Текстильные формы арамидных волокон

Практическое применение армирующие арамидные волокна получили в виде нитей, жгутов, лент, тканей, а также в виде крученых и плетеных изделий.

Высокопроизводительные процессы текстильного производства требуют сохране­ния техническими нитями исходных свойств при значительных механических воздейст­виях, возникающих в технологическом процессе.

Сравнительно высокое удлинение волокон Кевлар, СВМ, Русар при растяжении, практически не меняющееся при резком увеличении скорости деформирования, низкий модуль упругости в поперечном направлении и высокая прочность вдоль оси волокна, повышенная ус тойчивость к воздействию ударных и знакопеременных нагрузок, доста­точно высокая прочность волокон в петле (78%) и узле (49%) - всё это, несмотря на вы­сокий модуль упругости при растяжении, обеспечило широкие возможности перера­ботки волокон Кевлар, СВМ, Русар практически всеми методами, принятыми в тек­стильной промышленности.

Арамидные волокна отличаются хорошей способностью к текстильной перера­ботке. Сохранение прочности арамидных волокон после ткачества составляет 90% ис­ходной прочности, что дает возможность применять их в качестве тканых армирующих материалов. В зависимости от соотношения волокон в основе и утке ткани могут обла­дать анизотропией механических характеристик и варьироваться от равнопрочных до кордных (основных и уточных), в которых основная масса волокон ориентирована в направлении основы (основные) или утка (уточные).

Отечественной и зарубежной промышленностью выпускаются ткани на основе арамидных волокон, имеющие различное переплетение, когда каждая нить основы и утка проходит поочередно сверху и снизу пересекающихся нитей. Широко распростра­ненным является полотняное переплетение, когда каждая нить проходит поочередно сверху, а затем снизу пересекающей ее нити. Более сложным является саржевое пере­плетение (рисунок 18.9), при котором каждая нить основы и утка проходит поочередно сверху и снизу двух и четырех пересекающих ее нитей. При этом на поверхности ткани образуется структура диагональных линий. Возможны и другие типы переплетений, например, трехмерные.

а б

Рисунок 18.9 - Схемы полотняного (а) и саржевого переплетения тканей (б) [15].

Незначительное снижение механических свойств арамидных волокон при текстиль­ной и других видах переработок послужило причиной широкого применения метода намотки при изготовлении изделий из органопластика на типовом оборудовании для намотки.

В процессе ткачества наблюдаются низкие потери прочности волокон Кевлар, СВМ, Русар благодаря сравнительно слабо выраженной зависимости прочности и удлинения нитей при растяжении от длины и линейной плотности (таблица 18.7)

При увеличении длины нитей в 10 раз прочность уменьшается на 16-20%, относительное удлинение на 43-45%, причем это понижение для толстых нитей выражено в большей степени.

Прочностьволокон Кевлар, СВМ в процессе ткачества снижается на 10% (стеклянных на 25-40%) (текстильная переработка углеродных и борных волокон возможна только при использовании нитей специальных марок на специальном оборудовании).

Таблица 18.7 - Механические свойства при растяжении нитей из волокон

Кевлар-49 [1].

Длина нити, мм	Линейная плотность нити, текс	σ+, ГПа	ε+, %
25,4		3,42(13,9)*	4,13(15,5)*
		2,74(19,0)	2,3 (19,3)
25,4		3,50(12,1)	4,0(12,5)
		2,94(10,8)	2,32 (8,9)

*В скобках указан коэффициент вариации

На основе волокон СВМ, Армос, Терлон, Русар производится большой ассорти­мент нитей, жгутов и тканей различной текстуры, свойства которых приведены в таблицах 18.8-18.13. Нити используют для получения органоволокнитов (Органиты 6Н, 6МА, 7Н), тка­ни - для органотекстолитов (Органиты 5Т, ТС; 6ТЗ, 10Т, 11Т, 12Т, 12ТО, 15Т, 15ТМ, 15ТМО, 16Т), стеклоорганоткани Т-39, Т-42 - для поливолокнистых внутрислоевых стеклоорганопластиков (Органиты 6ТКС, 7ТКС, 7ТКС/42, 8ТКС, 12ТКС/42). Гибрид­ные ткани из волокон СВМ и Армос в сочетании со стеклоровингом изготавливают в ОНТО «Технология».

Нити Армос имеют наиболее высокие упруго-прочностные свойства (Армос ВМА - высокомодульные нити и жгуты; Армос ВМН - нити, Армос ТСН — термостойкие ни­ти). На основе комплексных нитей с линейной плотностью 29,4-100 текс выпускают жгуты 600-1000 текс трощением нитей 100 текс (таблица 18.9).

Таблица 18.8 - Механические свойства высокомодульных технических нитей Армос [16].

Таблица 23	Механические свойства высокомодульных технических нитей
Показатели	Нить 58,8 текс	Нить 100 текс
Марка А	Марка Б	Марка А	Марка Б	Марка В
Крутка, кр/м	50±15	50±15	50±15	50±15	35±15
σразр, кгс	11,8	11,8	21,0	19,5	18,9
ε+, %
Е+, ГПа	145,0	140,0	145,0	140,0	-
σ+ нити в микро­пластике, ГПа	4,5	4,2	4,5	4,2	-

Таблица 18.9 – Упруго-прочностные свойства жгутов Армос [16].

Свойства	Марка жгута
А-К	А-НК	Б-К	Б-НК	В-К	В-НК
σразр, кгс
Е+, ГПа
σ+ нити в микропла­стике, ГПа			4,8	4,8	4,5	4,5

Примечание: К - крученый жгут (из комплексных нитей с круткой 35±15 кр/м); НК - жгут из комплексных нитей с круткой менее 15 кр/м.

Таблица 18.10 - Типы и свойства нитей из ароматических полиамидов (ОАО "Каменскволокно") [16].

Свойства	Типы нитей
СВМ1)	Pycap1)	Русар "О"2)
Линейная плотность, текс	29,4	58,8	29,4	58,8				29,4
Число филаментов					300 (600)	300 (600)		-	-
Количество круток на м
Содержание замасливателя, %	1-2	1-2	0,8-2	1-2	0,8-2	0,8-2	1,2	1-2	1-2
σ+ нити, сН/текс
Е+,ГПа								-	-
ε+, %	2,8	2,8	2,6	2,7	2,6	3,5	3,2	-	-

Примечания: 1) нити предназначены для изготовления органопластиков, полимерной тканевой брони, для изделий радиотехнического назначения; 2) для изготовления тканевой брони.

Таблица 18.11 - Свойства однослойных тканей из арамидных нитей СВМ [2].

Структура ткани	Масса м2, г	Толщина, мм	Разрывная на­грузка, Н/50мм	Удлинение, %
ткани	монослоя в ПКМ	по ос­нове	по утку	по ос­нове	по утку
Ткани из нитей СВМ
Сатин 8/31); 14,3 текс; арт. 56313		0,25	0,10-0,15	>2350	>1960	<7,0	<8,0
Сатин 8/3; 29,4 текс; арт. 56334		0,38	0,18-0,20	>4415	>4415	<7,0	<8,0
Саржа 2/22); 29,4 текс; арт. 5384/84		0,27	0,28	>3920	>3920	<12,0	<10,0
Однонаправленная, 14,3 текс (кордная ткань ТО-6)3)		0,21	0,15	>9810	>785	<6,0	<6,0
Органостеклоткани
Т-39 (СВМ, 60% + ВМП-500, 40%)4)		0,35	0,27	>9810	>590	-	-
Сатин 5/3, полутораслойный		0,26	0,22	>7850	>1960	-	-

Примечания: 1) Также атлас 8/3 из нитей СВМ 14,3 текс; 2) Аналог Кевлар 285; 3) Также из ни­тей 29,4 текс; 58,8 текс; 4) Также Т-42/1-76 (50% СВМ 58,8 текс + 43 % ВМПС 40 текс).

Таблица 18.12 - Характеристики тканей на основе арамидных волокон СВМ [2].

Тип переплетения нитей	Поверхностная плотность, кг/мм2	Толщина, мм	Плотность укладки нитей, текс/мм	σ+, ГПа	Предельная деформация, %
по осно­ве	по утку	по основе	по утку	по основе	по утку
Полотно	- 0,11 0,075	0,45 0,25-0,3 0,15	142 44,1 26,5	142 47 30	0,39 0,24 0,28	0,39 0,27 0,35	- 14 10	-
Рогожка 2/2	0,18 0,11	0,35 0,20	59 43	74 44	0,27 0,26	0,31 0,26		11 10
Сатин 8/3	0,16	0,4			0,26	0,21
Однонаправленная лента	0,17	0,35		25,7	0,71	-	7,5	-

Таблица 18.13 - Структура и свойства тканей из полиарамидных волокон [16].

Артикул ткани	Ткань из нити	Поверхностная плотность, г/м2	Плотность набивки на 10 см/оу	Разрывная нагрузка, кг/см	Переплетение
5363/12	Армос 58,8 текс		150/150	136/182	полотно*
5363/11	Армос 100 текс		112/110	208/228	полотно*
5363/11с	Армос 100 текс		110/110	210/238	саржа*
01-94	Терлон 58,8 текс		160/150	113/117	полотно
ст 709	Тварон 93 текс		115/105	152/156	полотно
	СВМ 14,3 текс		369/338	112/110	полотно
	СВМ 14,3 текс		307/208	74/81	атлас
56319л	СВМ 29,4 текс	118,8	200/200	104/98	полотно

Примечание: * - для брони

На рисунке 18.10 показано штапельное волокно, изготовленное из свежесформированной нити Русар, Русар–“О”. Используется для производства смесовой пряжи специального назначения. Физико-механические показатели штапельного волокна на основе нити Русар приведены в таблице 18.14 [16].

Рисунок 18.10 - Штапельное волокно [16].

Таблица 18.14 - Физико-механические показатели штапельного волокна [16].

Наименование показателей	Среднее значение
Линейная плотность элементарного волокна	0,147 ÷ 0,337
Длина волокна, мм	40 ÷ 70
Удельная разрывная нагрузка

Пряжа крученая из смеси 75% параарамидного во­локна и 25% хлопка линейной плотности 27.1 текс х 2 предназначена для изготовления боевой одеж­ды пожарного, средств спасения и других тех­нических целей.Пряжа выпускается в виде трёхконусных бобин на полимерных конусных патронах (рисунок 18.11) с физико-механическими показателями представленными в таблице 18.15.

Рисунок 18.11 - Форма намотки на патрон [16].

Таблица 18.15 - Физико-механические показатели крученой пряжи [16].

Наименование показателя	Крученая пряжа
Линейная плотность, текс	27.1 текс х 2
Разрывная нагрузка, Н (гс)	8.9 (907.2)
Удельная разрывная нагрузка, сН/текс (гс/текс)	16.4 (16.7)
Удлинение при разрыве,%	5.2
Крутка, кр/м
Коэффициент крутки, ат (ам)	38.2 (120.7)
Укрутка, %	0.8
Устойчивость к истиранию в петле, число циклов до истирания
Изгибоустойчивость, число циклов до разрушения

На рисунке 18.12 и таблице 18.16 представлены виды переплетения и физико-механические характеристики суровой ткани на основе нити Русар, выпускаемой в ОАО «Каменскволокно», соответственно.

а б

Рисунок 18.12 – Виды переплетения тканей: а – саржа 2/2; б – рогожка 2/2 [16].

Таблица 18.16 - Физико-механические показатели суровой ткани [16].

Наименование показателя	Норма для ткани
Линейная плотность пряжи, текс (Nм) - по основе - по утку	27x2 (36.9/2) 27x2 (36.9/2)
Ширина ткани, см	91.4
Поверхностная плотность, г/м2
Переплетение	саржа 2/2
Число нитей на 10 см - по основе - по утку
Состав сырья, % - по основе - по утку	Русар- «О»: хлопок (75:25) Русар- «О»: хлопок (75:25)
Разрывная нагрузка полоски ткани (50мм х 200мм), Н - по основе - по утку
Относительное удлинение при разрыве, % - по основе - по утку	18.6 8.9

Фирма Du Pont выпускает некрученые нити 21,6 и 42,2 текс, рубленые волокна, ровницу 506 и 844 текс., ткань 181 (структура аналогична структуре стеклянной ткани 181, но органоткань на 44% легче; масса стеклянной ткани 181-297 г/м², и в 2 раза проч­нее ее, разрывная нагрузка 600 кгс/5 см), 120 (органоткань на 26% легче, масса органоткани ткани 82 г/м² и в 2 раза прочнее - 220кгс/5см), равнопрочные ткани сатинового (181) и полотняного (120, 220, 281, 285, 328) переплетения, однонаправленные кордные ленты с редким утком (143, 243).

Большинство тканей изготовлено из толстых нитей (126-157 текс), однако тол­щина тканей из них сравнительно невелика (250 - 330 мкм). Из самых тонких нитей (21,6 текс) производится равнопрочная ткань типа 120 полотняного переплетения мас­сой 60 г/м² толщиной 114 мкм [2].

Помимо большой экономической эффективности, применение тканей из толстых нитей позволяет повысить прочность при сжатии органотекстолитов. Увеличение линейной плотности ни­ти К-29 в полотняных тканях 120 и 220 в 2 раза, с 21,6 до 42,2 текс, повышает прочность при сжатии на 32% со 140 до 210-220 МПа. Для предотвращения коррозии ткацкого оборудования не­обходимо использовать нити из волокон, рН которых находится на уровне 6,5-7 (тща­тельная нейтрализация карбонатом натрия и промывка водой после формирования ни­тей из растворов в концентрированной H₂SO₄).

Волокно Кевлар-29 (Nomex) выпускается в виде технических нитей с различной линейной плотностью и структурой, с круткой и без крутки, с ворсом. Пряжу из волокон Кевлар-29 типа 964 (правая крутка 80 см^–1) изготавливают из нитей с числом филаментов 134, 267, 666, 1000 (соответственно линейная плотность 22,2; 44,4; 111,0; 166,6 текс). Пряжу из волокон Кевлар-29 типа 960 (для канатов и корда) изготавли­вают из нитей с числом филаментов 660, 1000 (со шлихтовкой), 10000 (соответственно линейная плотность 111,0, правая крутка 80 см^–1; 166,7, правая крутка 80 см^–1; 1666,7 текс.

Волокно Кевлар-49 выпускается в виде пряжи (линейная плотность 21,6, 42,2, 157,7 текс, соответственно число филаментов 134, 267, 1000), ровинга (жгуты) 506,6 (авиационно-космическое назначение) текс; 788,8 текс (общее назначение) и тканей.

При одинаковой толщине наиболее высокая трещиностойкость органопластиков, тканой брони достигается при использовании тканей с высокой степенью извитости нитей (в броне меньше слоев более толстых тканей с высокой извитостью нитей, раз­рушение локальное, аналогично разрушению вязких металлов).

Нетканые материалы различной толщины (0,05-3,0 мм) и плотности (24-470 г/м²) из штапельных волокон легче аналогичных стеклянных на 20-30% (эффективная хими­чески стойкая облицовка трубопроводов для защиты их от коррозии). Разработаны и анизотропные однонаправленные нетканые и тканые материалы с сочетанием арамидных, стеклянных и углеродных волокон (фирма «Дайтрик сейлз энд сёвис», США).

Разработан большой ассортимент рубленых волокон Кевлар (резка пропитанных нитей предпочтительна) и нетканых материалов (холсты, маты, войлок).

Литература:

1. Справочник по КМ: в 2-х кн. Кн1. / Под ред. Дж. Любина. - М.: Машиностроение, 1988. - С. 340-393.

2. Кудрявцев Г. И., Варшавский В. Я. Армирующие химические волокна для КМ. - М.: Химия, 1992. - 236 с.

3. Наполнители для ПКМ: Справочное пособие. Пер. с англ. / Под ред. П. Г. Бабаевского. - М.: Химия, 1984. - С. 595-369.

4. Перепёлкин К. Е., Структура и свойства волокон. - М.: Химия, 1985. - 274 с.

5. Перепелкин К.Е. Химическое волокно: настоящее и будущее. // Химические волокна, 2000.- №5. - С.35-38.

6. Слугин И.В., Скляров Г.Б. и др. Микрофиламентная нить русар для средств баллистической защиты // Химические волокна, 2006. - № 1. - С. 17.

7. Слугин И.В., Скляров Г.Б. и др. Параарамидные нити русар для композиционных материалов конструкционного назначения // Химические волокна, 2006. - № 1. - С. 19-21.

8. Пакшвер А.Б. Волокна из синтетических полимеров. – М.: Химия, 1970. – 343 с.

9. Polymer Communication, 1989. - v.30. - №6. - Р.184-186.

10. Химические волокна, 2000. - №5. - С. 17-20.

11. Бандурян С.И., Иовлева М.М., Будницкий Г.А. Образование первичной надмолекулярной структуры некоторых видов волокон в условиях формования мокрым способом // Химические волокна, 2003. - №5. - С. 29-31.

12. Химические волокна, 1981. - №5. - С. 5-12.

13. Цобкалло Е.С. и др.// Химические волокна, 1998. - №3. - С. 30-33.

14. Проспект «Kevlar», фирма Du Pont, 12. 1993. - 28 с.

15. Перепелкин К.Е., Полимерные волокнистые композиты, их основные виды, принципы получения и свойства. Часть 2 // Химические волокна, 2005. - №5. – С.54-

16. Проспект ОАО «Каменскволокно», 2001.