Разработка новых облегченных арамидных тканей на основе вторичных регенерированных волокон и технологических параметров их изготовления

Для защиты человека от различных поражающих факторов, таких как высокая температура, открытое пламя, пуля, осколок, существуют принципиально два подхода:

— использование защитных тканей, изготовленных из специальных волокон, использование защитных тканей, изготовленных из обычных волокон, подвергнутых дополнительной обработке.

В настоящее время в нашей стране для производства защитной одежды используются, как правило, ткани, изготовленные из хлопка и (или) полиэфирных волокон и подвергнутые различным пропиткам. Целью нанесения на ткань различных составов является придание тканям формоустойчивости и улучшение таких потребительских свойств, как грязеотталкивание, маслоотталкивание, водоотталкивание, огнестойкость. Очень часто при выборе ткани определяющую роль играет цвет ткани.

Такой подход к выбору тканей для защитной одежды связан с «насаждением» в нашей стране европейских стандартов и не учитывает реального положения дел в области обеспечения безопасности труда, а именно:

— несоблюдение сроков носки и замены спецодежды;

— отсутствие пунктов химической чистки одежды;

— использование одного комплекта одежды при выполнении различных работ;

— отсутствия резервного фонда спецодежды.

Все это приводит к преждевременной утрате защитной одеждой первоначальных защитных характеристик и способствует повышению травматизма при выполнении тех или иных работ.

Кроме того, стоимость спецодежды, изготовленной из специально подготовленных материалов, практически сравнима со стоимостью 4 спецодежды, изготовленной из специальных волокон, защитные характеристики которых обусловлены химическим строением и структурой исходных полимеров.

Учитывая эти аспекты, а так же возрастающую ответственность за жизнь и здоровье сотрудника работодатели все чаще предпочитают обеспечивать работников спецодеждой, изготовленной из специальных волокон. Этому способствует и принятие законодательных актов в области охраны труда, таких как ГОСТ Р 53 264−2009 «Техника пожарная. Специальная защитная одежда пожарного» [1], ГОСТ Р 12.4.234−2007 «Одежда специальная для защиты от термических рисков электрической дуги» [2] и др.

Под специальными волокнами в этом случае понимают с одной стороны обычные волокна, модифицированные в процессе их изготовления путем введения в структуру волокна специальных мономеров и (или) антипиренов, а с другой стороны, волокна, высокие защитные характеристики которых обусловлены химическим составом и структурой полимера, из которого произведено волокно.

К первым можно отнести Lenzing FR (Ленцинг, Австрия), Protex-M© (Канека, Япония), ко вторым — Kevlar, Nomex (Дюпон, США), Twaron, Technora, Копех (Тейджин Арамид, Япония), СВМ, Русар (Каменскволокно, Россия), Kennel (Кермель, Франция), Арселон (Светлогорскхимволокно, Белоруссия), NewStar (Янтай, Китай), Heracron (Колон, Корея) и другие.

Каждое из этих волокон имеет свои достоинства и свои недостатки. Общим же для всех их является высокая цена, особенно у арамидных волокон, обладающих уникальными защитными свойствами и наиболее подходящих для производства специальной защитной одежды.

Это обстоятельство заставляет по-другому смотреть на проблему использования вторичного арамидного волокна и тканей, выработанных на его основе, а задача разработки облегченных арамидных тканей и технологических параметров их изготовления является актуальной. 5.

Данная работа посвящена разработке ассортимента новых облегченных арамндных тканей на основе регенерированных волокон и технологических параметров их изготовления, которые используются для производства боевой одежды пожарного и предлагаются к использованию для производства повседневной одежды спасателя и противоосколочной защиты экипажей бронированных машин.

Научная новизна данной работы заключается в следующем:

— теоретически доказана возможность изготовления исследуемых тканей на современном отечественном технологическом оборудовании с использованием критерия длительной прочности Москвитина;

— предложен новый метод проектирования арамидных тканей по заданным поверхностной плотности и порядку фазы строения ткани;

— определены заправочные натяжения основы и утка в зависимости от параметров структуры спроектированных тканей для изготовления их на бесчелночных ткацких станках СТБ;

— установлена взаимосвязь между защитными свойствами бронепакетов, изготовленных из спроектированных тканей, и их поверхностной плотностью;

— впервые в комплексе проведены баллистические испытания арамидных тканей из регенерированного арамидного волокна, бронепакетов и бронепанелей.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

— спроектированы новые облегченные ткани из арамидной пряжи, полученной из вторичных материалов, обладающие необходимыми свойствами;

— разработана технология изготовления облегченных арамидных тканей на современном технологическом оборудовании;

— исследованы основные свойства и параметры строения исследуемых тканей, что позволяет прогнозировать их дальнейшее использование в различных конструкциях;

— исследованы баллистические свойства облегченных арамидных тканей;

— результаты работы внедрены на ООО «Арамид».

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Предложен метод проектирования арамидных тканей на основе регенерированного арамидного волокна по заданной поверхностной плотности с учетом порядка фазы их строения с использованием современных информационных технологий.

2. Спроектированы 13 новых облегченных тканей из арамидной пряжи 30×2 текс, полученной из регенерированного пара-арамидного волокна, с содержанием арамида от 30 до 100% с уменьшенной в 2−2,5 раза поверхностной плотностью по сравнению с ранее используемыми для защитной одежды тканями.

3. На основе разработанных геометрических моделей строения тканей с использованием линейной теории изгиба упругих стержней проведен расчет параметров строения тканей и технологических параметров в зоне их формирования на бесчелночных ткацких станках СТБ.

4. Проведен расчет заправочного натяжения основы в наиболее доступной зоне для экспериментирования «скало — ламели» и натяжения утка в наиболее доступной для экспериментирования зоне перед компенсатором.

5. С учетом степенной зависимости между временем нагружения и напряжением, возникающим в нити, определены параметры долговечности пряжи арамидной с вложением арамидного компонента от 30 до 100%.

6. На основе использования критерия длительной прочности В. В. Москвитина проведен расчет повреждаемости нитей основы, как более нагруженных на ткацком станке, и доказана возможность их переработки в спроектированные ткани на бесчелночном ткацком станке СТБ.

7. Экспериментальные исследования натяжения нитей основы и утка позволили установить распределение натяжения нитей в основные периоды трансформирования, что необходимо для оценки напряженности заправок ткацкого станка и установки оптимальных технологических параметров изготовления ткани.

8. С учетом требований, предъявляемых к физико-механическим и теплофизическим показателям материала верха боевой одежды пожарного, изготовлены ткани с содержанием арамидного волокна 30−100% и исследованы физико-механические свойства использованных волокон, полученной пряжи и спроектированных тканей.

9. Предложены и изготовлены новые облегченные арамидные ткани для повседневной одежды спасателя, исследованы физико-механические свойства использованных волокон, полученной пряжи и спроектированных тканей.

10. Исследованы баллистические свойства облегченных арамидных тканей с поверхностной плотностью до 130 г/м, проведено сравнение показателей предлагаемых тканей с тканями с поверхностной плотностью 350 — 400 г/м2, и показана их высокая эффективность.

11. Проведены баллистические испытания защитных пакетов, изготовленных из ткани из комбинированных нитей, предложенных в работе, показавшие эффективность их использования.

12. Получены зависимости скорости У50 от поверхностной плотности бронепакета и бронепанели и показана эффективность использования предложенных тканей.

13. Использование регенерированного арамидного волокна в качестве исходного материала для изготовления текстильных бронепакетов и композитных бронепанелей приводит к существенному снижению стоимости бронирования.

14. Использование предложенной защиты решает проблему защиты экипажа бронированного автомобиля и позволяет снизить вес автомобиля на 200−300 кг по сравнению с монолитной броней.

15. Предложены технологические параметры спроектированных 13 облегченных арамидных тканей из вторичных регенерированных волокон.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ.

1. При проектировании тканей на основе регенерированного арамидного волокна необходимо учитывать поверхностную плотность ткани, ее порядок фазы строения и прочностные показатели.

1. Для оценки напряженности заправок ткацких станков целесообразно использовать метод расчета повреждаемости основных нитей с использованием критерия длительной прочности Москвитина.

3. Для расчета рационального строения тканей целесообразно использовать предложенную методику на основе линейной теории изгиба упругих стрежней.

4. Для прогнозирования заданных структур бронепакетов необходимо использовать математические модели их защитных свойств в зависимости от поверхностной плотности.

5. С целью получения тканей с наилучшими физико-механическими показателями и наименьшей обрывностью на ткацком станке необходимо установить предложенные технологические параметры изготовления этих тканей.