CC BY
2УДК 677.017 https://doi.org/10.24412/2617-149X-2022-2-38-42
Разработка и исследование технологического процесса получения многокомпонентных огнетермостойких нитей
О.В. Шумилин, Д.Д. Соколова, В.Г. Буткевич, Г.И. Москалёв3 Витебский государственный технологический университет, Республика Беларусь
E-mail: [email protected]
Аннотация. Авторами предложен технологический процесс получения многокомпонентных огнетермостойких нитей. В этих нитях в качестве основы используется стеклонить, а в качестве обкручивающего компонента - огнетермостойкие волокна «Арселон». Исследованы физико-механические свойства предложенных нитей. Многокомпонентные огнетермостойкие нити рекомендованы в производство.
Ключевые слова: волокно, нить , крутка, физико-механические параметры, сердечник, обвивочный слой, исследование, эксперимент, материал.
Development and Research of Technological Process of Multicomponent Flame-Retardant Yarns Production
O. Shumilin, D. Sokolova, V. Butkevich, G. Moskalyova Vitebsk State Technological University, Republic of Belarus E-mail: [email protected]
Annotation. The authors have proposed a technological process for the production of multicomponent flame-retardant yarns. In these yarns glass fiber is used as a backing and fire-thermal-resistant fibers «Arselon» as a wrapping component. The physical and mechanical properties of the proposed yarns have been investigated. The multicomponent fire-thermal resistant yarns are recommended for production.
Key words: fiber, yarn, twist, physical and mechanical parameters, core, twist layer, research, experiment, material.
Проблема огнезащиты текстильных материалов возникла давно. Но до недавнего времени основным направлением научных исследований была разработка методов придания негорючести целлюлозным волокнам и тканям.
С развитием промышленности синтетических волокон, увеличением объема их производства, и с усилением внимания мирового сообщества к защите окружающей среды и человека возникла необходимость разработки методов экологически безопасного придания огнестойкости материалам из этих волокон.
Основная задача, поставленная при создании тканей технического назначения - обеспечение необходимого комплекса свойств, в зависимости от области применения и назначения ткани. Решение данной задачи во многом зависит от рационального сочетания свойств выбранного исходного сырья, параметров строения ткани и технологии ее изготовления.
На отечественном рынке огнезащитных и термостойких материалов наиболее известны два типа тканей:
- ткани на основе термостойких волокон (в меньшей степени российского происхождения, в
большей - зарубежного производства), которые достаточно серьезно заполняют наш рынок и обладают устойчивыми огнезащитными свойствами;
- ткани на основе хлопка и его смесей с полиэфирным волокном, которые требуют отделки специальными препаратами, шерстяные и полушерстяные с пропиткой и без. Однако эти ткани не сохраняют своих первоначальных свойств после стирок, химчисток и, в основном, в процессе эксплуатации.
Наиболее известными видами огнестойких волокон являются: кевлар, тварон, фенилон, оксалон, кермель, аримид, русар, СВМ, арлана и др. Большинство из них выпускается только в виде нитей и имеет высокий модуль упругости, малое удлинение, очень высокую прочность, низкую термическую усадку и высокие огнезащитные свойства. Они обеспечивают надежную защиту людей от теплового воздействия, пламени и порезов и используются в технике, самолето- и ракетостроении и других ответственных областях. Стоимость их довольно высока. В связи с тем, что эти волокна отличаются повышенной жесткостью, низким удлинением, низкой гигроскопичностью, они ограниченно используются в текстильном секторе.
швейное производство
В результате исследований установлено, что сохранение до 90 % прочностных показателей после воздействия открытого пламени может быть достигнуто только при использовании термостойких волокон в сочетании с заключительной отделкой специальными препаратами.
Одним из перспективных направлений снижения себестоимости производства огне- и термостойких нитей является создание новых видов неоднородных комбинированных нитей. В Республике Беларусь на ПО «Химволокно» (Светлогорск) выпускается штапельное химическое волокно «Арселон», а также арсе-лоновая комплексная нить. Превосходя по термостойкости известные мировые аналоги номекс и кевлар, это волокно имеет также существенное экономическое преимущество: для его получения используются относительно дешевые промышленные мономеры.
Формование волокон и нитей производится из сернокислотных растворов по мокрому методу в водно-сернокислотную ванну. Свежесформованные волокна и нити подвергаются дальнейшей обработке по непрерывной схеме, включающей операции вытяжки, промывки (с промежуточной нейтрализацией остатков серной кислоты раствором NaHCO3), повторной промывки и сушки. При производстве упрочненных нитей они подвергаются термическому вытягиванию и термической обработке. Для повышения устойчивости волокон к УФ-излучению вводится фотостабилизатор, например, натриевая или калиевая соль, мета- или па-раазобензол дикарбоновой кислоты. Получаемое волокно имеет существенно более высокую светостойкость и выпускается с товарным знаком «Арселон-С».
За последние годы выпуск волокон и нитей арселон и «Арселон-С» составил более 200 тонн с наращиванием производственных мощностей до 300 тонн.
Следует отметить высокую гидролитическую устойчивость полиоксадиазольных волокон и нитей по отношению к растворам кислот и щелочей, что очень важно как при фильтрации химически агрессивных сред, так и для специальной защитной одежды.
Термостойкие текстильные материалы и изделия
из этих волокон широко используются в следующих направлениях:
- фильтровальных полотнах для высокотемпературных газов;
- специальной защитной одежде;
- средствах профессиональной безопасности и спасения;
- специальном текстиле для авиа-, автотранспорта и опасных помещений;
- фрикционных композитах (в тормозных колодках взамен асбеста).
ВЫСОКОТЕРМОСТОЙКИЕ ПОЛИОКСАДИ-
ЗОЛЬНЫЕ ВОЛОКНА, НИТИ И ТЕКСТИЛЬ
НА ИХ ОСНОВЕ
Недостатками волокна являются относительно низкие разрывная нагрузка (35 сН/текс) и показатель кислородного индекса (26,5 %), что снижает устойчивость волокна к воздействию открытого пламени.
Авторами предложена технология получения ог-нетермостойких многокомпонентных нитей с использованием волокна «Арселон» в качестве обвивочного компонента и стеклонити в качестве сердечника.
В таблице 1 и 2 предложены основные физико-механические свойства волокон «Арселон» и компонентной стеклянной стеклонити.
В таблице 3 представлены физические, механические, термические, электрические, оптические и акустические свойства стекла марок А, С, Е и S.
При проведении исследований были получены ог-нетермостойкие нити и исследованы их свойства.
Формирование нити из волокна «Арселон» осуществлялось на кольцевой прядильной машине G 35 фирмы Rieter.
Одним из главных факторов, оказывающих влияние на физико-механичесие свойства пряжи кольцевого способа прядения является её крутка. С увеличением крутки пряжи до критического значения повышается её разрывная нагрузка и удлинение, снижается ворсистость, но при этом повышается жесткость пряжи и полотен из неё.
Таблица 1 - Физико-механические свойства волокна «Арселон»
Наименование показателя Единицы измерения Значение показателя
Кондиционная линейная плотность элементарного волокна текс 0,17
Штапельная длина мм 36
Удельная разрывная нагрузка элементарного волокна мН/текс 350
Удлинение элементарного волокна при разрыве % 45
Фактическая влажность % 8,04
Массовая доля замасливателя % 0,8
Склейки и роговидные волокна % 0,420
Количество витков на 1,0 см 4,4
Таблица 2 - Основные характеристики комплексной стеклонити 11 текс
Марка нити Количество сложений комплексной нити Результирующая линейная плотность нити, текс Направление крутки: 8 - левое; Z - правое Количество кручений на 1 м Удельная разрывная нагрузка, мН/текс (гс/текс), не менее Массовая доля веществ, удаляемых при прокаливании, %
ЕС511 1 11+5-7 % S 70±15% 610 (62) 1,1-1,9
Таблица 3 - Свойства стекла марок А, С, Е и S
Свойства Марка стекла
А С Е 8
Физические
Плотность, кг/м2 2500 2490 2540 2480
Твердость по Моосу - 6,5 6,5 6,5
Механические
Предел прочности при растяжении, МПа: 3033 3033 3448 4585
при 22 °С - - 2620 3768
при 371 °С - - 1724 2413
при 533 °С
Модуль упругости при растяжении при 22 °С, Мпа - 69,0 72,4 85,5
Предел текучести, % - 4,8 4,8 5,7
Упругое восстановление, % - 100 100 100
Термические
Коэффициент линейного термического расширения, 10-6К-1 8,6 7,2 5,0 5,6
Коэффициент теплопроводности, Вт/(мК) - - 10,4 -
Удельная теплоемкость при 22 °С - 0,212 0,197 0,176
Температура размягчения, °С 727 749 841 -
Электрические
Электрическая прочность, В/мм - - 19920 -
Диэлектрическая постоянная при 22 °С:
при 60 Гц - - 5,9-6,4 5,0-5,4
при 1 МГц 6,9 7,0 6,3 5,1
Потери при 22 °С:
при 60 Гц - - 0,005 0,003
при 1 МГц - - 0,002 0,003
Объемное сопротивление при 22 °С и 500 В постоянного тока, Омм - - 1017 1018
Поверхностное сопротивление при 22 °С и 500 В постоянного тока, Омм - - 1015 1016
Оптические
Коэффициент преломления - - 1,547 1,423
Акустические
Скорость звука, м/с - - 5330 5850
В связи с этим в производственных условиях проведены экспериментальные исследования влияния крутки на свойства пряжи линейной плотности 22,2 текс. Крутка изменялась в диапазоне от 650 до 800 кр./м. Результаты исследований представлены в на рисунке 1.
650 725 800
Крутка пряжи, кр./м
■ Относительная разрывная нагрузка, сНтекс
■ Коэффициент Еарнадни по разрывно!I нагрузке. со
Относительное разрывное )длинение, %
■ Квадратичеекая н еров нота пряжи на отрезках длиной 1 см, %
Рисунок 1 - Влияние крутки арселоновой пряжи на показатели её качества
Анализируя представленные результаты, можно сделать следующие выводы:
- относительная разрывная нагрузка пряжи несущественно повышается с увеличением крутки в исследуемом диапазоне в связи с тем, что критическая крутка пряжи близка к 800 кр./м;
- с ростом крутки повышается также неровнота по разрывной нагрузке пряжи, что характерно для круток выше критического значения;
- относительное разрывное удлинение и неров-нота пряжи по линейной плотности практически не зависят от её крутки в диапазоне от 650 до 800 кр/м.
Выбор оптимальной крутки пряжи будет осуществлен далее при проведении исследований процесса кручения пряжи в крутильном производстве.
Полученная одиночная пряжа из волокна «Арсе-лон» была скручена в 2 сложения на машинах с веретенами двойного кручения с разной круткой в диапазоне от 390 до 630 кр/м (табл. 4).
Анализируя полученные данные, можно отметить, что в исследованном диапазоне крутка крученой арселоновой пряжи не оказывает существенного влияния на ее основные свойства. Минимальная неравновесность пряжи достигается при крутке 420 кр/м. Однако данный образец характеризовался минимальной разрывной нагрузкой. Максимальный показатель качества выявлен у образца с круткой 560 кр/м. В связи с этим выбор крутки может быть осуществлен с учетом требований, устанавливаемых потребителем пряжи из диапазона 420-560 кр/м, так как за пределами данного интервала происходит существенное повышение коэффициента вариации по разрывной нагрузке пряжи.
По предложенной работе можно сделать следующие выводы:
- проведён анализ состояния вопроса использования огнетермостойких нитей и тканей;
- предложена многокомпонентная нить с использованием в качестве сердечника стеклонить, а в качестве обвивочного компонента волокна «Арселон»;
- исследованы основные физико-механические свойства многокомпонентной нити, огнетермостойкой комбинированной нити;
- предложенные нити можно рекомендовать в производство.
Таблица 4 - Основные характеристики комплексной стеклонити 11 текс
Наименование показателя Значение показателя
Крутка номинальная, кр./м 390 420 490 560 630
Крутка фактическая, кр./м 384 416 492 544 624
Линейная плотность, текс 44 44,5 44,0 45,0 44,8
Разрывная нагрузка, сН 1094 1049 1062 1104 1081
Относительная разрывная нагрузка, сН/текс 24,6 23,6 24,1 24,5 24,1
Коэффициент вариации по разрывной нагрузке, % 7,8 7,2 7,4 7,1 8,1
Показатель качества 3,15 3,28 3,26 3,45 2,98
Неравновесность, витков 7 4,0 10 10 9,0
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Фомин, Б. М. Перспективы выпуска огнезащитных тканей в России / Б. М. Фомин, С. Д. Николаев, Н. В. Егоров // Текстильная промышленность. - 2011. - № 4. - С. 64-66.
2. Дресвянина, Е. Н. Термоогнестойкие волокна / Е. Н. Дресвянина, Р. А. Макарова, Ю. Д. Трусов // Технический текстиль. - 2007. - № 16. - С.16-18.
3. Будницкий, Г. А. Применение термо-, огнестойких волокон для изготовления текстильных изделий / Г. А. Будницкий, А. В. Волохина // Текстильная химия. - 2003. - № 3. - С.23-24.
REFERENCES
1. Fomin, B. M. Prospects of fireproof fabrics production in Russia / B. M. Fomin, S. D. Nikolaev, N. V. Egorov // Textile industry. - 2011. - № 4. - P. 64-66.
2. Dresvyanina, E. N. Thermo-fire-resistant fibers / E. N. Dresvyanina, R. A. Makarova, Y. D. Trusov // Technicheskiy tekstil. - 2007. - № 16. - P.16-18.
3. Budnitsky, G. A., Application of thermo-, fire-resistant fibers for textile products manufacturing / G. A. Budnitsky, A. V. Volokhina // Textile chemistry. - 2003. - № 3. - P.23-24.
SPISOK LITERATURY
1. Fomin, B. M. Perspektivy vypuska ognezashhitnyh tkanej v Rossii / B. M. Fomin, S. D. Nikolaev, N. V. Egorov // Tekstil'naja promyshlennost'. - 2011. - № 4. - S. 64-66.
2. Dresvjanina, E. N. Termoognestojkie volokna / E. N. Dresvjanina, R. A. Makarova, Ju. D. Trusov //Tehnicheskij tekstil'. - 2007. - № 16. - S.16-18.
3. Budnickij, G.A., Primenenie termo-, ognestojkih volokon dlja izgotovlenija tekstil'nyh izdelij / G. A. Budnickij, A. V. Volohina // Tekstil'naja himija. - 2003. - № 3. - S.23-24.
Статья поступила в редакцию 15.03.2023.
