Тканые наполнители полимерных композитов

Элементарные волокна или однонаправленные наполнители (нити, ровинги) используются для получения листовых волокнистых наполнителей. К ним относят тканые или нетканые материалы: ткани, ленты, сетки, холсты, маты.

Ткань образуется на ткацком станке из двух систем нитей, расположенных взаимно перпендикулярно и переплетенных друг с другом в определенной закономерности. Нити, расположенные параллельно одна другой и идущие вдоль ткани, являются основанием ткани и называются основой. Нити, расположенные поперек ткани называются утком.

В зависимости от схемы переплетения нитей основы и утка образуются тканые наполнители различной структуры (рис.1 а–в).

В тканях полотняного переплетения основа и уток взаимно переплетаются через одну нить (рис.1, а). В тканях саржевой структуры основа и уток переплетаются через две нити (рис. 1, в). На поверхности такой ткани образуется характерный узор из диагональных полос. В тканях сатинового переплетения каждая из нитей основы (утка) огибает за один период неодинаковое число нитей утка (основы) – три, пять, семь или больше (рис. 1, б).

Рисунок 1: Виды переплетений тканого наполнителя:

а – полотняное; б –сатиновое; в – саржевое

Особую форму переплетения имеют объемные ткани, в которых нити основы и утка переплетаются еще нитью в перпендикулярной плоскости.

---

 Характеристики тканных наполнителей для полимерных композиционных материалов

Характерным параметром для описания тканых материалов является ее плотность, которая характеризует количество нитей на единицу ширины (по основе) или длины (по утку) ткани. Плотность ткани характеризует частоту расположения нитей в ткани. Чем дальше расположены нити одна от другой, тем плотность меньше, т. е. ткань реже. Чем ближе расположены нити одна к другой, тем плотность больше, т. е. ткань плотнее.

Толщина ткани зависит от толщины нитей или от номера пряжи, из которой она выработана, и от ее строения. Толщина колеблется от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров.

Физико-механические свойства ткани характеризуются разрушающим напряжением и удлинением. Разрушающую нагрузку, предел прочности определяют как по основе, так и по утку. Удлинение – увеличение длины образца при действии на него растягивающей нагрузки. Обычно удлинение выражается в процентах от начальной длины образца.

Определение механических характеристик волокнистых наполнителей (нитей, жгутов, тканей) проводят по ГОСТ 6943.10–79

Неуравновешенность тканых наполнителей

Ткани саржевого и сатинового переплетения неуравновешены по рисунку переплетения, так как на одной поверхности полотнища (лицевой стороне), например, в направлении основы, преобладают прямолинейные нити основы, на противоположной поверхности (изнаночной стороне) в том же направлении – поперечные уточные нити. Если ткань такой структуры пропитать связующим и отпрессовать из нее однослойную пластинку, то она после охлаждения и извлечения из под плит пресса изогнется, так как лицевая и изнаночная стороны пластинки имеют различные термоупругие свойства.

Для тканей любого переплетения, изготовленных из сильно крученых нитей, характерна неуравновешенность по крутке. Крутящие моменты, заложенные в каждую нить, вызывают закручивание ткани и приводят к потере плоскостности тонкостенных пластинок, изготовленных из материалов, наполненных такими тканями.

Деформационные  характеристики тканых наполнителей

Тканые наполнители являются упругими пористыми материалами. При формовании наполнитель подвергается деформированию, при этом изменяется толщина пакета, его пористость, а в волокнах накапливаются упругие деформации и соответствующие им напряжения. Поэтому для получения изделий определенных размеров и монолитного материала с заданным соотношением компонентов необходимо знать о деформационных свойствах наполнителя.

Основной деформационной характеристикой тканых наполнителей является эффективная жесткость, которая зависит от типа использованных для изготовления тканей волокон и порядка их организации. Эффективную жесткость определяют при растяжении наполнителей в направлении основы или утка, а также при сжатии перпендикулярно плоскости наполнителя. Чаще всего величину жесткости определяют по экспериментальному графику давление–толщина. По данной деформационной кривой можно определить изменение пористости материала при увеличении давления.

Способность к пропитке тканых наполнителей

Важнейшей особенностью листовых и объемных наполнителей, в первую очередь тканей, является резко выраженная зависимость их способности к пропитке и смачиванию жидкими композициями от текстуры и направления в плоскости (по утку или основе).

Рисунок 2: Кювета для определения смачиваемости наполнителя:

1 – кювета;2 – полоски наполнителя; 3 – связующее; 4 – крышка кюветы; 5 –уплотнительная прокладка;

 Способность к смачиванию характеризуется предельной высотой поднятия жидкости по наполнителю и временем достижения предельной высоты.

---

 

 

 

 

Список литературы: Стеклянное волокно. Ткани. Нетканые материалы. Метод определения количества нитей не единицу длины основы и утка: ГОСТ 6943.15–94 (ИСО 4602-78). – Взамен ГОСТ 6943.6–79. в части определения плотности; введ. 01.01.1997. – Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации: Белстандарт, 1997. – 8 с. Стеклянное волокно. Ткани. Нетканые материалы. Метод определения массы на единицу площади: ГОСТ 6943.16–94 (ИСО 4605-78). – Взамен ГОСТ 6943.7–94. в части определения линейной плотности; введ. 01.01.1997. – Минск: Межгос. совет по стандартиза-ции, метрологии и сертификации: Белстандарт, 1997. – 8 с. Стеклянное волокно. Ткани. Нетканые материалы. Метод определения толщины: ГОСТ 6943.18–94 (ИСО 4603–78). – Взамен ГОСТ 6943.7–79. в части определения линейных размеров; введ. 01.01.1997. – Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации: Белстандарт, 1996. – 4 с. Практикум по технологии переработки пластических масс / под ред. В. М. Виноградова, Г. С. Головкина. – М.: Химия, 1980. – 240 с. Практикум по полимерному материаловедению / под ред. П. Г. Бабаевского. – М.: Химия, 1980. – 255 с.
Автор: Кордикова Е.И, кандидат технических наук, доцент кафедры механики материалов и конструкций БГТУ
Источник: Композиционные материалы:лабораторный практикум
Дата в источнике: 2007 год