растяжении, который

условно оценивают как нагрузку при заданном небольшом удлинении или

удлинение при заданной небольшой нагрузке.

Выносливость кордных нитей при многократных деформациях в

различных условиях определяют с помощью многоцикловых испытаний.

Этот показатель оценивают по количеству циклов нагружения до разрушения

образца или по относительному падению прочности после заданного

количества циклов. При многоцикловых испытаниях нити многократно

подвергают различным видам деформации: растяжению, изгибу, удару па

копрах, сжатию и изгибу в резинотекстильных образцах. Кроме того,

проводят испытания на сопротивление расслоению резинотекстильной

системы при деформациях сдвига и сжатия, при которых на границе резина-

нить возникают касательные напряжения. Таким образом оценивается

адгезия армирующих нитей к резине в режиме многократного нагружения.

Важнейшими условиями нормальной эксплуатации резинотекстильных

изделий, особенно подвергаемых длительным многократным деформациям,

является сохранение длительной адгезионной связи армирующих нитей с

резиной.

Тема 6. Экспертиза текстильных материалов

Экспертиза текстильных материалов состоит из нескольких этапов.

На первом этапе устанавливается способ изготовления текстильных

материалов и их назначение. Обычно различают следующие виды

текстильных материалов - ткань, трикотажное полотно, нетканое полотно.

На втором этапе экспертизы определяется сырьевой состав

текстильного материала. Природу волокон устанавливают после извлечения

нитей основы и утка, волокон - из текстильного полотна. Применяют

различные методы распознавания волокон, из них наиболее

распространенными являются: органолептические, проба на горение,

микроскопические и химические.

36

На третьем этапе изучается строение текстильного материала.

Показателями строения ткани являются структурные характеристики нитей,

составляющих ткань (линейная плотность, крутка), вид переплетения ткани.

На четвертом этапе устанавливаются показатели, характеризующие

структуру самого текстильного материала: плотность ткани по основе и утку,

длина, ширина и толщина ткани; линейная плотность, поверхностная

плотность и др.

На пятом этапе устанавливают характер отделки и оформления тканей.

Например, специальная отделка - тефлоновое покрытие для

грязеотталкивающей отделки или водоотталкивающая пропитка и т. п.

На шестом этапе устанавливают соответствие ткани требованиям

стандартов по физико-химическим показателям. Большинство показателей

свойств тканей определяют стандартными методами испытаний. Результаты

испытаний сравнивают с нормами по НТД. Обычно определяют разрывную

нагрузку и разрывное удлинение, стойкость ткани к истиранию, усадку,

воздухопроницаемость, электризуемость и др.

На седьмом этапе определяют дефекты или пороки внешнего вида

тканей. Пороки появляются из-за низкого качества исходного сырья,

технологических ошибок в процессах прядения, ткачества и отделки.

Различают пороки местные, которые имеют небольшие размеры и

расположены на ограниченных участках ткани, и распространенные по всему

куску или по его значительной части.

На восьмом этапе устанавливают соответствие качественных

показателей маркировочным обозначениям на ярлыке, а также сортность

ткани.

Сорт ткани определяют комплексным методом оценки уровня качества.

После выявления всех отклонений от нормативных показателей физико-

механических свойств, прочности окраски, дефектов внешнего вида и оценки

всех дефектов в баллах устанавливают сорт куска ткани. Для этого

суммируют баллы по всем группам показателей качества. Это суммарное

число баллов и определяет сорт ткани. В зависимости от волокнистого

состава число баллов для тканей I, II, III сортов различно. Для ткани I сорта

физико-механические показатели должны соответствовать нормам,

указанным в НТД на ткань. Если физико-механические свойства ткани

имеют хотя бы одно отклонение от норм, то ткань не может быть оценена I

сортом и переводится во II или III сорт. Если отклонение слишком велико и

превышает величину допустимую нормативным документом, то ткань бра-

куется.

Выделенные дефекты внешнего вида оценивают баллами в за-

висимости от вида, местоположения и распространенности по всей длине

куска материала. Чем большим количеством баллов характеризуется ткань,

тем ниже ее качество. Распространенные дефекты оценивают большим

числом баллов, чем местные дефекты.

37

Тема 7. Упаковка, транспортирование и хранение текстильных

товаров

Упаковка сохраняет качество текстильных товаров при хранении и

транспортировке.Упаковка бывает первичной (внутренней) и внешней (для

хранения и транспортировки).

Ткани складываются и формируются в куски. В кусок комплектуются

отрезы ткани одного артикула, сорта, цвета, рисунка и т. д. Способы складывания

указываются в стандартах. Куски ткани упаковывают в бумагу или

полиэтиленовую пленку. Если ткани сложены во всю ширину, оба торца

оставляют открытыми. У тканей, сложенных вдвое, оставляют открытым один

торец. Ткани светлых тонов, бельевые, портьерные упаковывают со всех сторон.

Для транспортирования ткани упаковывают в кипы, мешки, тюки,

рулоны, а ткани, которые не должны быть подвергнуты прессованию, - в

жесткую тару - ящики. Кипы относятся к полужесткой таре. Куски ткани,

обернутые бумагой и обтянутые лентой или тесьмой, находятся в кипе в

спрессованном состоянии. Кипа обтягивается металлической лентой или

проволокой.

Ткани маркируют клеймом и товарным ярлыком из картона или

плотной бумаги. Клеймо наносят контрастной смываемой краской на

изнаночную сторону ткани, краска не должна проходить на лицевую сторону

ткани. Клеймо наносят на оба конца куска, вдоль среза на расстоянии не

более 10 мм от края куска или кромки. На клейме указывают наименование

предприятия-изготовителя, номер контролера, а также длину ткани в куске.

На товарном ярлыке указывают наименование предприятия-

изготовителя, его товарный знак, адрес, наименование ткани, артикул,

количество отрезов в куске, его общий метраж, сорт, сырьевой состав и

процентное содержание волокон (нитей), вид специальной отделки,

устойчивость окраски.

На каждое грузовое место составляют кипную карту, в которой

указывают основные сведения об упакованных материалах.

На оборотной стороне кипной карты наклеивают образцы рисунков и

расцветок материалов с указанием количества кусков каждого рисунка и

расцветки.

Текстильные материалы хранят в складских помещениях в упа-

кованном виде. Складские помещения должны быть сухие, чистые,

проветриваемые. Текстильные материалы следует защищать от попадания

прямых солнечных лучей. Оптимальная температура хранения тканей 15-18

°С и относительная влажность воздуха 60-65%. При повышенной

температуре и низкой влажности текстильные материалы высыхают,

становятся малоэластичными и жесткими. При относительной влажности

воздуха более 70% текстильные материалы отсыревают и разрушаются в

результате развития микроорганизмов и протекания гидролитических про-

цессов. При длительном воздействии прямых солнечных лучей текстильные

материалы выцветают.

38

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 Перепелкин, К.Е. Химические волокна: развитие производства, методы

получения, свойства, перспективы / К. Е. Перепелкин. – СПб.: Изд.

СПГУТД, 2008. – 354 с.

2. Кащеев О.В. Технический текстиль России, что его ждет?! / О. В. Кащеев

// Технический текстиль. – 2006. – №13. – С. 25–31.

3. Перепелкин К.Е. Современные химические волокна и перспективы их

применения в текстильной промышленности / К.Е. Перепелкин // Российский

химический журнал (ЖРХО им Д.И. Менделеева). – 2002. – Т. 46. – № 1.

– С. 31–48.

4. Текстиль в технике и защите окружающей среды. под. ред. К.Е.

Перепелкина. – СПб.: Изд. СПГУТД, 2009. – 192 с.

5. Перепелкин, К. Е. Оценка качества химических нитей и их способности

к переработке/ К. Е. Перепелкин, М. Н. Иванов. – СПб.: Изд. СПГУТД, 2009.

– 96 с.

6. Перепелкин К. Е. Принципы и методы модифицирования волокон и

волокнистых материалов/ К. Е. Перепелкин // Химические волокна. – 2005. –

№ 2. – С. 7– 19.

7. Попов, Л. Н. Текстильные материалы технического назначения.

Справочник/ Л. Н. Попов, С. Г. Керимов . – Ярославль: Изд. ВНИИТТ, 2006.

– 492 с.

8. Технология целлюлозно-бумажного производства. Том 2. Часть 2.

Основные виды и свойства бумаги, картона, фибры и древесных плит. –

СПб.: Изд. Политехника, 2006. – 327с.

9. Перепелкин, К. Е. Армирующие волокна и волокнистые полимерные

композиты/ К. Е. Перепелкин. – СПб.: Научные основы и технологии, 2009. –

400 с.

10. Перепелкин, К.Е. Особенности оценки механических свойств

сверхвысокомодульных и сверхпрочных технических нитей / К. Е.

Перепелкин, М. Н. Иванов // Вестник СГУТД. – 2007. – № 14. – С. 33 – 42.

11. Перепелкин, К. Е. Прошлое, настоящее и будущее химических

волокон: монография / К. Е.Перепелкин. – М.: МГТУ им. А. Н. Косыгина,

2004. – 208 с.

12. Полимерные композиционные материалы. Свойства. Структура.

Технологии. /под ред. А. А. Берлина. СПб.: Профессия, 2009. 560 с.

13. Михайлин, Ю. А. Специальные полимерные композиционные

материалы/ Ю. А. Михайлин. – М.: Научные основы и технологии, 2009. –

660 с.

14. Товароведение и экспертиза промышленных товаров: Учебник / под

ред. проф. А.Н. Неверова. – М.: МЦФЭР, 2006. – 848 с.