Свойства материалов на основе арамидных волокон и области их применения Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 677.494

А. Р. Ибатуллина

СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ АРАМИДНЫХ ВОЛОКОН И ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

Ключевые слова: арамидное волокно, переплетение, трикотаж.

Проведен анализ свойств арамидных волокнистых материалов. Рассмотрены основные области применения данных материалов.

Keywords: aramidfiber, interlacing, knits.

Analysis ofproperties of aramid fiber materials was conducted. The main areas of application of these materials were considered.

Способность арамидного волокна к переработке в пряжу, ткани и трикотаж на обычном текстильном оборудовании позволяет производить широкий ассортимент текстильных изделий на его основе.

Защитная и огнестойкая одежда, элементы конструкций современной техники и армированные пластики наиболее часто изготавливают из тканых материалов. Ткань, как правило, состоит из двух переплетающихся систем нитей, расположенных взаимно перпендикулярно. Переплетение существенно влияет на структуру ткани, её внешний вид и свойства. Выделяют три вида главных переплетений: полотняное, саржевое, атласное (сатиновое). Данные виды переплетений обычно используют в армирующих тканях.

Текстильные материалы чаще всего испытывают деформацию растяжения. Поэтому важными показателями качества тканых материалов являются показатели разрывной нагрузки и разрывного удлинения [1].

В полотняном переплетении каждая нить основы переплетается с уточной нитью через одну. Характерный признак - обе стороны ткани одинакового качества. Для тканей полотняного переплетения вследствие наибольшей слитности их структуры и наиболее прочной связи между нитями основы и утка характерна большая прочность и жесткость, они выдерживают наибольшую разрывную нагрузку. Ткани полотняного переплетения из арамидных волокон наиболее распространены в мире благодаря удачному сочетанию высоких баллистических свойств и свойств снижения запреградной травмы в конструкциях противопульных бронежилетов. Используются как в монопакетах, так и в гибридных конструкциях.

Для тканей саржевого и атласного переплетений характерны длинные участки нитей. Обычно длина этих участков значительно больше критической длины волокон в КМ, поэтому данные виды переплетений актуальны при создании армированных пластиков [2].

Поверхность саржевого переплетения отличается характерными «диагональными» полосами. Ткани саржевого переплетения отличаются высокой стойкостью к истиранию, но при прочих равных условиях эти ткани менее

прочные, чем ткани полотняного переплетения, так как нити в саржевом переплетении расположены менее плотно. Ткани саржевого переплетения из арамидных волокон - это универсальные ткани, применяемые как для защиты от пуль со стальным и свинцовым сердечником, так и для противоосколочной защиты. Используются как в монопакетах, так и в гибридных защитных конструкциях.

Основные и уточные нити в тканях сатинового (или атласного) переплетения редко изгибаются. Поэтому ткань обладает малым удлинением. На лицевой стороне ткани образуется настил из уточных (или основных) нитей. Однако при таком переплетении связи нитей слабее, чем в тканях полотняного или саржевого переплетений и ткань получается менее прочной. Поэтому ткани сатинового переплетения делают очень плотными [2]. Поверхность тканей сатинового (атласного) переплетений гладкая, ровная, блестящая. Сатины отличаются повышенной стойкостью к истиранию, малым коэффициентом трения. Согласно экспериментальным данным зарубежных исследователей арамидные ткани сатинового переплетения показывают наименьшее

сопротивление пулевому пробитию. Но при этом ткани атласного переплетения из арамидных волокон оптимальны для применения в структурах композитов со сложной конфигурацией, так как обладают необходимой для этого гибкостью. Также, такие ткани эффективны в качестве лицевых пулеотражающих слоев в бронепакете с градиентной структурой построения [3].

Ткани вафельного переплетения относятся к рельефному типу переплетений [1, 4]. На поверхности тканей вафельного переплетения создается узор из прямоугольных ячеек, грани которых выступают, а середина углублена. Места с короткими перекрытиями соответствуют углубленной части ячейки, длинными перекрытиями образуются выступающие рельефные грани прямоугольника. Ткани вафельного переплетения из арамидных волокон уникальны по своим свойствам снижения запреградного воздействия пули, что предопределило их использование в гибридных конструкциях. На сегодняшний день, это наиболее эффективный материал для использования в бронеконструкциях с использованием «жидкой»

брони для увеличения времени на агломерацию. На рисунке 1 представлены изображения арамидных тканей различных переплетений.

Рис. 1 - Арамидные ткани различных переплетений: а) полотняное, б) саржевое, в) атласное, г) вафельное

Существуют так же и другие переплетения. Так ученые уже исследовали влияние типов переплетений арамидных тканей на их пулезащитные свойства. В исследованиях, кроме рассмотренных выше полотняного, саржевого и сатинового переплетений, в качестве объекта выступала так же ткань так называемого «корзинного» переплетения. В отечественной литературе данный тип ткани называют «рогожкой». Переплетение нитей в данном случае образуют шахматный рисунок. Наилучшие защитные свойства против бронебойных пуль, особенно при низких скоростях (малых энергиях), имеет полотняное переплетение. При

высокоскоростных испытаниях многослойных конструкций наибольшим баллистическим сопротивлением обладает рогожка 2х2 [5].

Для армирования волокнистых полимерных композитов также могут быть использованы плетеные и вязаные полотна.

Плетеные материалы отличаются наклонным положением нитей относительно оси изделия. Возможно создание трехосной усиленной структуры плетеного полотна. Степень объемного заполнения плетеных структур примерно равна степени заполнения тканей.

По осям полотна механические свойства тканей и плетеных материалов противоположны. Ткани демонстрируют наибольшую растяжимость в диагональном направлении. Плетеные же структуры, благодаря наклонному положению нитей, лучше растягиваются в продольном и поперечном направлениях [2]. Это позволяет изготавливать из них изделия, легко облегающие детали сложной формы. В ходе плетения возможно также использование различных видов нитей, что ведет к созданию гибридных армирующих наполнителей. Принципиальное отличие плетеных материалов с тканями показано на рисунке 2.

а

б

Рис. 2 - Сравнение схем плетеных материалов с тканями: а) ткань, б) простейшая плетеная структура, в) трехосная плетеная структура

Вязанные (трикотажные) полотна представляют собой материал, полученный путем взаимного переплетения петель [2]. Трикотажное полотно характеризуется высокой растяжимостью, гибкостью и мягкостью. Наиболее

распространенными трикотажными переплетениями являются простые (главные) поперечновязанные и основовязаные переплетения.

Специфические свойства трикотажа при использовании его в качестве армирующего наполнителя полимерных КМ обеспечивают ему некоторые преимущества перед ткаными структурами. Вследствие большой растяжимости и эластичности вязаным полотном можно армировать изделия сложной (выпуклой или вогнутой) формы, высокая гибкость трикотажа позволяет изготавливать из него детали с очень малыми радиусами кривизны.

Таким образом, кроме традиционных тканых армирующих структур при создании КМ нового поколения, которые будут востребованы во многих отраслях промышленности, интерес представляют трикотажные армирующие материалы.

а

б

в

в

г

По методикам, описанным в работе [6], проведены испытания по выявлению воздействия плазмы пониженного давления на свойства арамидных волокнистых материалов. Испытания показали положительное воздействие на физические и механические свойства арамидных волокон плазменной модификации [7,8], что играет важную роль при использовании арамидных тканей, плетеных материалов и трикотажа как в средствах баллистической защиты, так и при создании композиционных материалов.

Литература

1. Б.А. Бузов. Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности (швейное производство). Академия, 2004. 448 с.

2. К.Е. Перепелкин. Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты. Научные основы и технологии, 2009. 386 с.

3. Н.Ю. Долганина. Деформирование и разрушение слоистых тканевых пластин при локальном ударе. дис. ... канд. техн. наук.: 01.02.06. Челябинск, 2010. 128 с.

4. Н.А. Савостицкий. Материаловедение швейного производства: учебник для студ. образ. учережд. сред. проф. Образ. Академия, 2000. 240 с.

5. Cheng-Kun Chu, Yu-Liang Chen. Fibres & Textiles in Eastern Europe. №6, 63-67 (2010).

6. А.Р. Ибатуллина Е.А., Сергеева. Вестник Казанского технологического университета. №11, 113-117 (2012).

7. А.Р. Ибатуллина, Е.А. Сергеева. Кожа и мех в XXI веке: технология, качество, экология, образование. Материалы VIII международной научно-практической конференции. ВСГУТУ, 160-166 (2012).

8. А.Р. Ибатуллина, Е.А. Сергеева. Вестник Казанского технологического университета. №5, 40-47 (2013).

© А. Р. Ибатуллина - к.т.н., ассистент кафедры «Технология химических и натуральных волокон и изделий» КНИТУ, [email protected].

© A. R. Ibatullina, Candidate of Technical Sciences, Assistant of the Department «Technology of chemical and natural fibers and products» KNRTU, [email protected].