ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА СТРУКТУР И ПОЛУЧЕНИЕ ОСНОВОВЯЗАНОГО СТЕКЛОТРИКОТАЖА – НАПОЛНИТЕЛЯ КОМПОЗИТОВ

Шленникова Ольга Александровна

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

E-mail: pkfekm@mail.ru

THEORETICAL DEVELOPMENT OF STRUCTURE AND MANUFACTURE OF GLASS KNITTED FABRIC – FILLERS FOR COMPOSITES

Olga Shlennikova

Candidate of Technical Sciences, leading expert of OOO PKF EKM, Moscow

АННОТАЦИЯ

Проведена теоретическая разработка структуры стеклотрикотажа, используемого в качестве наполнителя композитов. Исследовано влияние параметров вязания при получении уточного трикотажа. Опытная апробация наполнителя подтвердила эффективность разработки.

ABSTRACT

A theoretical development of structure of glass knitted fabric used for composite fillers was carried out. The influence of knitting characteristics when manufacturing weft knitting fabric was examined. Test approval of the composite confirmed the effectiveness of the development.

Ключевые слова: стеклотрикотаж; наполнитель; структура; петля; уток; параметры вязания.

Keywords: glass knitted fabric; composite; structure; stitch; weft; knitting characteristics.

Композиты из стеклотекстиля применяют в различных сферах народного хозяйства. Основным свойством этих материалов является высокая термостойкость, что обеспечивается применением стеклонаполнителей, в частности из трикотажа. Температура плавления этих материалов, в зависимости от химического состава сырья колеблется от 600 до 1700⁰С. Одним из требований, предъявляемым к композитам является использование их в качестве абляционных материалов [4]. Эти условия выдвигают особые требования к наполнителю, то есть переплетению и параметрам петельной структуры стеклотрикотажа [6, 8]. Практическое применение композитов, с использованием уточного стеклотрикотажного наполнителя показало — такие материалы, при всех положительных характеристиках имеют один существенный недостаток: уточные нити в петельной структуре трикотажа подвергались быстрому уносу, т. е. разрушению наполнителя. Для устранения этого недостатка необходимо уточные нити дополнительно закрепить в структуре трикотажа. Разработка основовязаного трикотажа затруднена из-за сложного взаимного расположения нитей нескольких гребенок образующих петельную структуру. Комплексный графический метод проектирования основовязаного трикотажа позволяет получить схемы продольного и поперечного разреза полотна за счет совместного использования графиков движения гребенок [2]. Максимальное заполнение наполнителя достигается путем ввязывания горизонтальных уточных нитей под протяжки петель грунта. Для решения этого вопроса, используя графический метод предложено уточные нити дополнительно закреплять, провязывая их в петли. Это достигается тем, что уточные нити левой стороны образуют петли правой стороны, а уточные нити правой стороны образуют петли левой стороны в структуре трикотажа [5].

В структуре варианта-аналога, петли грунта образованы переплетениями сукно и двойной цепочкой 1 (рис. 1а). Ввязанные под протяжки грунта уточные нити 2 и 3, образуют автономные слои левой и правой сторон полотна. Структура теоретически разработанного трикотажа построена таким образом, что при разрушении петель грунта 1 уточные нити 2 закреплены петлями 3 в грунте противоположной стороны, составляя защитный слой полотна (рис. 1в). В таком трикотаже существенное значение имеет структура грунтового переплетения, которую создает переплетение двойная цепочка, с замещением грунтовых петель на петли из уточных нитей. Теоретическое решение вопроса требовало практического получения стеклотрикотажного наполнителя на основовязаной машине.

а)                         б)                                  в)

Рисунок 1. Схема двойного основовязаного трикотажа: а) уточной структуры

б) с закреплением уточной нити (неравномерный Вп.ут.>Вгр.)

в) с закреплением уточной нити (равномерный Вп.ут.=Вгр.)

Обычно вязание уточного трикотажа осуществляется следующим образом: гребенки с грунтовой нитью делают сдвиг только перед иглами, а уточные гребенки делают сдвиг только за иглами игольниц. При этом каждый петельный ряд трикотажа образуется грунтовыми нитями, а нити уточных гребенок только заполняют камеры образованные грунтом. Получение теоретически разработанного трикотажа имеет свои особенности: необходима поочередная работа грунтовых и уточных гребенок, для вывязывания из них петель.

Особенности технологии петлеобразования, связанные с прокладыванием уточных нитей на иглы и провязыванием из них петель потребовали изменения величины прокачки ушковых гребенок на машине. Однако, с увеличением прокачки перед иглами, увеличится величина прокачки и за спинками игл. Возникший при этом некоторый избыток нити, необходимо оттянуть, во избежание попадания нитей других гребенок на иглы. Увеличение величины прокачки приводит к повреждению элементарных волокон стеклянной нити, неоднократно проходящих через ушковую гребенку. Кроме того, ушковые гребенки в одном петельном ряду сдвигаются на три игольных шага и делают шесть прокачек. Взаимодействие стеклянной нити с поверхностью металла может привести к частичному повреждению или разрушению отдельных элементарных волокон. При переработке стеклянных нитей, рекомендуется, чтобы нитеконтактирующие детали вязального оборудования имели ▽ 11—12 класс чистоты обработки поверхности [7].

Предварительные исследования показали, что на равномерность петельной структуры разработанного трикотажа влияет натяжение уточных и грунтовых нитей в процессе петлеобразования. Достичь равномерной петельной структуры трикотажа возможно, изменяя соотношения входного натяжения нитей грунта и утка. Для этого проведены экспериментальные исследования: тензодатчики установили в плоскости бруса ушковых гребенок и на игольнице для фиксации перемещения игольницы в период петлеобразования. Предполагалось, что выравнивание петельной структуры трикотажа осуществится за счет увеличения натяжения уточных нитей, т. к. они провязанные в петлю, дают увеличенную высоту петельного ряда В_п.ут.>В _гр. (рис. 1б).

Однако равномерности по петельным рядам в этих вариантах полотен не достигнуто, кроме того, при дальнейшем увеличении натяжения уточных нитей возникало нарушение технологии петлеобразования (табл. 1. вар. 1—3). В следующих вариантах (вар. 4—6) увеличение натяжения нитей грунта способствовало получению равномерной петельной структуры полотна. Анализируя данные таблицы 1 видно, что с увеличением натяжения грунтовых и уточных нитей петельный шаг (A) увеличивается незначительно, показатели высоты петельного ряда В_п.ут. и В_гр. уменьшаются.

Таблица 1.

Параметры структуры и свойства двойного основовязаного уточного стеклотрикотажа

При В_п.ут.>В_гр., петли из уточной нити имеют вытянутую форму — структура трикотажа неравномерная (рис. 1б). Исходя из опыта переработки стеклянных нитей на основовязаных машинах, рекомендуется входное натяжение установить в пределах 0,2—0,5 %, при критическом натяжении ~ 0,7 % от разрывной нагрузки стеклянной нити [1]. В вариантах 4—6 (табл. 1) среднее значение входного натяжения составляет 0,34 %, при максимальном ~ 0,6 % от разрывной нагрузки стеклонити. Дальнейшее увеличение входного натяжения стеклянной нити приводит к повреждению элементарных волокон и нарушению технологии петлеобразования. Соотношение входного натяжения уточной и грунтовой нити k=108–117 % позволило получить равномерную и плотную петельную структуру (рис. 1в), имеющую максимальную поверхностную плотность полотна (вар. 6, табл. 1). Такая структура стеклотрикотажа отвечает требованиям, предъявляемым к наполнителю композитов.

Практическим решением поставленного вопроса является получение стеклотрикотажного наполнителя. Оценка разработанного стеклонаполнителя и варианта-аналога проводилась сравнением стеклопластиков СТР-4ТР и СТР-6ТР, полученных на основе стеклотрикотажа и кремнийорганической смолы КМ-9М. Композиты изготовлены методом формования под давлением 0,3 МПа по принятой стандартной технологии в соответствии с ОСТ 92-1445-87. Свойства материалов проверялась на образцах, вырезанных из текстолитных плит. На стенд, для аэродинамических испытаний в двухскоростных режимах вихревых потоков, устанавливались абляционные материалы. Показатель процесса разрушения теплозащитного покрытия характеризуется скоростью уноса массы [3]. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Стойкость стеклопластика к уносу

Наименьший унос массы материала характеризует большую стойкость стеклотекстолита в условиях абляции. Экспериментальная апробация показала, что композит из разработанного стеклотрикотажного наполнителя, имеет на 15—20 % стойкость к уносу выше, чем ранее применяемый материал. Таким образом, теоретическая разработка структуры наполнителя с дополнительным закреплением уточных нитей в грунте, направленная на повышение стойкости к процессу абляции, экспериментально подтвердилась. Следовательно, настоящая разработка технически эффективна.

Список литературы:

1.Зиновьева В.А., Карякина Р.Г., Шленникова О.А. Применение нетрадиционных нитей в производстве трикотажа // Трикотажная и текстильно-галантерейная пром-сть. ЦНИИТЭИлегпром.1988. — 36 с.

2.Зиновьева В.А., Морозова Л.В., Шленникова О.А. Комплексный графический метод проектирования структуры и рисунка основовязаного трикотажа // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, 2005, № 3. — С. 79—82.

3.Новый политехнический словарь М.: Большая Российская энцик-дия 2003.

4.Полежаев Ю.В., Юркевич Ф.Б. Тепловая защита. М.: Энергия, 1976. 390 с.

5.Шленникова О.А., Зиновьева В.А. Основовязаный трикотаж для теплозащитных пластиков // Все материалы,2009, № 6. — С. 24—29.

6.Шленникова О.А. Наполнители из стеклотрикотажа для композитов // Композитный мир, 2010, № 6. — С. 6—8.

7.Шленникова О.А., Зиновьева В.А., О повреждаемости стеклянных нитей на вязальном оборудовании и возможности её устранении // Химические волокна, 2010, № 5. — С. 53—56.

8.Шленникова О.А., Зиновьева В.А., Данилов Б.Д. Разработка ассортимента основовязаного трикотажа технического назначения // Сборник научных трудов РЗИТЛП, 2005, вып. 2. — С. 47—57.