RU2800151C9 - Organic plastic and method for its manufacturing - Google Patents

Abstract

FIELD: manufacturing substrate.

SUBSTANCE: manufacturing substrate for personal protective equipment. Organic plastic contains non-woven layers of fibre, bonded together with a binder. The fibre of each subsequent layer is oriented relative to the previous one in a direction different from 45° up to 55° or from 85° up to 95° . Organic plastic contains a binder in the amount of 3-10% of the total volume of the material. The fibre has a linear density of 14-150 tex and a cross-sectional shape of an irregular polygon with the number of corners from 3 to 7. A method for obtaining organic plastic is also proposed.

EFFECT: group of inventions makes it possible to increase the strength of organic plastic and reduce the binder content in it.

3 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИTECHNICAL FIELD

Изобретение относится к изделиям из арамидных нитей, в частности к органопластикам, а также к способу изготовления таких изделий.The invention relates to products made from aramid threads, in particular to organoplastics, as well as to a method for manufacturing such products.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART

Из уровня техники известен препрег, включающий мас. %: эпоксикаучуковое, фенолокаучуковое или эпоксисульфоновое связующее - 40-60 и арамидный наполнитель - ткани сатинового, саржевого и полотняного переплетения из волокон СВМ и Русар с линейной плотностью 14,3 текс и 29,4 текс - 40-60 (RU 2395535,31.03.2009).A prepreg containing wt. is known from the prior art. %: epoxy rubber, phenol rubber or epoxy sulfone binder - 40-60 and aramid filler - sateen, twill and plain weave fabrics made from SVM and Rusar fibers with a linear density of 14.3 tex and 29.4 tex - 40-60 (RU 2395535, 31.03. 2009).

Так же из уровня техники известен препрег, содержащий волокнистый наполнитель, состоящий из высокопрочных нейтральных нитей с номинальной линейной плотностью 14,3; 29,4; 58,8 текс, клеевое полимерное расплавное связующее и полисульфон, в котором высокопрочные нейтральные нити получены на основе арамидных волокон Русар-НТ, синтезированных с использованием мономера - хлор-n-фенилендиамина, при следующем соотношении компонентов, мас. %: волокнистый наполнитель 62,1-80; клеевое полимерное расплавное связующее 16-29,9; полисульфон 4-8,0. Технический результат состоит в повышении упругопрочностных свойств, низком водопоглощении и способности сохранять эксплуатационные свойства в условиях воздействия термовлажностной среды полученного материала (RU 2687926, 19.04.2018).Also known from the prior art is a prepreg containing a fibrous filler consisting of high-strength neutral threads with a nominal linear density of 14.3; 29.4; 58.8 tex, adhesive polymer melt binder and polysulfone, in which high-strength neutral threads are obtained based on Rusar-NT aramid fibers, synthesized using the monomer - chloro-n-phenylenediamine, in the following ratio of components, wt. %: fibrous filler 62.1-80; adhesive polymer melt binder 16-29.9; polysulfone 4-8.0. The technical result consists in increasing the elastic-strength properties, low water absorption and the ability to maintain performance properties under conditions of exposure to the thermal and humidity environment of the resulting material (RU 2687926, 04/19/2018).

Кроме того, из уровня техники известен способ изготовления армированных изделий из органопластиков путем формирования заготовки из чередующихся армирующих и матричных волокон, заключающийся в формовании заготовок под давлением при температуре выше температуры плавления связующего, отличающийся тем, что процесс формования начинают с подачи давления при температуре в пределах теплостойкости матричных волокон до полного трансверсального деформирования заготовки, после чего давление снижают до уровня, достаточного для поддержания заготовки в деформированном состоянии, и одновременно повышают температуру до температуры плавления матричных волокон, затем при том же давлении органопластик охлаждают ниже температуры теплостойкости термопластичного связующего (RU 2383437, 13.10.2008)In addition, a method of manufacturing reinforced products from organoplastic materials is known from the prior art by forming a blank from alternating reinforcing and matrix fibers, which consists in molding the blanks under pressure at a temperature above the melting point of the binder, characterized in that the molding process begins by applying pressure at a temperature within heat resistance of the matrix fibers until complete transversal deformation of the workpiece, after which the pressure is reduced to a level sufficient to maintain the workpiece in a deformed state, and at the same time the temperature is increased to the melting temperature of the matrix fibers, then at the same pressure the organoplastic is cooled below the heat resistance temperature of the thermoplastic binder (RU 2383437, 13.10.2008)

Недостатком известных решений является высокое содержание связующего в получаемых изделиях, что влечет за собой снижение прочностных свойств и увеличение массы конечного изделия.The disadvantage of the known solutions is the high content of binder in the resulting products, which entails a decrease in strength properties and an increase in the weight of the final product.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, заключается в предоставлении нового органопластика, исключающей недостатки известных из уровня техники решений.The technical problem solved by the claimed invention is to provide a new organoplastic that eliminates the disadvantages of solutions known from the prior art.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в снижение процентного содержания связующего и в повышение прочностных свойств органопластика.The technical result achieved by implementing the invention is to reduce the percentage of binder and increase the strength properties of the organoplastic.

Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата предлагается органопластик, содержащий неплетеные слои из волокна, скрепленные между собой связующем, при этом волокно каждого последующего слоя ориентировано относительно предыдущего в направление, отличном на угол от 85° до 95°, а связующее находится в диапазоне от 3% до 10% от общего объема, при это волокно имеет форму поперечного сечения неправильного многоугольника, с количеством углов от 3 до 7, и волокно имеет линейную плотность от 14 до 150 Текс.To solve the problem and achieve the stated technical result, an organoplastic containing unwoven layers of fiber fastened together with a binder is proposed, with the fiber of each subsequent layer oriented relative to the previous one in a direction different from 85° to 95°, and the binder is in the range from 3% to 10% of the total volume, wherein the fiber has a cross-sectional shape of an irregular polygon, with the number of angles from 3 to 7, and the fiber has a linear density from 14 to 150 Tex.

Кроме того, органопластик может содержать количество слоев в диапазоне от 2 до 100.In addition, organoplastic can contain a number of layers ranging from 2 to 100.

Также, органопластик может представлять собой органопластик, в котором волокно каждого последующего слоя ориентировано относительно предыдущего в направление, отличном на угол от 45° до 55°.Also, an organoplastic can be an organoplastic in which the fiber of each subsequent layer is oriented relative to the previous one in a direction that differs by an angle from 45° to 55°.

Так же предлагается способ изготовления органопластика, содержащий этап намотки слоя волокна на оправку с изменением направления намотки каждого последующего слоя на угол от 85° до 95°, при этом на волокно предварительно наносится связующее, этап прессования слоев на оправке под температурой пластичности волокна и давлением от 12 кгс/см² до 40 кгс/см², этап охлаждения, этап удаления органопластика с оправки путем срезания по кромке.A method for manufacturing organoplastic is also proposed, containing the stage of winding a layer of fiber onto a mandrel with changing the direction of winding of each subsequent layer at an angle from 85° to 95°, while a binder is first applied to the fiber, the stage of pressing the layers on a mandrel under the plasticity temperature of the fiber and pressure from 12 kgf/cm ² to 40 kgf/cm ² , cooling stage, stage of removing organoplastic from the mandrel by cutting along the edge.

Кроме того, способ изготовления органопластика может содержать этап намотки слоя волокна на оправку, на котором происходит изменение направления намотки каждого последующего слоя на угол от 45° до 55°.In addition, the method for manufacturing organoplastic may contain the stage of winding a layer of fiber onto a mandrel, at which the winding direction of each subsequent layer changes by an angle from 45° to 55°.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Изобретение поясняется чертежами. Чертежи представлены в объеме, достаточном для понимания изобретения специалистами, и ни в какой мере не ограничивают объема изобретения. На чертежах одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.The invention is illustrated by drawings. The drawings are presented to the extent sufficient to enable those skilled in the art to understand the invention and do not in any way limit the scope of the invention. In the drawings, like elements are designated by like numbers.

На Фиг. 1 изображен пример намотанных на оправку слоев волокна.In FIG. 1 shows an example of fiber layers wound on a mandrel.

На Фиг. 2 изображен поперечный разрез органопластика после этапа пресования.In FIG. Figure 2 shows a cross-section of organoplastic after the pressing stage.

ОПИСАНИЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDESCRIPTION OF IMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Одним из объектов заявленной группы изобретений является органопластик, который в свою очередь может применяться в качестве подложки средств индивидуальной защиты. При этом органопластик содержит неплетеные слои из волокна, в качестве которого, в предпочтительном варианте осуществления, используется арамидная нить. Ниже в таблице 1 приводятся технические характеристики нитей, предпочтительных при формировании слоев органопластика, однако не ограничиваясь ими. Так, для формирования слоев органопластика, определяющим свойством является линейная плотность, которая для заявленного изобретения выбирается из диапазона 14 до 150 Текс.One of the objects of the claimed group of inventions is organoplastic, which in turn can be used as a substrate for personal protective equipment. In this case, the organoplastic contains unwoven layers of fiber, which, in a preferred embodiment, is an aramid thread. Table 1 below shows the technical characteristics of threads that are preferred when forming layers of organoplastic, but are not limited to them. Thus, for the formation of layers of organoplastic, the defining property is the linear density, which for the claimed invention is selected from the range of 14 to 150 Tex.

В дополнение, для формирования слоев и их последующего объединения с образованием органопластика, органопластик содержит связующее, в предпочтительном варианте осуществления полимерное связующее. При этом связующее предварительно нанесено на нить, так что общее количество связующего может быть снижено относительно известных из уровня техники аналогов, и доведено до процентного содержания в диапазоне от 3% до 20%, в предпочтительном варианте осуществления от 3%до 10%.In addition, to form the layers and subsequently combine them to form an organoplastic, the organoplast contains a binder, in a preferred embodiment, a polymer binder. In this case, the binder is pre-applied to the thread, so that the total amount of binder can be reduced relative to analogues known from the prior art, and brought to a percentage in the range from 3% to 20%, in a preferred embodiment from 3% to 10%.

Как видно на Фиг. 1 формирование слоев происходит в результате намотки волокна на оправку, с последовательным изменением намотки волокна на градус находящийся в диапазоне от 85° до 95°, однако, может так же находится в диапазоне от 45° до 55°. А число слоев находится в диапазоне от 2 до 100 в зависимости от последующего использования.As can be seen in FIG. 1, the formation of layers occurs as a result of winding the fiber on a mandrel, with a sequential change in the winding of the fiber per degree, ranging from 85° to 95°, however, it can also be in the range from 45° to 55°. And the number of layers ranges from 2 to 100, depending on subsequent use.

Далее, для формирования плотной структуры органопластик подвергается прессованию с нагревом под температурой пластичности волокна и давлением от 12 кгс/см² до 40 кгс/см².Next, to form a dense structure, the organoplastic is pressed with heating under the plasticity temperature of the fiber and pressure from 12 kgf/cm ² to 40 kgf/cm ² .

Как показано на Фиг. 2 при таком прессовании волокно деформируется и приобретает форму неправильного многоугольника в сечении, с количеством углов в диапазоне от 3 до 7. Такая форма волокна обеспечивает более плотное прилегание слоев, а так же создает дополнительный эффект прочности, в силу дополнительной неравномерности внутренней структуры органопластика и за счет образования однородной монолитной структуры органопластика, и тем самым позволяет повысить баллистическую сопротивляемость против поражающего элемента. Кроме того, внутренняя структура такого типа, позволяет снизить количество связующего в ней за счет повышенной плотности прилегания слоев.As shown in FIG. 2 with such pressing, the fiber is deformed and takes the shape of an irregular polygon in cross-section, with the number of angles in the range from 3 to 7. This form of fiber ensures a tighter fit of the layers, and also creates an additional effect of strength, due to the additional unevenness of the internal structure of the organoplastic and due to the formation of a homogeneous monolithic structure of organoplastic, and thereby makes it possible to increase ballistic resistance against the damaging element. In addition, the internal structure of this type makes it possible to reduce the amount of binder in it due to the increased density of the layers.

Другим объектом заявленного изобретения является способ изготовления, предложенного выше органопластика. При этом способ содержит этап намотки, этап прессования слоев на оправке, этап охлаждения, этап удаления органопластика с оправки.Another object of the claimed invention is a method for manufacturing the organoplastic proposed above. In this case, the method contains a winding stage, a stage of pressing layers on a mandrel, a cooling stage, and a stage of removing organoplastic from the mandrel.

Как показано на Фиг. 1 этап намотки представляет собой этап, при котором на оправку, предпочтительно прямоугольной формы, наматывается волокно. При намотке на волокно наносится связующее до момента контакта волокна с оправкой. При таком методе удается снизить количество связующего в органопластике, что позволяет повысить его прочностные характеристики, так как известно, что высокое содержание связующего пагубно сказывается на всех характеристиках органопластике, увеличивая его массу, повышая хрупкость, и снижая прочностные свойства в том числе при баллистическом воздействии. На этапе намотки слоя волокна на оправку происходит изменение направления намотки каждого последующего слоя на угол от 85° до 95°, или на угол от 45° до 55°, таким образом создается перекрещивание волокон, что напрямую влияет на прочностные характеристики органопластика, исключая эффект расщепления в случае однонаправленности волокон каждого слоя. В результате намотки волокна на оправку получается верхний и нижний предварительные слои органопластика, имеющие одинаковые характеристики.As shown in FIG. Winding step 1 is the step in which the fiber is wound onto a mandrel, preferably rectangular in shape. When winding, a binder is applied to the fiber until the fiber contacts the mandrel. With this method, it is possible to reduce the amount of binder in organoplastic, which makes it possible to increase its strength characteristics, since it is known that a high content of binder has a detrimental effect on all the characteristics of organoplastic, increasing its mass, increasing fragility, and reducing strength properties, including under ballistic influence. At the stage of winding a layer of fiber onto a mandrel, the winding direction of each subsequent layer changes at an angle from 85° to 95°, or at an angle from 45° to 55°, thus creating crossing of fibers, which directly affects the strength characteristics of the organoplastic, eliminating the effect of splitting in the case of unidirectional fibers of each layer. As a result of winding the fiber onto a mandrel, the upper and lower preliminary layers of organoplastic are obtained, having the same characteristics.

Этап прессования представляет собой этап, при котором на оба предварительных слоя органопластика оказывается давление с нагревом под температурой пластичности волокна. При этом, удаляется излишек связующего, а так же, как показано на Фиг. 2, происходит деформация волокна, с преданием ему формы неправильного многоугольника в сечении, с количеством углов в диапазоне от 3 до 7. Таким образом обеспечивается более высокая степень прилегания слоев друг другу, а так же создается дополнительная эффект неравномерности внутренней структуры органопластика, что прямым образом влияет на повышение его прочности. В результате прессования удается достичь процентного содержания связующего в диапазоне от 3% до 20% от общего объема, в предпочтительном варианте осуществления от 3% до 10%, при этом слой связующего между плоскостями волокон не превышает 2 мкм.The pressing stage is a stage in which pressure is applied to both preliminary layers of organoplastic with heating at the plasticity temperature of the fiber. In this case, excess binder is removed, and in the same way as shown in Fig. 2, the fiber is deformed, giving it the shape of an irregular polygon in cross-section, with the number of angles in the range from 3 to 7. This ensures a higher degree of adhesion of the layers to each other, and also creates an additional effect of unevenness of the internal structure of the organoplastic, which directly affects the increase in its strength. As a result of pressing, it is possible to achieve a binder percentage in the range from 3% to 20% of the total volume, in a preferred embodiment from 3% to 10%, while the layer of binder between the planes of the fibers does not exceed 2 μm.

Этап охлаждения представляет собой этап, при котором намотанные и спрессованные на оправке подвергают охлаждению при температуре окружающей среды.The cooling step is a step in which the wound and pressed parts on the mandrel are cooled at ambient temperature.

Этап удаления органопластика с оправки представляет собой этап, при котором до момента полного отвердевания по боковой стороне оправки изделие прорезается таким образом, что с оправки могут быть удалены верхний и нижний слои органопластика.The stage of removing organoplastic from the mandrel is a stage in which, before complete hardening along the side of the mandrel, the product is cut in such a way that the upper and lower layers of organoplastic can be removed from the mandrel.

Claims (7)

1. Органопластик, содержащий неплетеные слои из волокна, скрепленные между собой связующим, при этом волокно каждого последующего слоя ориентировано относительно предыдущего в направлении, отличном на угол от 45° до 55° или на угол от 85° до 95°, а связующее находится в диапазоне от 3 до 10% от общего объема, при этом волокно имеет форму поперечного сечения неправильного многоугольника с количеством углов от 3 до 7 и волокно имеет линейную плотность от 14 до 150 текс.1. Organoplastic containing unwoven layers of fiber fastened together with a binder, with the fiber of each subsequent layer oriented relative to the previous one in a direction different from an angle of 45° to 55° or an angle from 85° to 95°, and the binder is in range from 3 to 10% of the total volume, while the fiber has a cross-sectional shape of an irregular polygon with the number of angles from 3 to 7 and the fiber has a linear density from 14 to 150 tex. 2. Органопластик по п. 1, в котором количество слоев находится в диапазоне от 2 до 100.2. Organoplastic according to claim 1, in which the number of layers is in the range from 2 to 100. 3. Способ изготовления органопластика по п. 1 или 2, содержащий3. A method for manufacturing organoplastic according to claim 1 or 2, containing этап намотки слоя волокна на оправку с изменением направления намотки каждого последующего слоя на угол от 45° до 55° или на угол от 85° до 95°, при этом на волокно предварительно наносится связующее;the stage of winding a layer of fiber onto a mandrel with changing the winding direction of each subsequent layer at an angle from 45° to 55° or at an angle from 85° to 95°, while a binder is first applied to the fiber; этап прессования слоев на оправке под температурой пластичности волокна и давлением от 12 до 40 кгс/см²;the stage of pressing layers on a mandrel under the plasticity temperature of the fiber and pressure from 12 to 40 kgf/cm ² ; этап охлаждения;cooling stage; этап удаления органопластика с оправки путем срезания по кромке.the stage of removing organoplastic from the mandrel by cutting along the edge.