Арамидная ткань количество слоев

Арамидная ткань: описание материала, свойства и области применения

Арамидная ткань – это относительно новый материал, обладающий особой прочностью, термоустойчивостью, инертностью к действию химических веществ. Используется для пошива специальной одежды военным, пожарникам, сотрудникам МЧС, металлургам.

Как и из чего сделана арамидная ткань

Материал сделан из арамидных волокон. Это полимерные образования, в которых мономеры, содержащие ароматические кольца, связаны друг с другом линейными и поперечными связями. Прочность арамидной ткани обусловлена именно поперечными связями, содержание которых достигает 85%. В ароматических структурах различают орто-, мета- и пара-положения. Арамидные волокна делают из мета-арамидов, пара-арамидов и сополимеров арамида.

Пара-арамиды имеют названия тварон, кевлар, СВМ, терлон.
Мета-арамиды называются номекс, арселон.
Сополимеры арамидов называются кермель.

Все арамидные волокна обладают повышенными защитными свойствами. Мета-арамиды отличаются особой прочностью. Пара-арамиды имеют повышенные термозащитные качества.

Арамидные ткани делают, используя следующие виды переплетения нитей:

Некоторые арамидные полотна относятся к трикотажным изделиям. Их вяжут на специальных станках из петель.

Баллистическая разновидность арамидных тканей состоит из нескольких слоев. Плетение нитей в каждом слое отличается. Иногда верхний слой делают как нетканый материал.

Отдельные виды материалов

Существует много разновидностей арамидных тканей, отличающихся строением волокон, типом плетения нитей, плотностью, дополнительными свойствами. Остановимся на самых распространенных.

Кевлар

Первый арамидный волокнистый продукт сделали в Америке в 1964 году. Разработчик – компания DuPont. Ткань назвали кевлар. Волокна использовали для производства шин, бронежилетов, проводов, касок. Из кевлара шили очень прочные рабочие перчатки, которые повредить было невозможно. Ткань хорошо переносит кратковременные термические нагрузки. Если кевлар нагревается без перерыва долго (более 60 часов), то термопрочность может снизиться вдвое.

Тварон

Тварон делают в компании Тейджин Арамид, производства которой расположены в Нидерландах, Японии. По качеству ткань аналогична кевлару. Легкий вес, высокая упругость, прочность, инертность к химическим реагентам, диэлектрическая и термическая устойчивость делают тварон уникальным.

В 1970 году в СССР был произведен синтетический высокопрочный материал, который так и назвали, СВМ. В последующем идея получила развитие в России. Более совершенная форма СВМ – это русар и армос. Новая модификация технологии позволила повысить прочность тканей. Как свидетельствует название, используют их в основном для пошива одежды, обмундирования военным.

Номекс

Первой мета-арамидной тканью стал номекс, произведенный в 1961 году в Америке компанией DuPont. Он эластичен, может выдерживать большие термические нагрузки. Прочность номекса немного ниже, чем у кевлара, а стойкость к изгибанию в 3 раза больше. Номекс обугливается при температуре 370°С, до этого значения температуры не расплавляется. Применяют ткань для пошива специальной одежды, защищающей от действия высоких температур.

Арселон

Во времена СССР в 70-е годы на территории Белоруссии запустили производство отечественного аналога номекса – арселона. Производство работает в Белоруссии поныне. Волокна выдерживают длительную нагрузку 250°С, кратковременную — 400°С. Арселон – легкий, инертный, эластичный материал, из которого делают одежду пожарникам, металлургам, сварщикам. Арселоном обивают салоны самолетов и железнодорожных вагонов.

Кермель

Во второй половине прошлого века во Франции начали производить арамидную ткань кермель. Материя мягкая, удобная, приятная на теле, прочно окрашена в яркий цвет. Из кермели делают нательный трикотаж, шьют спецодежду для рабочих горячих производств.

Читайте также: Механические ткани это в ботанике

Общие качества арамидных тканей

Из арамидных волокон делают несколько видов разной продукции. Многие достоинства присущи всей группе материалов.

Удивительная прочность, которая значительно превышает прочностные характеристики стали.
Маленький вес. Арамидные ткани гораздо легче стекловолоконных материалов.
Способность сохранять защитные качества при очень высоких температурах. При температуре меньше 0°С защитные способности усиливаются.
Неспособность гореть и плавиться.
Огромная устойчивость к механическому действию. Ткань способна защитить от пуль.
Абсолютная инертность к действию микробов.
Способность сохранять форму весь период эксплуатации.

Арамидным тканям присущи некоторые недостатки.

При намокании в воде прочность теряется. Восстанавливается после высыхания материала.
Арамидные ткани стареют. Для увеличения строка эксплуатации материал дополнительно пропитывают. Производители дают гарантии сохранения качества на протяжении 10 лет.
Некоторые виды арамидных материалов чувствительны к действию солнца.

Разработчики продолжают усовершенствовать технологию получения волокон и материалов. Это позволяет надеяться на уменьшение количества недостатков в будущем.

Арамидные ткани незаменимы при производстве спецодежды для военных, спасателей, пожарников, металлургов. Из них делают одежду, боевую форму, бронежилеты, каски, оснащение. Благодаря этому материалу спасено большое количество человеческих жизней.

Арамидная ткань количество слоев

Электронный научный журнал «ТРУДЫ ВИАМ»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
«ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ»
НАЦИОНАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ЦЕНТРА «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ»
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Авторизация

Статьи

Исследован арамидный слоисто-тканый материал, предназначенный для защитных конструкций, в частности – для усиления корпуса вентилятора авиационного турбореактивного двигателя, что позволит обеспечить непробиваемость корпуса при разрушении лопатки вентилятора. Рассмотрено влияние состава и структуры арамидного слоисто-тканого материала на его ударную и баллистическую стойкость.

Развитие авиационной техники требует постоянного совершенствования материалов. Использование современных композиционных материалов позволяет повысить весовые и эксплуатационные характеристики изделий [1]. Снижение массы воздушного судна имеет принципиальное значение, поскольку позволяет снизить потребление топлива, увеличить полезную нагрузку, т. е. количество пассажиров и объем груза [2–4]. Арамидные пластики как конструкционные материалы, отличаются низкой плотностью, высокими характеристиками прочности и ударной вязкости. Органопластики – многофункциональные материалы. В зависимости от состава и структуры они могут применяться для изготовления деталей различного назначения – конструкционного, электро- и радиотехнического, теплоизоляционного, для защиты от механического и баллистического воздействия [5–7].

При попадании в двигатель самолета птиц или инородных предметов важно, чтобы разрушение лопаток вентилятора не привело к повреждению обшивок планера самолета и системы управления [8]. С целью защиты в авиационных турбореактивных двигателях корпуса вентилятора используют органопластики (Органит 6Н, Органит 6НТ). Органопластик позволяет локализовать зону разрушения и удержать разрушившиеся лопатки внутри корпуса вентилятора.

В соответствии с ужесточенными требованиями норм АП-23 корпус вентилятора двигателя должен удерживать лопатку вентилятора в случае ее разрушения в корневом сечении. При этом вторичные эффекты при разрушении лопатки (разрушение других лопаток, увеличение дисбаланса ротора, местное повышение температуры) не должны приводить к таким опасным последствиям, как возникновение нелокализованного пожара, разлет опасных фрагментов за пределы корпуса двигателя.

Для удерживающего устройства корпуса вентилятора разработан арамидный слоисто-тканый материал. Стойкость арамидного слоисто-тканого материала к высокоскоростному ударному воздействию зависит в первую очередь от баллистической стойкости ткани [9]. Способ фиксации слоев ткани относительно друг друга является наиболее значимым конструктивно-технологическим фактором для обеспечения максимальной реализации баллистических свойств ткани в составе изделия.

Читайте также: Ткань для фитиля гигрометра

В настоящее время в России и за рубежом накоплен большой опыт использования тканей из высокопрочных арамидных волокон (СВМ, Русар, Кевлар, Тварон) для изготовления ненагруженных защитных конструкций (бронежилетов, броневых панелей автомобилей и др.) [10].

Известно, что с уменьшением линейной плотности элементарных волокон (филаментов) баллистическая стойкость тканей повышается [11, 12]. По данным разработчиков ткани из микрофиламентных нитей, именно малый диаметр филаментов в сочетании с химической структурой полимера позволяет нитям выдерживать значительные напряжения при изгибе без разрушения и обеспечивать высокие баллистические характеристики ткани.

При выборе армирующего наполнителя для арамидного слоисто-тканого материала для удерживающего устройства корпуса вентилятора наряду с баллистической стойкостью важным требованием является коррозионная безопасность арамидной ткани по отношению к металлам. Коррозионная безопасность является важнейшей характеристикой авиационных материалов. Коррозионно-опасными (коррозионно-активными) являются материалы, способные выделять во внешнюю среду кислые или щелочные продукты, вызывающие коррозию. Коррозионную активность оценивают по кислотности материала, выражаемой с помощью водородного показателя – рН водной выдержки, а также по концентрации ионов Сl’ и SO₄² в водной вытяжке измельченного образца материала. Для авиационных материалов показатель рН водной вытяжки должен быть в пределах 6–7; содержание ионов Сl’ не должно превышать 0,02%; ионов SO₄² – до 0,05%. Разработанные предприятием ЗАО «КШФ „Передовая текстильщица”» баллистические ткани из нейтральных арамидных нитей удовлетворяют этим требованиям. Целью данной работы является исследование характеристик арамидного слоисто-тканого материала в зависимости от его состава, структуры и технологических способов, используемых при его изготовлении.

Материалы и методы

Для армирования арамидного слоисто-тканого материала выбрана ткань из нейтрального отечественного арамидного волокна. Ткань имеет высокую баллистическую стойкость, повышенную стойкость к поглощению влаги, в том числе благодаря водоотталкивающей пропитке. Ткань имеет высокие технологические свойства (высокая формоустойчивость текстильной структуры и гибкость) и может быть использована для изготовления изделия методом намотки [13, 14].

Слои арамидного слоисто-тканого материала для удерживающего устройства корпуса вентилятора необходимо фиксировать относительно друг друга, чтобы исключить их смещение в процессе эксплуатации и обеспечить работоспособность изделия. Полимерный материал для соединения слоев ткани должен обладать высокой адгезией и химико-технологической совместимостью с арамидными волокнами [15–19].

Для соединения слоев арамидной ткани использовали клеи двух марок – ВКР-27 и ВК-3. Преимуществом клея ВКР-27 является его способность к отверждению при комнатной температуре. Особенностью этого клея является то, что его следует наносить на ткань непосредственно при намотке изделия, т. е. использовать «мокрую» намотку при изготовлении изделия. Клей ВК-3 – клей горячего отверждения. Преимуществом этого клея является возможность изготовления на его основе препрегов (путем предварительного нанесения на арамидную ткань), которые можно использовать при изготовлении изделий методом «сухой» намотки. Клеи ВКР-27 и ВК-3 позволяют реализовать баллистические свойства ткани в составе арамидного слоисто-тканого материала. Технологические характеристики клеев позволяют осуществлять их локальное дозированное нанесение на армирующий наполнитель при изготовлении изделия методом «мокрой» (клей ВКР-27) или «сухой» намотки (клей ВК-3).

Клеи ВКР-27 и ВК-3 обладают высокой липкостью, которая исключает возможность смещения слоев при изготовлении изделия методом намотки. Важно, что при использовании этих клеев возможно локальное дозированное нанесение их на поверхность ткани для создания локальных зон фиксации слоев ткани относительно друг друга.

Читайте также: Основные группы тканей их характеристика вывод

Площадь и характер распределения зон фиксации слоев арамидной ткани могут влиять на весовые характеристики и баллистическую стойкость арамидного слоисто-тканого материала. Для выявления этих закономерностей проведены исследования влияния способа фиксации слоев ткани (соединение слоев ткани по всей поверхности, локальные соединения различной площади) на баллистические характеристики арамидного слоисто-тканого материала и осуществлена оценка свойств такого материала при различном расположении локальных зон фиксации слоев.

Для исследования влияния способов фиксации на баллистическую стойкость арамидного слоисто-тканого материала проводили нанесение полимерного материала на арамидную ткань различными способами (рис. 1):

– равномерное нанесение полимерного материала по всей поверхности ткани (на 100% поверхности ткани);

– локальное нанесение в виде полос шириной 5–20 мм, занимающих от 10 до 50% поверхности ткани.

Рисунок 1. Равномерное нанесение клея по всей поверхности ткани (а) и локальное нанесение клея в виде полос шириной 5–20 мм, занимающих от 10 до 50% поверхности ткани (б)

При локальном нанесении варьировали расположение зон нанесения полос клея на поверхность ткани: параллельно нитям основы ткани или под углом к нитям основы.

Баллистические испытания образцов арамидного слоисто-тканого материалапроводили на образцах размером 240×240 мм и толщиной 4,5–5,4 мм. Баллистическое воздействие осуществляли стальным шариком массой 1 г, Ø6,35 мм из баллистического ствола калибром 7 мм по ГОСТ РВ8470-001–2008 с определением u₅₀ – скорости
50%-ного непробития (скорости шарика, при которой вероятность непробития преграды составляет 50%).

Испытания к высокоскоростному ударному воздействию образцов арамидного слоисто-тканого материалапроводили ударником (стальной цилиндр массой 20 г, Ø14 мм, длиной 17 мм). Для разгона ударника в стволе пушки использовались гильзы, представляющие собой тонкостенные стаканы из стеклопластика Ø39,8 мм с толщиной стенки 1 мм. На дне стакана сделана ответная часть Ø14 мм и длиной 7 мм для удержания ударника. Внутрь дна гильзы для его укрепления впрессована круглая пластинка из текстолита толщиной 2 мм. Для захвата гильзы, перед образцом устанавливалась ловушка в виде массивной шайбы Ø70 мм и сквозным отверстием Ø25 мм. При ударе о ловушку цилиндрическая часть гильзы разбивалась на мелкие фрагменты, ее задняя, наиболее массивная, часть задерживалась в ловушке, а цилиндрический ударник продолжал полет с той же скоростью в сторону образца. Испытательная установка и вид образца после ударных испытаний показаны на рис. 2.

Рисунок 2. Установка для испытаний (а) и вид образца (б) арамидного слоисто-тканого материала после высокоскоростного ударного воздействия

В качестве критерия оценки стойкости арамидного слоисто-тканого материала к высокоскоростному ударному воздействию использовали следующие параметры:

– скорость ударника перед и за образцом;

– остаточная выпуклость образца после удара.

В табл. 1 представлены результаты проведенных баллистических испытаний образцов арамидного слоисто-тканого материала, отличающихся размером площади фиксации слоев ткани относительно друг друга и характером распределения зон фиксации в объеме материала.

Баллистическая стойкость образцов арамидного слоисто-тканого материала

в зависимости от способов фиксации слоев ткани

Характер распределения локальных зон клеевого

Скорость 50%-ного непробития u₅₀, м/с