волокнистый материал

Формула изобретения

ВОЛОКНИСТЫЙ МАТЕРИАЛ, содержащий одиночные термически склеенные синтетические нити в продольном и поперечном направлениях и участки групп синтетических нитей, термически склеенные боковыми поверхностями в продольном направлении, отличающийся тем, что участки групп продольных склеек в ниже-и вышележащем слоях ориентированы преимущественно в разных направлениях, при этом минимальный угол между осями участков групп продольных склеек составляет 45 90^o.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к волокнистым материалам, получаемым аэродинамическим способом. Изобретение может быть использовано в объектах, где предъявляются повышенные требования к износостойкости волокнистого материала, когда изделие эксплуатируется в сложном напряженном состоянии при действии циклических нагрузок.

Известен нетканый материал [1] содержащий по меньшей мере один слой из сцепленных волокон. Повышение устойчивости к абразивному действию наружной поверхности достигается за счет пропитки верхнего слоя материала термоустойчивым фторуглеродным агентом и последующим горячим каландрированием.

К недостаткам этого технического решения следует отнести сложность изготовления материала и его высокую стоимость вследствие большого количества технологических операций при изготовлении материала.

Известна чистящая салфетка [2] для предметов домашнего обихода, выполненная из иглопрошивного нетканого полотна, пропитанного связующим. В этом случае повышение износостойкости достигается введением в состав связующего абразивных частиц.

К недостаткам указанного материала следует отнести наличие абразивных частиц, которые при эксплуатации изделия могут отрываться и попадать в соприкасающуюся с материалом рабочую среду.

Известен мат для пола [3] имеющий абразивостойкую пористую структуру. Мат состоит из слоя переплетенных между собой гибких полимерных волокон. Повышение износостойкости указанного материала достигают за счет наличия на поверхности волокнистого слоя абразивостойкого полимерного покрытия. К недостаткам данного технического решения следует отнести низкую износостойкость материала при действии циклических нагрузок вследствие повышенного трещинообразования в структуре абразивостойкого полимерного материала.

Известен нетканый листовой материал [4] состоящий из основных и дополнительных волокон. Материал подвергают воздействию температуры и давления, в результате чего происходит соединение основных и дополнительных волокон друг с другом. Повышение износостойкости такого материала обеспечивается за счет того, что один из видов волокон обладает большим абразивным сопротивлением износу.

К недостаткам данного технического решения следует отнести сложность равномерного распределения двух видов волокон в структуре материала для получения изотропного состояния и высокую стоимость материала вследствие наличия операций прессования и термообработки.

Известен нетканый (волокнистый) материал [5] из синтетических волокон (нитей), имеющий одиночные термические склеенные волокна (нити) в продольном и поперечном направлениях и участки группы волокон (нитей), термически склеенные боковыми поверхностями в продольном направлении. В этом техническом решении повышение износостойкости волокнистого материала достигается за счет наличия в его структуре групп нитей, термически склеенных в поперечном направлении, причем группы нитей, термически склеенные боковыми поверхностями в поперечном и продольном направлениях, образуют участки наслоения склеек, которые составляют от 5 до 35% от общего количества групп нитей, термически склеенных боковыми поверхностями в поперечном направлении. Этот материал наиболее близок к заявляемому и выбран в качестве прототипа.

Указанный волокнистый материал обладает достаточной износостойкостью при работе в условиях простого нагружающего воздействия, например при истирании между двух вращающихся или совершающих только возвратно-поступательное движение рабочих органов контактирующих поверхностей.

Однако к недостаткам данного технического решения следует отнести низкую износостойкость волокнистого материала при сложном механическом воздействии, например, когда истирающая поверхность совершает вращательное движение и одновременно перемещается в прямолинейном направлении по поверхности волокнистого материала. Низкая износостойкость прототипного волокнистого материала связана с нерегулярностью его структуры по отношению к направлению приложения истирающего воздействия.

Поэтому целью предлагаемого изобретения является улучшение физико-механических свойств волокнистого материала путем повышения его износостойкости.

Поставленная цель достигается за счет того, что в волокнистом материале из синтетических нитей, имеющем одиночные термически склеенные нити в продольном и поперечном направлениях и участки группы нитей, термически склеенные боковыми поверхностями в продольном направлении, согласно изобретению участки групп продольных склеек в нижележащем и вышележащем слоях ориентированы в разных направлениях, при этом минимальный угол между осями участков групп продольных склеек находится в диапазоне от 45 до 90^о.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый волокнистый материал; на фиг. 2 зависимость относительного числа n₁ истирающих циклов нагружения от величины минимального угла между осями участков групп продольных склеек.

Предлагаемый волокнистый материал состоит из одиночных нитей 1, групп нитей 2, термически склеенных в поперечном направлении, образованных при пересечении отдельных нитей, групп нитей 3, термически склеенных боковыми поверхностями в пределах вышележащего слоя и в поперечном направлении между слоями.

На фиг. 1 обозначены позицией 4 продольные склейки нижележащего слоя, 5 продольные склейки вышележащего слоя, - минимальный угол между осями участков групп продольных склеек вышележащего и нижележащего слоев.

Если материал подвергается простому истирающему воздействию, то в зависимости от режима нагружения и вида трущей поверхности (величины шероховатостей поверхности, шага между выступами и т.п.) каждому типа истираемого волокнистого материала будет соответствовать некоторое число n разрушающих циклов.

Для простоты описания будем оперировать относительным числом n₁разрушающих циклов. Относительное число n₁ разрушающих циклов определили как отношение числа разрушающих циклов при сложном нагружении (например, для истирания сопровождающегося дополнительным нагружением от некоторой растягивающей силы) к числу n разрушающих циклов при простом истирании. Для простого истирания n n₁ (фиг.2, кривая 6). Предположим, что реализована следующая схема нагружения: волокнистый материал работает в условиях растяжения (возникновение в материале нормальных напряжений) и одновременно по поверхности материала перемещается истирающая шероховатая поверхность, например, в виде плоского ползуна (возникновение в материале нормальных и касательных напряжений). В данном варианте относительное число n₁ разрушающих циклов будет меньше (фиг.2, кривые 8 и 9), чем для случая простого истирания (фиг.2, кривая 6). Относительное положение кривых 8 и 9 (фиг.2) будет зависеть от соотношения величин растягивающей силы F и разрушающей силы F₁(прочности волокнистого материала).

Чем меньше сила F, тем ближе кривая к линии 6 (фиг.2), проведенные выше рассуждения справедливы для прототипного волокнистого материала с нерегулярной структурой групп продольных склеек. Проведенные исследования показали, что если в волокнистом материале удается реализовать послойную ориентацию групп продольных склеек, т.е. регулировать величину угла между осью ориентации нижних (позиция 4 фиг. 1) и верхних (позиция 5, фиг.1) продольных склеек в пределах группы продольных склеек 3 (фиг.1), то в этом случае имеется оптимальный диапазон величин минимального угла между осями участков групп продольных склеек (кривая 7 фиг.2). Поскольку пересечение осей участков групп продольных склеек образует два скрещивающихся угла (фиг.1), то целесообразно рассматривать только один из них, например минимальный по абсолютному значению. Проведенные рассуждения справедливы только для определенного соотношения величин растягивающей силы F и разрушающей силы F₁, а именно для случая F/F₁ от 0,2 до 0,5.

На примере опытных данных, приведенных на фиг.1-2, рассматривается механизм работы волокнистого материала в условиях сложного нагружения. Если угол находится в диапазоне до 45^о или более 90^о, то механизм разрушения протекает обычным порядком (кривая 7, участки I, и III фиг.2) с соответственным понижением относительного числа n₁ разрушающих циклов. Если угол находится в диапазоне от 45 до 90^о, то в этом интервале наблюдается увеличение относительного числа n₁ разрушающих циклов (кривая 7, участок II, фиг.2).

В качестве объяснения указанных закономерностей может быть предложен следующий механизм: в случае < 45^о или > 90^онагружающее напряжение от растягивающие силы F и истирающего усилия распределяется между группами продольных склеек таким образом, что нагруженным оказывается первое волокно склейки (до 90% нагрузки). В этом случае склейка разрушается, нить отделяется, и нагрузка идет на следующую нить до полного разрушения склейки. Оптимальный диапазон для угла 45-90^о, по-видимому, обеспечивает равномерное распределение нагрузки по нитям в пределах склейки с соответствующим увеличением числа разрушающих циклов.

В экспериментальных условиях была наработана опытная партия предлагаемого волокнистого материала. Анализ волокнистого материала на износостойкость на приборе ДИТ-М подтвердил повышение числа истирающих циклов нагружения для оптимального диапазона минимального угла между осями групп склеек по сравнению с контрольным образцом с произвольно ориентировочными группами склеек на 35-40% повышение долговечности волокнистого материала равноценно увеличению выпуска продукции без дополнительных затрат рабочей силы, сырья и материалов.