Ткань комбинированная сатинового переплетения
Владельцы патента RU 2405072:
Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения (RU)
Изобретение относится к производству комбинированных армирующих наполнителей и может быть использовано при изготовлении высоконагруженных силовых конструкций, обладающих антистатическим эффектом для корпуса баллона высокого давления из композиционных материалов. Ткань комбинированная сатинового переплетения стеклосинтетическая конструкционного назначения содержит в основе арамидные нити, а в утке стеклянные нити. Между арамидными и стеклянными нитями уложены комплексные электропроводящие нити, выполненные из поли-ε-капроноамидных волокон, покрытых непрерывным слоем электропроводящей композиции на основе фторсодержащего полиолефина и технического углерода, взятых в массовом соотношении от 1:0,6 до 1:0,8, при этом массовое соотношение поли-ε-капроновых волокон и слоя электропроводящей композиции составляет от 55:45 до 60:40. Соотношение комплексных электропроводящих нитей и стеклянных и арамидных волокон составляет от 1:7 до 1:10. Технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности и ресурса работы намоточных изделий. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.
Изобретение относится к производству комбинированных армирующих наполнителей и может быть использовано при изготовлении высоконагруженных силовых конструкций, обладающих антистатическим эффектом, например, для поясов-шпангоутов корпуса баллона высокого давления из композиционных материалов
Известна ткань сатинового переплетения, содержащая в основе арамидные волокна, известные под маркой СВМ, а в утке стеклянные нити, известные под маркой ВМПС, образующие, соответственно, «лицевую» и «изнаночную» стороны армирующего наполнителя, выпускаемую по ТУ 6-1-594-84.
Также известны ткани комбинированные стеклосинтетические на основе синтетических тканей Армос, Русар, размещенных по основе ткани и стеклянных нитей ВМПС 10-40×1×2, размещенных по утку, выпускаемые по ТУ 5052-195-05786904 (прототип).
Основным недостатком известных тканей сатинового переплетения, изготовленных на основе указанных арамидных волокон и стеклонитей, является то, что данные ткани не обладают антистатическим эффектом, т.е. накапливают на своей поверхности заряды статического электричества.
Ближайшим аналогом, выбранным в качестве прототипа, являются «Ткани комбинированные стеклосинтетические конструкционного назначения» по ТУ 5052-195-05789904-2004.
Основной задачей разработки является создание такого композиционного материала на основе ткани комбинированной из арамидных (основа), стеклянных (уток) и комплексных электропроводящих полимерных (основа и уток) нитей, который обладает устойчивым антистатическим эффектом, т.е. не накапливает на своей поверхности зарядов статического электричества.
Техническим результатом, который может быть получен от использования изобретения, является повышение эксплуатационной надежности и ресурса работы намоточных изделий, силовая оболочка и пояса-шпангоуты которых выполнены на основе указанной ткани.
Основная задача решена и технический результат достигнут за счет того, что в известной ткани комбинированной стеклосинтетической конструкционного назначения, содержащей в основе арамидные нити, а в утке стеклянные нити, согласно изобретению, между арамидными и стеклянными нитями уложены комплексные электропроводящие нити, выполненные из поли-ε-капроамидных волокон, покрытых непрерывным слоем электропроводящей композиции на основе фторсодержащего полиолефина и технического углерода, взятых в массовом соотношении от 1:0,6 до
1:0,8, при этом массовое соотношение поли-ε-капроамидных волокон и слоя электропроводящей композиции составляет от 55:45 до 60:40.
Также, согласно изобретению, массовое соотношение комплексных электропроводящих нитей и стеклянных и арамидных волокон составляет от 1:7 до
1:10.
Отличительными признаками заявляемой ткани комбинированной стеклосинтетической конструкционного назначения являются следующие:
- между арамидными и стеклянными нитями уложены комплексные электропроводящие нити, выполненные из волокон, покрытых непрерывным слоем электропроводящей композиции на основе фторсодержащего полиолефина и технического углерода взяты в массовом соотношении от 1:0,6 до 1:0,8;
- массовое соотношение поли-ε-капроамидной ткани и слоя электропроводящей композиции на основе саженаполненного полиолефина составляет от 55:45 до 60:40;
- в ткани комбинированной стеклосинтетической конструкционного назначения массовое соотношение комплексных электропроводящих нитей и стеклянных и арамидных волокон составляет от 1:7 до 1:10.
Указанные отличительные существенные признаки являются новыми, т.к. их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружено, что позволяет характеризовать новое техническое решение соответствующим критерию «новизна».
Единая совокупность новых существенных признаков с общеизвестными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу и достичь новых технических результатов, что позволяет характеризовать новое техническое решение существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники, аналогом и прототипом.
Новое техническое решение является результатом опытно-конструкторского вклада, получено без использования, стандартных проектировочных решений или каких-либо рекомендаций, является оригинальным и неочевидным и соответствует критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами и кратким описанием.
На фиг.1 представлена ткань комбинированная стеклосинтетическая на основе комплексных электропроводящих нитей, арамидных и стеклянных волокон. На фиг.2 представлен баллон высокого давления, пояса-шпангоуты которого выполнены из предлагаемой антистатической ткани конструкционного назначения.
Представленная на фиг.1 ткань комбинированная стеклосинтетическая конструкционного назначения состоит из комплексных электропроводящих нитей 1, уложенных по утку и основе ткани, и арамидных 2 (основа) и стеклянных 3 (уток) волокон, при этом соотношение комплексных электропроводящих нитей и арамидных и стеклянных волокон составляет от 1:7 до 1:10.
Представленный на фиг.2 баллон высокого давления состоит из высоконагруженных силовых элементов - поясов-шпангоутов 4, выполненных из предлагаемой антистатической ткани; силовой оболочки 5, выполненной заодно целое с фланцем 6; шпангоутов 7 и полюсными отверстиями 8.
Для оптимизации компонентного состава были изучены термомеханические и электрофизические свойства фторсодержащего полиолефина, наполненного техническим углеродом. Для проведения испытаний был использован метод, который позволяет проводить испытания в инертной среде в широком интервале температур и постоянной скорости нагрева, равной 15°С/мин (Канашин А.Т., Кузнецов Л.К., Андреева Н.П. Метод непрерывного определения деформационных и химических изменений в волокнах в широком интервале температур и нагрузок, ВМС, 1977, том XVI, №7. С.1680). В качестве объектов исследований использовались пленки с различным содержанием технического углерода во фторсодержащем полиолефине и комплексные электропроводящие нити на его основе. Электропроводящий наполнитель (технический углерод) вводился в прядильные ацетоновые растворы фторсодержащего полиолефина, из которого после диспергации в шаровой мельнице формовались пленки по "сухому" способу.
Для определения оптимальной структуры комплексной электропроводящей нити, обеспечивающей создание материала со стабильными характеристиками, были проведены исследования по изучению деформаций и изменению электрического сопротивления нити при температуре прогрева от 50°С до 200°С. Результаты исследований представлены в таблице 1.
Анализ результатов проведенных исследований, представленных в таблице 1, показал, что наполнение сополимера тетрафторэтилена с винилиденфторидом техническим углеродом в массовом соотношении 1:0,6 до 1:0,8 следует считать оптимальным, так как в этой области концентраций достигнута максимальная электропроводность, оптимальная деформируемость покрытия.
В результате эксперимента было установлено, что наиболее оптимальное соотношение армирующего наполнителя - поли-ε-капроамидной нити («ядро») и электропроводящей композиции («оболочка») является соотношение от 55:45 до 60:40. В случае, когда соотношение меньше 55:45, наблюдается неравномерность электропроводящей оболочки, в случае, когда соотношение более 60:40, наблюдается осыпание электропроводящей оболочки.
Технология изготовления баллона высокого давления представляет собой процесс, основными операциями которого являются изготовление силовой оболочки и высоконагруженных силовых элементов - поясов-шпангоутов на основе разработанной ткани.
Полученный баллон высокого давления и его фрагменты, вырезанные из поясов-шпангоутов, прошли всесторонние исследования, в результате которых было выяснено следующее: использование комплексной электропроводящей нити в ткани комбинированной стеклосинтетической конструкционного назначения не влияет на габаритные размеры изделия; по весовым характеристикам предлагаемый силовой каркас находится на уровне с известной армированной оболочкой с обеспечением при этом антистатических свойств.
В таблице 2 представлены результаты испытаний удельного объемного и удельного поверхностного сопротивления фрагментов баллона высокого давления.
| Таблица 2. | |||
| Результаты испытаний фрагментов высоконагруженных силовых элементов. | |||
| № п/п | Соотношение масс комплексных электропроводящих нитей и силового армирующего наполнителя в завершающем слое высоконагруженных силовых элементов | Удельное объемное сопротивление, Ом·см | Удельное поверхностное сопротивление, Ом |
| 1 | 1:2 | 0,4·103 | 0,4·104 |
| 2 | 1:5 | 1,0·103 | 0,9·104 |
| 3 | 1:7 | 0,9·104 | 0,7·104 |
| 4 | 1:10 | 0,5·104 | 0,2·103 |
| 5 | 1:13 | 1,2·104 | 0,8·103 |
Примечание: по своим электрическим свойствам материалы делятся на диэлектрики (ρv=1013-1017), полупроводники (ρv=108-1013), антистатики (ρv=104-107), проводники (ρv=101-103), сверхпроводящие материалы (ρv=10-1).
Результаты электростатических испытаний фрагментов поясов-шпангоутов изделий, представленные в таблице 2, показали, что наиболее оптимальное массовое соотношение комплексных электропроводящих нитей и силового армирующего наполнителя в завершающем слое высоконагруженных элементов, обеспечивающей изделию антистатические свойства - от 1:7 до 1:10.
Испытания разработанного баллона высокого давления, высоконагруженные элементы - пояса-шпангоуты которого выполнены из заявленной ткани, произведенной промышленным способом, показали положительные характеристики, как с точки зрения массогабаритных характеристик, так и с точки зрения антистатических свойств.
Таким образом, предложенное новое техническое решение в указанной совокупности существенных признаков соответствует критерию "промышленная применимость", т.е. уровню изобретения.
1. Ткань комбинированная сатинового переплетения стеклосинтетическая конструкционного назначения, содержащая в основе арамидные нити, а в утке стеклянные нити, отличающаяся тем, что между арамидными и стеклянными нитями уложены комплексные электропроводящие нити, выполненные из поли-ε-капроамидных волокон, покрытых непрерывным слоем электропроводящей композиции на основе фторсодержащего полиолефина и технического углерода, взятых в массовом соотношении от 1:0,6 до 1:0,8, при этом массовое соотношение поли-ε-капроамидных волокон и слоя электропроводящей композиции составляет от 55:45 до 60:40.
2. Ткань сатинового переплетения стеклосинтетическая конструкционного назначения по п.1, отличающаяся тем, что соотношение комплексных электропроводящих нитей и стеклянных и арамидных волокон составляет от 1:7 до 1:10.
