facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Wiki
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip
Перевод страницы
 

АНАЛИЗ ВЗАИМОСВЯЗИ ПОРИСТОСТИ СИНТЕТИЧЕСКИХ НЕТКАНЫХ ПОЛОТЕН И ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОЗИТОВ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ НА ИХ ОСНОВЕ

АНАЛИЗ ВЗАИМОСВЯЗИ ПОРИСТОСТИ СИНТЕТИЧЕСКИХ НЕТКАНЫХ ПОЛОТЕН И ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОЗИТОВ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ НА ИХ ОСНОВЕАНАЛИЗ ВЗАИМОСВЯЗИ ПОРИСТОСТИ СИНТЕТИЧЕСКИХ НЕТКАНЫХ ПОЛОТЕН И ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОЗИТОВ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ НА ИХ ОСНОВЕ
Михаил Трещалин, профессор, доктор технических наук, профессор

Юрий Трещалин, инженер, кандидат технических наук

Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова, Россия

Участник первенства: Национальное первенство по научной аналитике - "Россия";

Открытое Европейско-Азиатское первенство по научной аналитике;

ANALYSIS OF INTERRELATION BETWEEN THE SYNTHETIC NONWOVEN CLOTHS POROSITY AND CHARACTERISTICS OF COMPOSITES MANUFACTUREDON THEIR BASIS

Изложены результаты исследований по оценке взаимосвязи пористости нетканых полотен и толщины и плотности композитов, изготовленных на их основе. Разработаны критерии, учитывающие показатели волокнистого состава, нетканой основы и связующего, что дает возможность прогнозировать характеристики композиционного материала.

Ключевые слова:  толщина, плотность, пористость, нетканая основа, композиционный материал, критерии.

The results of studies evaluating the relationship between the porosity of nonwoven fabrics and the thickness and density of composites made on their basis. Criteria are developed that take into account the indicators of the fiber composition, the nonwoven substrate and a bonding that enables to predict the characteristics of the composite material.

Keywords: thickness, density, porosity, non-woven backing, composite material, criteria.

 

В связи с применением для создания композитов высокопористых нетканых полотен, которые в процессе пропитки изменяют свой объем, целесообразно провести исследование зависимости толщины получаемого изделия от пористости нетканой основы, что в конечном итоге позволит наилучшим образом подбирать полотна для каждого конкретного изделия и прогнозировать его габариты после полимеризации связующего.

Иллюстрацией вышеизложенного являются образцы нетканого полотна марки «Холлофайберхард», поверхностной плотностью 1200 г/м2 и различные изделия из композиционных материалов на его основе, показанные на рис. 1.

Рис. 1. Толщина образцов нетканого полотна марки «Холлофайбер хард» и изделий из композитов на его основе: а – исходное нетканое полотно, толщина 60,74 мм; б – тепло-звукоизоляционная панель (самопроизвольная пропитка), толщина основы 49,80 мм; в – пластина композиционного материала (вакуумная пропитка), толщина 6,52 мм; г – нетканая составляющая многослойного композита (середина, вакуумная пропитка), толщина 6,11 мм.

Как видно, толщина нетканой основы после пропитки связующим различна, в зависимости от способа пропитки и, как следствие, целевого назначения изделия.

Учитывая технологические особенности и многообразие видов волокон, используемых при изготовлении нетканых полотен, необходимо исследовать широкий ассортимент продукции, имеющей различную структуру: термоскрепленные, из полых полиэфирных волокон марки «Холлофайбер» (ООО «ТЕРМОПОЛ»), иглопробивные термоскрепленные из непрерывных полипропиленовых нитей, изготовленных фильерным способом спанбонд (марка «Геотекс»ООО «Сибур-Геотекстиль», марка «Канвалан»ОАО «Ортон»), иглопробивные из штапельных полиэфирных и полипропиленовых волокон (марка «Геоком» ОАО «Комитекс»). Характеристики образцов нетканых полотен приведены ниже (табл. 1).

Таблица 1.

Характеристики исследуемых образцов нетканых полотен

Наименование образца

Толщина, при удельном давлении 2,0 кПа, мм.

Поверхностная плотность, г/м2

Объемная плотность rнм, кг/м3

Пористость, ξ

Холлофайберхард, ПЭ - 100

19,21

483,774

25,183

0,959

Холлофайбер софт, ПЭ - 100

8,41

387,546

46,082

0,926

Холлофайбер софт, ПЭ - 100

13,25

381,637

28,803

0,954

Холлофайберхард, ПЭ - 100

60,74

1269,815

20,906

0,966

«Канвалан», ПП - 100 %

2,30

437,4

190,2

0,791

 «Геотекс», ПП - 100 %

3,17

550,4

173,6

0,809

«Геотекс», ПП - 100 %

5,32

441,4

82,9

0,909

«Геоком», ПЭ - 100 %

1,82

345,9

190,1

0,862

«Геоком», ПЭ - 100 %

2,32

481, 5

207,5

0,849

«Геотекс», ПП - 100 %

4,09

631,9

154,5

0,830

«Геотекс», ПП - 100 %

3,33

372,9

112,0

0,877

 

Для пропитки нетканых полотен использовалось связующее, приготовленное на базе полиэфирной смолы POLYLITE 516-М855, обладающее высокой адгизонной способностью не только с полипропиленовыми, полиамидными и полиэфирными волокнами и мононитями, а также с углеродными волокнами [1, 2].

Изготовление образцов композиционных материалов в виде пластин осуществлялось методом вакуумной пропитки [3, 4] по следующей методике.

Первоначально, горизонтальное основание, во избежание прилипания образцов, обрабатывалось жидким воском, марки LiquidWaxW-50 TF. После его высыхания на основание укладывались образцы нетканой основы, поименованные в табл. 1. Затем, при помощи полиэтиленовых трубок, соединялись вакуум-насос с вакуумной ловушкой и производилась укладка спиральных трубок и установка переходников, посредством которых к образцам поступает связующее из резервуара. Подготовка завершается укладкой на образцы основы последовательно: разделительной ткани, дренажной сетки и вакуумной плёнки с последующей проклейкой герметизирующей лентой периметра зоны пропитки.

Далее, при закрытом, при помощи винтового зажима, резервуаре, включался вакуум-насос и, по достижению вакуума в месте расположения образцов, открывалась подача связующего. Визуально определялся момент окончания пропитки и с появлением частиц связующего в вакуумной ловушке, перекрывался резервуар и выключался вакуум-насос. По окончании процесса полимеризации (~ 2 – 2,5 часа) образцы извлекались, и производилась их финишная механическая обработка.

Для определения линейных размеров полученных композитов использовались прибор для определения толщины FC – 01 (Венгрия) и штангенциркуль электронный MATRIX (погрешность измерений ± 0,02 мм). Взвешивание образцов производилось на электронных весах ACCULAB ALC-210d4 с ценой деления 0,1мг. Результаты измерений, а также расчет плотностей исследуемых образцов, приведены в табл. 2.

Таблица 2.

Характеристики образцов композиционных материалов

Наименование основы образца

Толщина, при удельном давлении 2,0 кПа, мм.

Поверхностная плотность, г/м2

Объемная плотность rкм, кг/м3

Холлофайберхард

2,79

2952,1318

1058,112

Холлофайбер софт

2,17

2354,5267

1085,035

Холлофайбер софт

2,234

2287,3676

1023,889

Холлофайберхард

6,52

7925,1754

1215,518

«Канвалан», ПП - 100 %

1,78

1841,3491

1034,466

 «Геотекс», ПП - 100 %

2,5733

2660,2331

1033,783

«Геотекс», ПП - 100 %

3,7167

3349,7145

901,2604

«Геоком», ПЭ - 100 %

1,72

1812,1824

1053,594

«Геоком», ПЭ - 100 %

1,7133

1964,2216

1146,455

«Геотекс», ПП - 100 %

3,3

3401,3005

586,728

«Геотекс», ПП - 100 %

2,1067

2141,1765

1016,365

Оценку соотношения характеристик нетканых полотен и полученных композитов от пористости основы целесообразно провести по наиболее информативным показателям, которыми, в соответствии с постановкой задачи, являются толщина и объемная плотность образцов. Таким образом, предлагается ввести:

  • - критерий сжатия Кδ, представляющий собой отношение толщин нетканой основы δнм и композиционного материала δкм, на который оказывает влияние только способ пропитки не зависимо от вида используемого связующего;
  • - критерий плотности Кr, включающий значения плотностей волокнистого состава rв и связующего rс, а также нетканого полотна rнм и полученного на его основе композиционного материала rкм. Величина этого критерия зависит от способа пропитки, плотностей волокнистого состава, нетканого полотна и связующего (в отвержденном состоянии) и определяется по формуле: .

            Расчет и анализ предложенных критериев применительно к рассматриваемым образцам производится при следующих численных значениях плотностей волокнистого состава и связующего:

- ρвпп = 910 – плотность одиночной полипропиленовой мононити, кг/м3;

- ρвх = 622,08 – плотность одиночной полой полиэфирной мононити нетканого полотна «Холлофайбер», кг/м3;

- ρвпэ = 1380 – плотность одиночной полиэфирной мононити, кг/м3;

- ρс = 1178,1 – плотность полимеризованного связующего на базе полиэфирной смолы POLYLITE 516-М855 [5, 6], кг/м3;

Результаты расчета критериев Кδ, и Кr приведены в табл. 3 и на графиках (рис. 2).

Таблица 3.

Результаты расчета критериев сжатия Кδ и плотности Кr для образцов исследуемых материалов

Наименование образца

Пористость, %

Критерий сжатия

Критерий плотности

«Канвалан», ПП - 100 %

0,791

1,292135

4,201118

«Геотекс», ПП - 100 %

0,809

1,231881

4,599798

«Геотекс», ПП - 100 %

0,83

1,239394

5,933375

«Геоком», ПЭ - 100 %

0,849

1,354112

6,471961

«Геоком», ПЭ - 100 %

0,862

1,45814

6,492146

«Геотекс», ПП - 100 %

0,877

1,580671

7,009564

«Геотекс», ПП - 100 %

0,909

1,831377

8,397596

Холлофайбер софт

0,92592

3,87558

12,43302

Холлофайбер софт

0,9537

5,93107

18,77064

Холлофайбер хард

0,95952

6,88531

22,18647

Холлофайбер хард

0,96639

9,31595

30,70113

 


Рис. 2. Зависимость от пористости нетканой основы ξ: а - критерия сжатия Кδ; б - критерия плотности.

Данные табл. 3 и расположение точек на рис. 2 позволяют судить о наличии явно выраженной зависимости критериев Кδ и Кr от пористости нетканого полотна, что дает возможность осуществить математическую обработку численных значений для получения уравнений Кδ(ξ) и Кr(ξ) при помощи программного комплекса Mathcad 15.0.

Оценка точности аппроксимации производилась по величинам:

- относительной погрешности, %:  U = (mТ – mА)·100/mТ,

- коэффициента корреляции: ,

где: mТ - расчетные данные;

mА – результаты вычислений с использованием формул, полученных в результате аппроксимации;

n = 1 …. N – номер, соответствующий значениям, полученным в результате измерений;

p – общее количество экспериментальных данных (образцов в соответствующей группе).

Математические зависимости, графическая интерпретация результатов, величина коэффициентов корреляции и оценка погрешности вычисленных значений по отношению к расчетным данным, приведены в табл. 4.

Таблица 4.

Результаты расчетов по определению зависимостей Кδ(ξ) и Кr(ξ).

Математическая зависимость

График зависимости

Значение коэффициента корреляции KK2

Величина относительной погрешности, %

min

max

Зависимость критерия сжатия  от пористости нетканой основы ξ

0,996

- 4,608

3,218

Зависимость критерия плотности   от пористости нетканой основы ξ

0,995

- 5,533

5,361

       
 

Таким образом, в результате проведенного исследования можно сделать следующие выводы:

  • - установлена взаимосвязь линейных и массовых характеристик нетканого полотна и композита, полученного на его основе, при использовании метода вакуумной пропитки;
  • - разработаны критерии сжатия Кδ(ξ) и плотности Кr(ξ), учитывающие показатели волокнистого состава, нетканой основы и связующего, что дает возможность прогнозировать характеристики композиционного материала;
  • - получены уравнения для вычисления:  и , позволяющие с достаточной для технических расчетов точностью осуществлять подбор нетканой основы для получения изделий из композита заданных размеров/

 

Литература:

  • 1. Наполнители для полимерных композиционных материалов: Справочник.- М.: 1981. -736 с.
  • 2. Васильев В.В. Композиционные материалы. Справочник / В.В. Васильев.- М.: Машиностроение 1990. -510 с.
  • 3. Электронный ресурс. – Режим доступа: graphite-pro.ruТехнология вакуумной инфузии, inter-composite.cominfo…i-vakuumnaja-infuzia,
  • 4. Электронный ресурс. – Режим доступа:  http://composite-prof.ru/o_stekloplastike/tehnologiya-proizvodstva-stekloplastika/
  • 5. Трещалин Ю.М. Обоснование применения нетканых полотен для производства  композиционных материалов на текстильной основе: дис… канд. техн. наук / Ю.М. Трещалин. – Кострома, 2013. – 166  с.
  • 6. Трещалин Ю.М. Композиционные материалы на основе нетканых полотен: монография / Ю.М. Трещалин. - М.: Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, 2015.- 220 с.
0
Ваша оценка: Нет Средняя: 8 (9 голосов)
Комментарии: 10

Саркисян Генрих Мушегович

Во многих областях техники и строительства композиты уже вытеснили конструкции из металлов и сплавов. В этом плане направление работ весьма актуальное. Проделан большой обьем работы. Было бы желательно указать в статье счет чего обеспечивается ,,совместность работы'' элементов композиционных материалов. С уважением Саркисян Г.М., Казарян А.И.

Саркисян Генрих Мушегович

Во многих областях техники и строительства композиты уже вытеснили конструкции из металлов и сплавов. В этом плане направление работ весьма актуальное. Проделан большой обьем работы. Было бы желательно указать в статье счет чего обеспечивается ,,совместность работы'' элементов композиционных материалов. С уважением Саркисян Г.М., Казарян А.И.

Кисамедин Гулжан

It would be interesting to integrate knowledge and technologies from different fiels of study. Especially material (textile) study in regards to architectural expression. regards G.M.

Адамбаев Мурат Джамантаевич

В работе дана оценка взаимосвязи пористости нетканных материалов с толщиной и плотностью композитов, что дает выход на прогнозирование характеристик получаемого материала. Предлагаемая взаимосвязь не дана в количественных значениях (хотя бы для одного из полученных материалов), но тогда необходимо обосновывать достоверность полученных результатов.

Таратин Вячеслав Викторович

Уважаемые авторы. Представленный доклад это работа в развитии той, которую Вы представили на июньской конференции. Работа - это классический пример, как надо выполнять научную работу и представлять её разультата. Работа безусловно заслуживает много лестных слов. Хочется пожелать авторам дальнейших творческих упехов! С уважением, доцент, ктн Тарптин Вячечлав Викторович

Хоботова Элина

Уважаемые коллеги! Представленные Вами результаты представляют как фундаментальную научную, так и прикладную ценность. Получены экспериментальные результаты, сделаны точные расчеты. Желаю Вам дальнейших успехов и внедрения результатов Ваших научных исследований на производстве. С уважением проф. Э.Б. Хоботова

Руслан Абдулов

Работа актуальна. Здорово, что получены аналитические формулы для критериев сжатия Кδ(ξ) и плотности Кr(ξ), позволяющие спрогнозировать характеристики композиционного материала.

Симонян Геворг Саркисович

Уважаемые коллеги! Отличная экспериментальная работа в области получения нетканных полотон с использованием композиционных материалов и добавок. Вами показано, что между линейными и массовыми характеристиками неткановых полотен и композитов полученные методом вакуумной, есть взаимосвязь. Разработанные критерии одназначно позволяю прогнозировать характеристики композиционных материалов. Желаю успехов. С уважением Геворг Саркисович.

Бабаев Накибулло Хабибуллаевич

Уважаемые авторы представленная Вами работа имеет как практически, так и прикладное значение для развития производства нетканых материалов. Представленные выводы аргументированы. Уважаемый проф. Горбийчук правильно подметил что для достоверности представленных материалов не плохо было бы привести сведения и возможности использования полученных материалов в практических условиях. Желаю больших творческих успехов, ч уважением проф. Накибулло Бабаев

Горбийчук Михаил Иванович

Уважаемые авторы! Выполненная работа имеет, несомненно, практическое значение, так как позволит прогнозировать по определенным показателям качество тканей. Желательно иметь пример использования полученных зависимостей для прогнозирования характеристик композиционных материалов, а также оценку достоверности такого прогноза. С уважением проф. М. Горбийчук
Комментарии: 10

Саркисян Генрих Мушегович

Во многих областях техники и строительства композиты уже вытеснили конструкции из металлов и сплавов. В этом плане направление работ весьма актуальное. Проделан большой обьем работы. Было бы желательно указать в статье счет чего обеспечивается ,,совместность работы'' элементов композиционных материалов. С уважением Саркисян Г.М., Казарян А.И.

Саркисян Генрих Мушегович

Во многих областях техники и строительства композиты уже вытеснили конструкции из металлов и сплавов. В этом плане направление работ весьма актуальное. Проделан большой обьем работы. Было бы желательно указать в статье счет чего обеспечивается ,,совместность работы'' элементов композиционных материалов. С уважением Саркисян Г.М., Казарян А.И.

Кисамедин Гулжан

It would be interesting to integrate knowledge and technologies from different fiels of study. Especially material (textile) study in regards to architectural expression. regards G.M.

Адамбаев Мурат Джамантаевич

В работе дана оценка взаимосвязи пористости нетканных материалов с толщиной и плотностью композитов, что дает выход на прогнозирование характеристик получаемого материала. Предлагаемая взаимосвязь не дана в количественных значениях (хотя бы для одного из полученных материалов), но тогда необходимо обосновывать достоверность полученных результатов.

Таратин Вячеслав Викторович

Уважаемые авторы. Представленный доклад это работа в развитии той, которую Вы представили на июньской конференции. Работа - это классический пример, как надо выполнять научную работу и представлять её разультата. Работа безусловно заслуживает много лестных слов. Хочется пожелать авторам дальнейших творческих упехов! С уважением, доцент, ктн Тарптин Вячечлав Викторович

Хоботова Элина

Уважаемые коллеги! Представленные Вами результаты представляют как фундаментальную научную, так и прикладную ценность. Получены экспериментальные результаты, сделаны точные расчеты. Желаю Вам дальнейших успехов и внедрения результатов Ваших научных исследований на производстве. С уважением проф. Э.Б. Хоботова

Руслан Абдулов

Работа актуальна. Здорово, что получены аналитические формулы для критериев сжатия Кδ(ξ) и плотности Кr(ξ), позволяющие спрогнозировать характеристики композиционного материала.

Симонян Геворг Саркисович

Уважаемые коллеги! Отличная экспериментальная работа в области получения нетканных полотон с использованием композиционных материалов и добавок. Вами показано, что между линейными и массовыми характеристиками неткановых полотен и композитов полученные методом вакуумной, есть взаимосвязь. Разработанные критерии одназначно позволяю прогнозировать характеристики композиционных материалов. Желаю успехов. С уважением Геворг Саркисович.

Бабаев Накибулло Хабибуллаевич

Уважаемые авторы представленная Вами работа имеет как практически, так и прикладное значение для развития производства нетканых материалов. Представленные выводы аргументированы. Уважаемый проф. Горбийчук правильно подметил что для достоверности представленных материалов не плохо было бы привести сведения и возможности использования полученных материалов в практических условиях. Желаю больших творческих успехов, ч уважением проф. Накибулло Бабаев

Горбийчук Михаил Иванович

Уважаемые авторы! Выполненная работа имеет, несомненно, практическое значение, так как позволит прогнозировать по определенным показателям качество тканей. Желательно иметь пример использования полученных зависимостей для прогнозирования характеристик композиционных материалов, а также оценку достоверности такого прогноза. С уважением проф. М. Горбийчук
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.