Технические
науки
Рязанцева
С.И., Илюшина С.В., Минязова А.Н.
Казанский
национальный исследовательский технологический университет, Россия
Композиционные
пленочные материалы
В настоящее время
ведущие зарубежные и отечественные ученые активно ведут исследования,
направленные на разработку новых композиционных материалов с полимерным
плёночным покрытием, а также материалов, в состав которых входят полимерные
пленки. Современные композиционные пленочные материалы выступают в качестве
многокомпонентных систем, на основе полимерного материала и различных добавок.
Материалы с пленочным
покрытием применяют в производстве непромокаемых плащей, курток, головных
уборов. Помимо представленных вариантов, ассортимент дополняют пальто и
полупальто.
В материалах заключены
качества водонепроницаемости, плотности, тонкости, легкости. Но в них
присутствует один значительный минус – воздухонепроницаемость, тем самым
присутствует снижение гигиенических свойств. Основу материала изготавливают из
различного рода тканей. В состав таких тканей входят комплексные нити или
волокна, изготовленные из синтетических полимеров. Помимо комплексных нитей и
волокон применяют пряжу смешенного типа, в основе которой используют
синтетические, искусственные волокна из хлопка. В составе покрытий, которые
используют для нанесения на основу, входят пoлиуретан, силикoн, синтетичеcкий каучук, пoлиэфир, полиaкрил, а
также латекс.
В ходе производства
таких комплексных материалов, полимерное покрытие наносится на основу, лицевые
или изнаночные ее стороны. Иногда, пoкрытие
нанoсят на oбе стoрoны. Фиксацию производят с помощью каландров, под действием
дaвлeния и пoвышеннoй тeмперaтуры. Материалы, в слои которых входят резиновые
составляющие, получаются в процессе вулканизации. Сначала наносят первичные компонующие
покрытия, а затем проводят процедуру вулканизации.
Колебание поверхностной
плотности материала с покрытием на основе полимеров, выявлено в значениях 55-112
г/м2, а материалов с резиновым покрытием – от 110 до 190 г/м2
[1].
Капроновые и лавсановые
нити занимают лидирующее место в роли сырья, которое применяют в производстве материалов
с полимерными покрытиями, чаще всего выбор переплетений останавливают на
саржевом. Основами полимерных покрытий выступают полиамиды, полиэфиры и
силиконы. Они увеличивают поверхностную плотность материала на 15-20 г/м².
У таких материалов выявляют повышенную прочность при растяжении, невысокую
поверхностную плотность и повышенную стойкость к истиранию. Водоупорность у
таких тканей повышенная, присутствует красивый внешний вид. Минусом таких
материалов являются плохая воздухопроницаемость. Таким образом, при пошиве
плащей следует учесть специфику конструкции, при разработке которой необходимо
учесть проход воздуха к телу человека. В качестве этого выступают различного
рода декоративные отверстия или сетки.
В процессе шитья
различных продуктов текстиля из такого рода материалов следует обратить
внимание на ряд особенностей.
Скорость разрезания
материала должна быть небольшой, так как присутствует затруднение раскроя.
Заточка ножей, применяемых для раскроя материалов с полимерным покрытием,
должна быть более частой.
Материалы с пленочным
покрытием с трудом перемещаются под лапкой швейной машины. На это влияет
повышенный коэффициент трения пленочного покрытия. В целях снижения трения и
улучшения перемещения материала используют тефлоновую или фторопластовую лапку,
или роль-пресс, а также, места строчек смазывать маслом или эмульсией на основе
силикона. Готовая продукция, выполненная из полимерных комбинированных
материалов, не подлежит влажно-тепловой обработке [2].
Многослойные и
комбинированные материалы являются одним из видов композиционных материалов.
Многослойные материалы состоят из слоев полимерных синтетических композиций,
зачастую из полимерных пленок. Составляющими материалов, в структуре которых
присутствуют несколько слоев, являются слои различного типа, например, фольга,
бумага, ткань, нетканые материалы, полимерная пленка.
Возможность сочетать
различные по своим характеристикам слоев пленок позволяет производить разносторонние
качества, которыми должен обладать многослойные материалы. В этом случае, эти
свойства можно менять, путем изменения толщины материала, толщины слоев в
структуре пленки, состоящей из множества слоев.
Термопластичные пленки
широко применяют для получения брезентов, обкладок водоёмов, для защиты от
суровой погоды, промышленных мешков, помимо этого, для получения медицинских
изделий [3].
Известно изобретение,
которое относят к слоистым полимерным материалам для средств индивидуальной
защиты. Это многослойный пленочный полимерный материал, применяемый в
производстве защитной одежды для ликвидации последствий аварий на химически
опасных объектах. В состав материала входит внешний слой, который состоит из
цельных пленочных материалов и внутренний, состоящий из перфорированного слоя
термопластичных и термоэластичных полимерных материалов. Полиэтилен применяют в
качестве прокладываемого материала во внешнем слое, поскольку низкая плотность
является его главной положительной чертой. Помимо полиэтилена в наружный слой
добавляют уретановый эластичный полимер или двухслойную пленку из полиэтилена и
бутилкаучука [4].
Особенность поддаваться
сварке, присущая полиэтилену, применяют для пошива защитной одежды от
биологических агентов. Для внутреннего слоя материала применяют полипропилен,
им разминируют нетканый материал, а для внешнего слоя используют полиэтиленовую
пленку.
Применение пленок, в
структуру которых входят несколько слоев, имеющие различную химическую природу,
в большей мере увеличивают свойства композиционных материалов, такие как
прочность, мера эксплуатации и защита [5].
Комбинированные
материалы получают путем горячего прессования, при этом тип армирующей основы
не влияет на выбор метода. Процесс проводят на каландре, с применением
прессования, при воздействии высоких температур и давления. В результате
процесса происходит склеивание армирующей основы и многослойной пленки.
Материалы, состоящие из
нескольких слоев, относящиеся к мембранному типу, в основном используются в
производстве защитной специализированной экипировки. Основная задача мембранных
слоистых материалов – предохранение от влаги, распространенных снаружи опасных
веществ и предотвращение образования влаги в пододежном слое, что способствует
появлению дискомфорта при жизнедеятельности человека. Основной характеристикой
таких материалов выступают водонепроницаемость и паронепроницаемость.
Существуют ткани с
прослойками на основе мембран из целлюлозы и полиамида, полиалкенилениминов.
Помимо мембранных прослоек, добавляют специальный слой, полученный из
активированного угля или угольной ткани, который оснащает материал
воздухопроницаемостью и повышенной защитой от токсичных веществ [6].
Большая часть
производимых в мире полимерных пленок отведена на расплавы пластических масс,
при нагревании которые переходят в вязкотекучее или высокоэластическое
состояние, при этом не разрушаясь под воздействием температур.
Основное определение
выбора метода изготовления пленок дает химическая природа полимеров и
назначение готовых пленок.
На данный момент выделяют
четыре метода получения пленок из полимеров, которые находятся в вязкотекучем
либо в высoкоэластическoм
состоянии:
-
экструзия;
-
каландрование;
-
производство комбинированных пленок;
-
физико-химическая модификация мембранных
материалов [7].
Для примера можно взять
получение поливинилхлоридной ткани (ПВХ-ткани). В качестве главного
составляющего используется лавсан или полиэфир, которые в процессе производства
покрывают поливинилхлоридом с одной или двух сторон, а затем покрывают защитным
лаком [8].
Заранее определенные
методы подготовки сырья, а также его выбор, значительно влияют на
характеристики пленок, которые получают путем каландрирования. Сырье,
обладающее постоянными свойствами, обеспечивает безостановочную работу линий с
высокой производительностью. В свою очередь это позволяет производить
высококачественный продукт.
В смеси, входящие в
состав пленок, в основе которых лежит ПВХ, включают в себя огромное количество
компонентов. ПВХ-пленки можно разделить на 2 вида, а именно мягкие и жесткие. Это
завит от того, сколько пластификаторов было добавлено, а также от самого
состава композиций. Путем каландрирования пластиката получаются ПВХ-пленки, его
еще называют пленочным пластикатом. Сам пластикат представляет собой смеси, в
основу которых лег пластифицированный ПВХ. Такие пленки смеси являются
термопластическими. Пленочный винипласт, или как еще его называют жесткие
ПВХ-пленки, основан на жестком термопластичном материале, который состоит, в
свою очередь, из ПВХ-винипласт [9].
Соединения, принимаемые
за стабилизаторы, способствуют стабильности ПВХ на протяжении всей переработки
и упрощают данный процесс: стеараты кальция, кадмия, свинца, смешанные
кадмиево-баревые соли жирных кислот, иногда в сочетании с эпоксидированным
маслом. При изготовлении прозрачных пленок применяют органические соединения, в
основе которых заложено олово. Они считаются дорогими с экономической точки
зрения, а вот с функциональных – очень ценными, так как обладают хорошей
термостойкостью и устойчивы к действию света. К ним относятся дибутиллаурат,
дибутилмалеинат, дилауринат дибутилолова и подобные соединения. Наполнители
вводят для обеспечения материала определенных качеств (непрозрачность,
светостойкость, увеличение твердости), а также для уменьшения цены пленочных
материалов. Сепарированный мел и липотон выступают в роли основного вида
наполнителя. Их используют чаще всего. Хлорпарафин добавляют в смесь для
придания материалам негорючести и антигрибковых свойств. Такой состав используют
для приготовления пленочных материалов, предназначенных для использования при
воздействии усиленного атмосферного строения. Главным недостатком органических
красителей, которые растворяются в полимерах, является миграция, а также
невысокая стойкость. Такие красители в производстве ПВХ-пленок применяются
редко, в основном для получения прозрачных материалов. Применение минеральных и
органических пигментов, их комбинации, встречается чаще всего. Закладывая в
основу требуемую окраску материала, можно менять тип и количество добавляемых
пигментов. Растворимость пигментов играет большую роль в равномерности и
гладкости окрашивания пленок. Наравне с дисперсностью выделяют спектральные
характеристики свето- и термостойкости.
Модификаторы добавляют
в целях повышения определенных свойств перерабатываемой ПВХ, а именно
уменьшения хрупкости и ломкости пленки при любых температурах, а также
увеличение ударной вязкости. Обычно их численность варьируется от 10 до 15 % от
общей массы полимера. Различные каучуки и хлорированный полиэтилен, а также
тройные сополимеры акрилонитрила с бутадиеном и стиролом (АБС-пластики),
используют как модификаторы. Смазки, которые основываются на низкомолекулярных
жидкостях или полимерных веществах, можно отнести к основным составляющим всех
жестких, а также и пластифицированных материалов на основе ПВХ [10].
Тенденция использования
композиционных материалов и материалов на тканевой основе с пленочным покрытием
увеличивается с огромной скоростью. Чаще всего такие материалы используют в
производстве одежды специального назначения. В зависимости от воздействующих
агрессивных сред и степени поражения, применяют резины общего или специального
назначения, или пленкообразующие материалы.
1. Описание свойств пленок [Электронный ресурс]:
Интерпак: офиц. сайт компании. – Режим доступа: http://www.interpacknsk.ru/index.php?
p, свободный
2. Бекин Н.Г., Захаров
Н.Д., Пеунков Г.К., Попов А.В., Шанин Н.П. Оборудование и основы проектирования
заводов резиновой промышленности: - Л.: Химия, 1985. - 504 с.
3. Пат. 2120384
Российская Федерация. МПК8 В 32 В 03/10 Композиционный пленочный материал
Гаранин А.Ф. Гориленков В.К. Шитикова
Г.А. Ананьев В.В. Ламкин О.Б. Военная академия химической защиты. № 94045659/04.
заявл. 19.02.2002. опубл. 27.01.2005. приоритет 17.09.2000. – 6 с.
4. Заявка 2005118088.
МПК8 А 68 В 17/00. Спецодежда для частичной защиты тела от биологических
агентов Чербини С. Ло Иоко П. заявитель Кл.Ком С.Р.Л.(IT) заявл. 11.01.2003. опубл.20.01.2006.
– 10 с.
5. Абдуллин И.Ш.
ВЧЕ-плазма в технологии изготовления трубчатых ультрафильтров/ И.Ш. Абдуллин [и
др.] //Вестник Казанского технологического университета. -2012. - №15. - С.
63-66
6. Волова, Т.Г.
Материалы для медицины, клеточной и тканевой инженерии (электрон. учеб.
пособие). – Красноярск: ИПК СФУ, 2009. – 262 с.
7. Полуторасторонний
тентовый материал [Электронный ресурс]: каталог продукции // Режим доступа: http://www.tzik.ru/material-half_side.html,
свободный
8. Абдуллин И.Ш. Композиционные
мембраны/ И.Ш. Абдуллин [и др.] // Вестник Казанского технологического университета.
- 2012. - №15. - С. 67-75
9.Абдуллин И.Ш.
Регенерация модифицированных композиционных мембран ВЧЕ-плазмой пониженного
давления/ И.Ш. Абдуллин [и др.] // Вестник Казанского технологического
университета. - 2013. - №3. - С. 35-40
10. Пат. 2180312
Российская Федерация. МПК8 В 65 D 65/40. В 32 В 27/32. Слоистый упаковочный
материал Ананьев В.В. Легонькова О.А. Чалых А.Е. заявитель и патентообладатель
Ананьев Владимир Владимирович. Легонькова Ольга Александровна. Чалых Анатолий
Евгеньевич. № 2001102839/13. заявл. 02.03.2001. опубл. 1.03.2002. приоритет
10.3.2002. – 4 с.