Использование трикотажа как наполнителя композиционных материалов

Д.т.н., проф. А.В. Труевцев; А.Ю. Баранов; К.А. Молоснов; Н.И. Кашина

ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна»

E-mail: thvikm@yandex.ru

Одним из самых перспективных направлений применения технического трикотажа, несомненно, является армирование композиционных материалов. Мультиаксиальный основовязаный трикотаж достаточно давно используется в качестве наполнителя конструкционных композитов, которые с успехом применяются как заменители металлов в конструкциях самолетов, автомобилей, автобусов, катеров.

При этом сведения о природе армирующего эффекта, создаваемого трикотажем, весьма фрагментарны, и вопрос о том, нужно ли чрезмерно насыщать объем композита волокнистым материалом (как это имеет место при армировании мультиаксиальным основовязаным трикотажем) открыт.

Авторами были разработаны более легкие вязаные армирующие материалы, например, биаксиальный основовязаный трикотаж, который состоит из прямых нитей продольного и поперечного утка, соединенных основовязаными переплетениями «цепочка» и «трико». На его основе были предложены решетчатые структуры, которые при переменном шаге ячейки позволяют варьировать массу и прочность армирующего материала, а, следовательно, и механические характеристики композита в целом. Также были получены наполнители на основе кулирного трикотажа одинарных и двойных переплетений.

Растяжимый кулирный трикотаж до сих пор не применялся в качестве наполнителя композитов, поскольку считается, что материал годится для армирования только в случае, если его разрывное удлинение меньше, чем у матрицы, а прочность – больше. Разрывное удлинение кулирного трикотажа обычно на порядок превышает разрывное удлинение пластмассы. Растяжимость петельной структуры достигается за счет легкого смещения точек контакта между петлями. Однако, будучи помещенным в связующее, трикотаж принципиально меняет свои свойства: точки контакта между петлями уже не могут свободно смещаться, и удлинение возможно лишь за счет деформирования нити, растяжимость которой на 1-2 порядка ниже, чем у вязаной структуры в свободном состоянии. Этот феномен объясняет способность кулирного трикотажа выступать в качестве армирующего компонента композиционного материала.

Из вышесказанного вытекает неизбежный вывод о том, что растяжимость трикотажа, измеренная в свободном состоянии, не должна влиять на прочность композита, ибо в нем находится трикотаж, принципиально изменивший механизм своего деформирования.

Knitted fabric as composite filler

A. Truevtsev, Doctor of science, Professor; A. Baranov; K. Molosnov; N. Kashina

Saint-Petersburg State University of Technology and Design

Reinforcing the composites is one of the most interesting fields of the technical knits application. For a long time multiaxial warp knitted fabrics were used as a reinforcement component of composites for the body-parts of cars, buses, airplanes and boats.

The problem of the nature of the reinforcing effect produced by knits has not been solved yet. So the reason for raising the admission value for increasing the strength of the composite is not obvious.

The authors propose several knitted filling structures lighter tan traditional multiaxial knit. There are biaxial warp knitted inlaid structures formed by ground open pillar stitch and closed 1x1 tricot stitch. The dimension of the sell can be changed, so the weight and the strength of the fabric and of the resultant composite can be controlled. Another group of designed fillers were single and double jersey fabrics.

It is well known that the filler must have less elongation that the matrix. That is why weft knitted structures were not used as fillers of composites before: their elongation is greater than that of a plastic. The knitted fabric can be easily strained because the yarns of the neighboring loops can slide one across the other. Being entered in the matrix the loops lose the above mentioned possibility and thus the deformation of the material can occur only due to the elongation of the yarn. Therefore the extensibility of the knit in the free state doesn’t affect it’s reinforcing ability.

Секция I

Наноструктурные материалы и нанотехнологии

Функционализации поверхностного нанослоя

волокнистых ПАН-материалов

Н.А. Бардаш, аспирант

Руководитель: к.т.н., доц. О.А. Гаранина

Киевский национальный университет технологий и дизайна

E-mail: nata_bardash@ukr.net

Согласно терминологии и классификации коллоидной химии, наносистемы относятся к ультрадисперсным коллоидным системам, размеры которых лежат в области 1 - 100 нм, что делает возможным использование законов коллоидной химии для описания свойств наносистемы. Высокоразвитая поверхность, в частности, поверхностный слой волокна является нанообъектом, от физико-химического состояния которого зависят свойства волокнистого материала. В процессе проведения функционализации происходит изменение химической природы поверхности без участия основного объема волокнистого материала на основе ПАН, что, по сути, является функционализацией поверхностного нанослоя, состав и структура которого определяет, например, способность к смачиванию и адгезии. При переходе к наночастицам роль межфазного слоя существенно возрастает.

Для оценки изменения свойств поверхности по сравнению с объёмом нами используется анализ термодинамических параметров смачиваемости. Предложено уравнение для оценки изменения свободной энергии поверхности волокна при смачивании, определена область изменения величины без использования величин поверхностного натяжения.