Результат интеллектуальной деятельности: ТКАНЬ КОМБИНИРОВАННАЯ САТИНОВОГО ПЕРЕПЛЕТЕНИЯ

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.

Примечание: по своим электрическим свойствам материалы делятся на диэлектрики (ρ_v=10¹³-10¹⁷), полупроводники (ρ_v=10⁸-10¹³), антистатики (ρ_v=10⁴-10⁷), проводники (ρ_v=10¹-10³), сверхпроводящие материалы (ρ_v=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.