Содержание к диссертации
Введение
1 Современные представления о текстильно-армированных композитах 6
1.1 Общие понятия и свойства композитов 10
1.2 Преимущества и недостатки композиционных материалов 13
1.3 Применение композиционных материалов 16
1.4 История развития композиционных материалов
1.5 Применение текстиля при изготовлении композиционных материалов 22
1.6 Общие сведения о пластических массах 24
1.7 Выбор матрицы для композита 28
1.8 Применение трикотажа в изготовлении композиционных материалов ... 3 2
1.9 Выбор изделия 33
2 Выбор сырья для изготовления армирующих полотен и оценка его свойств 40
2.1 Ассортимент нитей технического назначения 40
2.2 Выбор нитей для исследования 43
2.3 Оценка вязальной способности нитей
2.3.1 Жесткость нитей при изгибе 46
2.3.2 Коэффициент трения нити о нить 46
2.3.3 Коэффициент трения нити о сталь 47
2.3.4 Неровнота по линейной плотности и ворсистость 50
2.4 Критерий вязальной способности 53
3 Анализ факторов, влияющих на механические свойства композитов, армированных трикотажем переплетения «кулирная гладь» 60
3.1 Изготовление образцов трикотажных полотен 61
3.1.1 Технология изготовления образцов 61
3.1.2 Оценка механических свойств образцов трикотажа
3.2 Технология изготовления образцов композитов 64
3.3 Анализ свойств композитов, подлежащих оценке 64
3.4 Влияние вида нити на прочность композитов
3.4.1 Оценка свойств композитов, армированных трикотажем из нитей разной природы 66
3.4.2 Изменение свойств нитей в структуре композита
3.5 Влияние длины нити в петле 71
3.6 О структуре композита, армированного кулирным трикотажем 73
4 Влияние вида переплетения на механические свойства композитов 78
4.1 Выбор двойных переплетений для армирования композитов 78
4.2 Сравнение механических свойств двойного трикотажа разных переплетений 81
4.3 Сравнение механических свойств композитов, армированных трикотажем различных переплетений
4.3.1 Композиты, армированные трикотажем из нитей дайнема.. 82
4.3.2 Композиты, армированные трикотажем из нитей херакрон. 84
5 Влияние структуры и волокнистого состава сырья на механические свойства эластичного трикотажа и армированных им композитов 87
5.1 Разработка высокорастяжимых структур трикотажа 88
5.1.1 Выбор сырья 88
5.1.2 Выбор оборудования 89
5.1.3 Механические свойства полученных образцов 90
5.1.4 Анализ полученных образцов и выбор высокорастяжимых структур трикотажа для армирования композитов
5.2 Оценка механических свойств композитов, полученных на основе выбранных образцов трикотажа 97
5.3 Исследование влияния направления приложения нагрузки на механические свойства композитов 100
6 Разработка технологии получения изделия заданной формы из композита, армированного трикотажем 107
6.1 Выбор объекта для изготовления реплики 109
6.2 Технология изготовления композитов по заданной форме 112
6.2.1 Разработка методики изготовления реплики 112
6.2.2 Описание разработанной технологии 116
6.3 Экономическая эффективность предлагаемой технологии 121
Заключение 124
Список литературы
- Применение трикотажа в изготовлении композиционных материалов
- Коэффициент трения нити о нить
- Оценка механических свойств образцов трикотажа
- Разработка методики изготовления реплики
Введение к работе
Актуальность темы. Современная эпоха диктует необходимость разработки новых конструкционных материалов. Наиболее перспективными представляются композиционные материалы. Применение кулирного трикотажа для армирования композиционных материалов создаёт широкие возможности получения бесшовных композитных конструкций практически любой пространственной формы. Это достигается за счет вывязывания армирующего компонента по контуру, либо придания трикотажной заготовке нужной формы путём использования локальной растяжимости. Кроме того, придание армирующему трикотажу формы не требует дополнительного подкроя, который характерен для армирования тканями, неткаными материалами и мультиаксиальным основовязаным трикотажем. Высокая пористость структуры кулирного трикотажа обеспечивает значительное увеличение площади контакта связующего с наполнителем по сравнению с армированием тканями и мультиаксиальным основовязаным трикотажем. Данное свойство кулирного трикотажа позволяет связующему равномерно заполнять объем формы. К настоящему моменту достаточно глубоко проработан вопрос изготовления текстильно-армированных композитов на основе нитей, тканей, нетканых материалов и основовязаного трикотажа. Однако систематических исследований армирования композиционных материалов кулирным трикотажем до сих пор нет. Это определяет актуальность разработки композитов на основе кулирного трикотажа для тех областей применения, где использование традиционных текстильно-армированных композитов неэффективно или затруднено. Настоящая работа посвящена изучению возможности получения таких материалов и исследованию их свойств.
Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка кулирного трикотажа, способного выступать в качестве армирующего компонента композиционных материалов. Для достижения этой цели в работе были поставлены следующие задачи:
Проанализировать возможность применения кулирного трикотажа в качестве наполнителя композитов с учетом его свойств;
Изучить характер влияния структуры кулирного трикотажа и свойств образующей его нити на механические характеристики композита;
Оценить целесообразность применения высокопрочных нитей для получения композиционных материалов;
Исследовать вязальную способность высокопрочных нитей в сравнении с традиционным сырьём, применяемом в производстве кулирного трикотажа;
Получить образцы композиционных материалов, армированных одинарным и двойным кулирным трикотажем и дать рекомендации по выбору сырья и переплетения для трикотажа-наполнителя;
Разработать технологию получения изделий сложной формы на
базе выбранного композиционного материала.
Методы и средства исследований. Теоретическим фундаментом проведенных исследований являются основные положения теории вязания, текстильного материаловедения и структурной механики текстильных материалов. Для изготовления образцов трикотажных полотен были выбраны параарамидная, полиэтиленовая и полиамидная нити, а также хлопчатобумажная и полиакрилонитрильная пряжа. Вязание образцов одинарных и двойных переплетений производилось на машинах 3-8 классов. Экспериментальные исследования нитей, трикотажа и композитов проводились на следующем оборудовании: РТ-250, Instron 4302, Instron 1195, Zwick, STATIGRAPH L, LaserSpot, ИЖ-3 в соответствии с действующими стандартами. Оценка вязальной способности нитей и изготовление образцов композиционных материалов осуществлялись по оригинальным методикам на лабораторных установках кафедры ТХП трикотажа. Обработка экспериментальных данных проводилась методами статистики и математического моделирования с использованием соответствующих пакетов прикладных программ.
Научная новизна работы состоит в следующем:
Показано, что кулирный трикотаж может выступать в качестве армирующего компонента композиционных материалов и показана целесообразность вязания его из высокопрочных нитей;
Разработан критерий вязальной способности нитей и на его основе выполнена оценка вязальной способности параарамидных и полиэтиленовых нитей для плосковязального оборудования;
Выявлены факторы, влияющие на прочность композита, армированного кулирным трикотажем, главными из которых являются вид нити, прочность нити, высота петельного ряда и петельный шаг;
Предложена модель «квазинепрерывного армирования», объясняющая армирующий эффект кулирного трикотажа в композите.
Практическая значимость работы состоит в следующем:
Разработаны рекомендации по оценке вязальной способности нитей для переработки в трикотажном производстве;
Предложены переплетения и нити, обеспечивающие получение кулирного трикотажа для армирования композитов;
Разработана методика получения изделий сложной пространственной формы из данного материала, которая рекомендована к внедрению Региональной общественной организацией «Санкт-Петербургское Военно-историческое общество» для изготовления реплик исторических объектов и ГАУК «Санкт-Петербургский государственный театр музыкальной
комедии» при изготовлении бутафорских изделий для театральных постановок;
Результаты исследования использованы при чтении лекционного
курса «Технический текстиль» в Институте текстиля и моды
СПГУТД, а также при создании рабочей программы по дисциплине
«Механика полимерных композиционных материалов» для
студентов направления 261100.62 - Технология и проектирование
текстильных изделий.
Достоверность результатов и обоснованность основных выводов обеспечивается применением современных методов исследования, экспериментальной проверкой основных положений работы и апробацией основных результатов работы на семинарах, конференциях и в научной печати.
Апробация результатов.
Основные результаты работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на:
международной научно-практической конференции «С наукой - в будущее» (республика Беларусь, г.Барановичи, 2012);
Всероссийских научных конференциях молодых ученых «Инновации молодежной науки» (СПб, 2011, 2012, 2013);
Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности» (СПб, 2009);
семинарах кафедры технологии и художественного проектирования трикотажа (2009, 2010, 2011, 2012, 2013);
расширенном заседании кафедры технологии и художественного проектирования трикотажа (2012, 2013);
заседании кафедры сопротивления материалов (2013).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных
работ, 3 из них в изданиях из «Перечня... ВАК».
Структура и объем работы. Диссертационная работа включает введение, 6 глав, заключение, список использованных источников (122 наименование), 11 приложений. Работа изложена на 180 страницах, содержит 65 рисунков и 71 таблицу.
Применение трикотажа в изготовлении композиционных материалов
Список можно продолжать и другими свойствами (водонепроницаемость, устойчивость к коррозии [12], к высоким или низким температурам), но это уже частные случаи для отдельно взятых материалов.Разные классы композитов могут обладать одним или несколькими преимуществами. Некоторых преимуществ невозможно добиться одновременно.
Помимо преимуществ композитов, необходимо отметить и имеющиеся у них недостатки, которые сдерживают их распространение. Прежде всего, это их высокая стоимость, которая обусловлена высокой наукоёмкостью производства, необходимостью применения специального дорогостоящего оборудования и сырья, а, следовательно, развитого промышленного производства и научной базы страны. Конечно, этот недостаток возможно устранить со временем, однако зачастую именно цена является главным фактором отказа от применения новых материалов вместо старых.
Непостоянство свойств композитов от образца к образцу. Для компенсации этого явления увеличивают коэффициент запаса прочности, что может нивелировать преимущество в удельной прочности. Таким примером может служить опыт применения композиционных материалов при изготовлении вертикального оперения истребителя МиГ-29. Из-за анизотропии применявшегося композита вертикальное оперение было спроектировано с коэффициентом запаса прочности, кратно превосходящим стандартный в авиации коэффициент 1,5, что в итоге привело к тому, что композитное вертикальное оперение Миг-29 оказалось равным по весу конструкции классического вертикального оперения, сделанного из дюралюминия [13]. Низкая ударная вязкость также является причиной повышения коэффициента запаса прочности. Кроме этого, низкая ударная вязкость обуславливает высокую повреждаемость изделий из композиционных материалов, высокую вероятность возникновения скрытых дефектов, которые могут быть выявлены только инструментальными методами контроля [3].
Высокий удельный объем является существенным недостатком при применении композитов в областях с жесткими ограничениями по занимаемому объему. Это относится, например, к сверхзвуковым самолётам, у которых даже незначительное увеличение объема самолёта приводит к существенному росту волнового аэродинамического сопротивления [14].
Композиционные материалы могут быть гигроскопичны, т.е. способны впитывать влагу, что обусловлено несплошностью внутренней структуры. При длительной эксплуатации и многократном переходе температуры через 0С вода, проникающая в структуру материала, разрушает композитное изделие изнутри. Так, одной из возможных причин авиакатастрофы American Airlines Flight 587, в которой от фюзеляжа оторвался композитный киль, названо разрушение структуры композитного киля от периодически замерзавшей в нем воды [15]. Также композиты могут впитывать другие жидкости, обладающие высокой проникающей способностью, например, авиационный керосин.
При эксплуатации композиционные материалы могут выделять пары, которые часто являются токсичными. Если из таких композитов изготавливают изделия, которые будут располагаться в непосредственной близости от человека (таким примером может послужить композитный фюзеляж самолета Boeing 787 Dreamliner [16]), то для одобрения применяемых при их изготовлении материалов требуются дополнительные исследования воздействия таких паров на человека.
Композиционные материалы обладают низкой эксплуатационной технологичностью, низкой ремонтопригодностью и высокой стоимостью эксплуатации. Это связано с необходимостью применения специальных трудоемких методов, специальных инструментов для доработки и ремонта объектов из композиционных материалов. Часто такие объекты вообще не подлежат какой-либо доработке и ремонту.
Область применения определяется свойствами материала. При имеющемся наборе качеств композитов совершенно очевидно, что эта область будет необычайно широка. Причем необходимо отметить, что с каждым годом сфера их применения все более расширяется [17]. Исторически все начиналось со строительства (саманный кирпич), гончарного дела (горшки, вазы) и оружия (композитные луки) [18], теперь же композиты используются практически повсеместно.
Композиционные материалы, с одной стороны - это достаточно новый, молодой вид материалов, а с другой стороны - имеющий очень длинную историю. Ведь одним из самых первых композитов была смесь глины и соломы, из которой делали кирпичи еще в глубокой древности, до Рождества Христова. Ярчайшим примером дошедшего до нас из тех дней письменного свидетельства применения подобного материала является не что иное, как Ветхий Завет [19]. И при этом, само понятие «композиционный материал» сравнительно молодо, а то, что сейчас принято подразумевать под ним (скажем, геосинтетические материалы) к «традиционным» видам композитов имеет мало отношения. Подобная ситуация возможна из-за широты определения понятия. В данной работе будут рассматриваться наиболее интересныйи активно развивающийся вид композитов, а именно, так называемые текстильно-армированные пластики. Их основными сферами применения являются авиастроение, кораблестроение и автомобилестроение 0], [11], [12], [16], [17], [20]. Также стоит отметить использование композитов в различных товарах широкого потребления (в частности, в автомобильных покрышках [21], [22] или различных спортивных товарах: рыболовных удочках, теннисных ракетках, велосипедах и т.д. [23]), космонавтике и военной технике. Поскольку уменьшение веса во все времена являлось первоочередной задачей в авиастроении, неудивительно, что композиты1 нашли свое применение в этой отрасли практически с момента своего создания. Самая ранняя дата первого применения частей, сделанных из композиционных материалов в действующей модели самолета, упоминаемая в официальном отчете NASA [10]-это 1958 год, дата ввода в эксплуатацию самолета Boeing-707 (первый полет был произведен в 1954 году). Этими деталями были небольшие второстепенные обтекатели, общей площадью около 200 квадратных футов2. В статье [11] Даррела Теннея и Байрона Р.Пайпса перечисляются последовавшие затем применения в американских военных моделях F-14, F-15 и F-16 в 1970-е годы. В 1980-х годах моделями самолетов, использующих композиты в своей структуре, стали Boeing 737, 757 и 767, Airbus 300 и 310, McDonnell-Douglas MD-82, 83 и 87. При этом доля композитов в уменьшении веса в упомянутых моделях составляла уже около 10%. Первым коммерческим самолетом, в котором было достигнуто уменьшение веса более 10%, стал Airbus 320. К 2000-м годам в оборонном секторе по показателю «уменьшение веса посредством применения композитов» был достигнут уровень 30% (в американских военных моделях F-22, В-2 и V-22).
Коэффициент трения нити о нить
Для трикотажного производства применяется широкий ассортимент сырья различной природы, значительно различающегося по своим свойствам. Выбор конкретного вида пряжи или нити для армирующего наполнителя должен быть обусловлен назначением проектируемого изделия. Композиционные материалы, идущие на смену традиционным конструкционным материалам, обязаны превосходить их по свойствам. Поэтому они должны быть прочными. Однако следует отметить, что механизм поведения трикотажа в композиционном материале недостаточно изучен. Известно два основных принципа армирования - дисперсными частицами и непрерывным материалом (нитями, тканью, пленками и т.д.). В первом случае упрочняющий эффект достигается за счет торможения развития трещин, а во втором - за счет использования свойств армирующего компонента. Неизвестно, каким образом поведет себя трикотаж, поэтому представляется необходимым исследовать различные виды пряжи и нитей, как традиционные, так и специальные.
Традиционным сырьем для трикотажного производства принято считать хлопчатобумажную и шерстяную пряжу, а в последние 50 лет и пряжу из полиакрилонитрильного волокна (ПАН) [62]. На сегодняшний день хлопчатобумажная пряжа является самым популярным текстильным материалом, производимым из натурального сырья. Другим широко применяемым в трикотажном производстве сырьём является пряжа из полиакрилонитрильного волокна (ПАН). Оно выпускается под разными торговыми марками («Акрил», «Полиакрил», «Нитрон» и др.). В отечественной промышленности наибольшее распространение получила пряжа из волокна торговой марки «нитрон».
Большой интерес с точки зрения армирующих материалов для композитов представляют специально разработанные синтетические нити, удовлетворяющие повышенным требованиям к механическим, теплофизическим, электрическим и другим свойствам [62]. Из всего ассортимента подобных нитей наибольший интерес представляют высокопрочные нити. Анализ рынка высокопрочных нитей показал, что наиболее доступными, а, значит, практически применимыми в России являются нити торговых марок «Армос» (ОАО НПК «Химволокно», г.Тверь; ООО «Лирсот», г.Мытищи [69]), «Русар» (ОАО «Каменскволокно», г. Каменск-Шахтинский [70]; ООО НЛП «ТЕРМОТЕКС», г.Мытищи [71]), «Тварон» (Teijin Ararnid, Нидерланды [72]), «Херакрон» (Kolon Industries, Inc., Южная Корея [73]), «Дайнема» (DSM Corporate, Нидерланды [74]). Также интерес представляет базальтовая нить (различные отечественные предприятия, в частности ОАО «Новгородский завод стекловолокна» [75], г.Великий Новгород; ОАО «Южно-Уральский базальтовый завод», г.Озерск [76]).
Чтобы выбрать наиболее характерные объекты для дальнейших исследований, был проведен предварительный эксперимент, включавший оценку жесткости нитей и трения нити о нить. Для него были выбраны образцы нитей армос (Т=100 текс), русар (Т=58,8 текс), базальт (Т=65 текс), тварон (Т=110 текс), дайнема (Т=176 текс) и херакрон (Т=110 текс). Методика проведения экспериментов и обработки их результатов, а также сами результаты опытов вынесены в Приложения Б, В, Г, Д, Е. Они показали, что арамидные нити имеют значения удельной жесткости при изгибе в диапазоне 0,06 - 0,14 сН мм2/текс, дайнема - 0,07 сН мм2/текс, а комплексная базальтовая нить - 0,01 сН мм2/текс. В результате анализа полученных данных для дальнейших опытов были выбраны нити херакрон и дайнема. Херакрон был выбран из всех арамидов потому, что обладает средними параметрами, а кроме того дешевле остальных. Полиэтиленовая нить дайнема была выбрана для сравнения, как альтернатива арамидам. От базальтовой нити пришлось отказаться в силу её высокой хрупкости, и как следствие, малой прочности в узле: в то время как одиночная нить имеет прочность 48 сН/текс, то в петле прочность падает до 11 сН/текс, а в узле -до 1,1 сН/текс. Это обстоятельство крайне мешает ликвидации обрывов нити в условиях реального производства, так как такая нить обычно рвётся уже в процессе завязывания узла.
Оценка механических свойств образцов трикотажа
Для вязания нити дайнема 176 текс, согласно работе В.Н. Гарбарука [98J, рекомендуется машина 5 класса. Но в целях единого эксперимента, была выбрана машина ПВК 8 класса при установке максимально возможной глубины кулирования. Тем не менее вязание оказалось практически невозможным. Тогда была выбрана машина более низкого, 3 класса и установлена средняя глубина кулирования. Таким образом, были эмпирически выявлены условия переработки высокопрочной нити дайнема для вязания образцов.
В процессе вязания возникла проблема. Из-за того, что дайнема обладает очень низким коэффициентом трения нити о нить (см. рис.2.2) и ворсистостью, сходной с показателями традиционной натуральной пряжи (см. табл.2.5), нить распушивалась на филаменты, которые постоянно цеплялись за петлеобразующие органы вязальной машины (см. рис. 2.3). Причем, в силу своей высокой прочности, эти филаменты не разрывались при нормальном ходе каретки, поскольку усилий, возникающих при потреблении нити в условиях пассивной нитеподачи, оказалось недостаточно. Для чистоты эксперимента было нежелательно парафинировать нить, чтобы не вносить неизвестные дополнительные факторы в механизм взаимодействия нити и матрицы в композите. Однако другого выбора не оставалось. Поэтому было решено перед вязанием нить парафинировать, а после - смыть парафин с готового полотна при влажно-тепловой обработке. Тогда, наконец, процесс вязания пошел нормально. Слой парафина соединил филаменты дайнемы вместе, не давая им распушиваться. Таким образом, данная проблема была решена.
Выработанные в результате образцы были исследованы по стандартным методикам. После снятия образцов с игл вязальной машины, сначала им дали отлежаться сутки. Затем образцы были приведены в условно-равновесное состояние путем замачивания в холодной воде в течение часа, высыхания и повторного замачивания в течение часа с последующим высыханием [99]. После этого у них были измерены плотности вязания по горизонтали и вертикали, длины нити в петле, а также поверхностная плотность. Образцы трикотажа всех трех переплетений из нити херакрон вязались без особых затруднений, поэтому могут быть рекомендованы для дальнейшего применения в качестве армирующего трикотажа. Технологические параметры выработанных полотен сведены в таблицу 4.2.
Полученные образцы были испытаны на растяжение на измерительном комплексе «Instron 1195». Зажимная длина выбрана 50 мм, ширина образца 50 мм, в соответствии с рекомендациями [88]. Результаты эксперимента вынесены в Приложение М, средние значения разрывных параметров представлены в таблице 4.3.
Полученные образцы трикотажа трёх переплетений из обеих нитей были переработаны в композиты по методике, описанной в главе 3. Готовые образцы были испытаны на разрыв на измерительном комплексе «Instron 1195». Следует отметить, что достаточно прочные образцы не удерживаются в зажимах приборах и выскальзывают из них. Для решения этой проблемы, в соответствии с рекомендациями [2], была применена система из резиновых прокладок и наждачной бумаги, которая позволила увеличить сцепление образцов и зажимов, что позволило разорвать образцы.
Для адекватности сравнения разрывные параметры были пересчитаны из абсолютных величин в относительные - из абсолютного разрывного удлинения в относительное, и из разрывной нагрузки в разрушающее напряжение. Вычисления проводились по методике, описанной в Приложении К. Данные всех экспериментов и вычислений вынесены в Приложение М, в тексте представлены только средние значения показателей. Вычисленное значение разрушающего напряжения чистой эпоксидной смолы составило 59 МПа.
Композиты, армированные трикотажем из нитей дайнема Разрыв образцов из дайнемы вызвал наибольшие затруднения из-за проблемы выскальзывания их из зажимов. Средние значения разрывных параметров представлены в таблице 4.4. Таблица 4.4 - Средние значения разрывных параметров композитов, армированных трикотажем различных переплетений из нити дайнема
Поведение образцов, армированных трикотажем переплетения репс, представляется выделяющимся из общего ряда. Однако это можно объяснить, если посмотреть на технологические параметры образцов (табл.4.2). У репса наименьшее количество петель в ряду при не слишком большой ДНП. Таким образом, здесь проявляется влияние обеих тенденций, о которых говорилось в главе 3, то есть уменьшение числа нитей в поперечном сечении и уменьшение их длины, причем это влияние отрицательно в обоих случаях. При этом видно, что ластик 1+1 выигрывает за счет большей ДНП, а миланский ластик - за счет значительно большего количества петель (тут следует учитывать не только петли ряда ластика, но и петли двух рядов глади).
Разработка методики изготовления реплики
Как уже было продемонстрировано на рисунке 3.7, направление приложения нагрузки к композиту оказывает значительное влияние на его механические свойства. Однако эти литературные данные получены для эпоксидных углепластиков, армированных нитями, а не трикотажем. Согласно предложенной в данной работе модели, при нагружении в направлении петельных столбиков нагрузку принимают на себя петельные палочки, а при нагружении в направлении петельных рядов — петельные дуги. Общеизвестно, что кулирный трикотаж является анизотропным материалом [96] - растяжимость и разрывная нагрузка в направлении вдоль рядов отличается от этих параметров в направлении вдоль петельных столбиков. В связи с этим представляет интерес вопрос о том, как это будет влиять на свойства армированного им композита.
Для изучения данного вопроса был проведен отдельный эксперимент. В качестве переплетения для образцов трикотажа был выбран ластик 1+1, в силу того, что его механические свойства в зависимости от направления приложения нагрузки значительно изменяются. Растяжение переплетения ластик 1+1 по длине и ширине проиллюстрировано на рисунках 5.4 и 5.5.
Растяжение трикотажа переплетения ластик 1+1 по ширине Из рассмотренных видов нитей для вязания была отобрана хлопчатобумажная пряжа 29 текс х 2. В качестве объекта для сравнения была взята текстурированная нить найлон 15,6 текс х 2 х 2, максимально близкая по линейной плотности, в силу своей характерной растяжимости. Образцы трикотажа были выработаны на плосковязальной машине ПВК 8 класса, их технологические параметры сведены в таблицу 5.10.
Для исследования механических характеристик трикотажа были взяты по 5 образцов ластика 1+1 вдоль петельных рядов и 5 образцов вдоль петельных столбиков для каждого вида нити. Их размеры составляли: ширина 50 мм, длина 150 мм. Эти образцы разрывались на приборе STATIGRAPH L при зажимной длине 50 мм для образцов вдоль петельных рядов и 100 мм для образцов вдоль петельных столбиков. Полученные данные сведены в таблицы 5.11 (для ПА нити) и 5.12 (для х/б пряжи). Данный прибор автоматически строит графики зависимостей разрывной нагрузки от разрывного удлинения в электронном виде. Графики, полученные в ходе эксперимента, представлены в Приложении Н. Для наглядного сравнения были построены графики средних значений, представленные на рисунках 5.5 (для ПА нити) и 5.6 (для х/б пряжи).
Полученные данные лишь подтверждают общеизвестные представления теории вязании [96], [97], однако они важны для сравнения с поведением композитов, армированным этими образцами.
Изготовление образцов композитов проводилось по принятой в данной работе методике, описанной ранее. Размеры образцов трикотажа составляли: по ширине - 50 мм, по длине - 200 мм.
Было проведено по две серии испытаний (вдоль петельных рядов и вдоль петельных столбиков) по 5 в каждой. Опыты проводились на приборе Instron 1195, при зажимной длине 100 мм, скорость движения зажима - 20 мм/мин. Размеры композитов приведены в Приложении П. Результаты экспериментов сведены в таблицы 5.13 (для ПА нити) и 5.14 (для х/б пряжи).
Полученные средние значения были сведены в таблицу 5.15. Таблица 5.15 - Сводная таблица полученных результатов Видармирующеготрикотажа Направление нагрузки Разрывнаянагрузкатрикотажа,Н Композиты Отношение теоретической прочности и экспериментальной практически сходятся, расхождение минимальное (10-20%). Важным вопросом является то, как анизотропный трикотаж работает в композите. Для этого рассмотрим отношение прочностей в композите. Все результаты представлены в таблице 5.16. Таблица 5.16 - Отношение прочности трикотажа и композита по столбикам и по рядам (коэффициент анизотропии) Отношение прочности трикотажа по столбикам и по рядам Отношение прочности композитов по столбикам и по рядам (экспериментальное) Интересно, что совпадение теории Давидовича [101] с данными композита даже лучше, чем с опытами на трикотаже. Это объясняется тем, что в композите столбики и ряды трикотажа ориентированы строго по линии действия нагрузки (как в теории), а полотно в свободном состоянии при растяжении всегда сужается к середине, и петельные столбики и ряды искривляются.
Как показали проведенные исследования, трикотаж способен успешно выступать в роли армирующего компонента композиционных материалов. При этом можно использовать уникальные свойства трикотажных полотен, и, прежде всего, способность принимать сложные пространственные формы за счет вязания изделия по заданном контуру, либо путем обтягивания изделия высокорастяжимым трикотажем. Использование подобной технологии имеет большой потенциал, который еще необходимо раскрыть.
Изготовление легких изделий сложной формы, обладающих при этом известной прочностью, часто требуется в самых разных областях. Этот вопрос был подробно рассмотрен в главе 1. Продемонстрируем возможности кулирного трикотажа при изготовлении так называемых «реплик» исторических предметов -элементов костюма, обмундирования, декораций, часто используемых в театральных постановках, военно-исторических реконструкциях, киносъёмках и прочих подобных мероприятиях.
Совершенно очевидно, что использование натуральных материалов, таких как металлы, для создания исторических реплик нерационально не только с точки зрения материальных затрат, но и с точки зрения организации самого технологического процесса: создания специальных мастерских, изготовление матриц и болванок. Конечно, когда речь идет о сотнях экземпляров одинаковых изделий, изготовление прессов и постановка производства на поток становятся единственным правильным решением.
Традиционный способ создания реплик исторических предметов, таких как «средневековые доспехи», головные уборы, декорации - технология «папье-маше». Это простая и дешевая технология, позволяющая создавать прочные и легкие изделия из бумаги. Полученные изделия высыхают и становятся твердыми через 1-5 суток, это зависит от размеров (толщины) изделий и температурного режима. Предметы из папье-маше боятся сырости и быстро портятся, для того
