RU2850270C1 - Method of increasing strength characteristics of para-aramid yarns and fabric by treatment in non-equilibrium low-temperature plasma - Google Patents
Method of increasing strength characteristics of para-aramid yarns and fabric by treatment in non-equilibrium low-temperature plasmaInfo
- Publication number
- RU2850270C1 RU2850270C1 RU2024139558A RU2024139558A RU2850270C1 RU 2850270 C1 RU2850270 C1 RU 2850270C1 RU 2024139558 A RU2024139558 A RU 2024139558A RU 2024139558 A RU2024139558 A RU 2024139558A RU 2850270 C1 RU2850270 C1 RU 2850270C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fabric
- threads
- para
- aramid
- processing
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техникиField of technology
Предлагаемое в качестве изобретения техническое решение относится к технологии промышленной обработки нитей и тканей, производимых из параарамидных волокон, которая позволяет обеспечить им повышенные прочностные характеристики и защитные свойства для последующего их применения в различных отраслях промышленности – космической, авиационной, транспортной, легкой, топливной, химической, оборонной, строительной, при изготовлении сверхпрочных материалов и изделий различного типа, например сверхпрочных и легких композитов, каркасов транспортных средств, кордов транспортных покрышек, средств индивидуальной бронезащиты, армирующих элементов трубопроводов высокого давления, строительной арматуры, изготовления спортивного инвентаря и т.д.The technical solution proposed as an invention relates to the technology of industrial processing of threads and fabrics produced from para-aramid fibers, which allows for providing them with increased strength characteristics and protective properties for their subsequent use in various industries - space, aviation, transport, light industry, fuel, chemical, defense, construction, in the manufacture of ultra-strong materials and products of various types, for example, ultra-strong and lightweight composites, vehicle frames, tire cords, personal protective equipment, reinforcing elements of high-pressure pipelines, construction fittings, the manufacture of sports equipment, etc.
Уровень техникиState of the art
Параарамидные волокна значительно прочнее стали, однако легче в 5 раз и применяются во многих областях промышленности, к примеру, в качестве корда для шин и для изготовления облегченных баллистических материалов, широко используются в аэрокосмической промышленности и изготовлении композитов.Para-aramid fibers are significantly stronger than steel, but are 5 times lighter and are used in many industrial fields, for example, as cord for tires and for the production of lightweight ballistic materials, and are widely used in the aerospace industry and composite manufacturing.
Выраженным недостатком параарамида и материалов, изготовленных на его основе, выступает подверженность фоторазложению, высокая цена и повышенная гидрофильность, с одновременно выраженной неустойчивостью к разрезанию и значительным снижением прочностных характеристик при смачивании. A significant disadvantage of para-aramid and materials made from it is its susceptibility to photodegradation, high price, and increased hydrophilicity, along with a pronounced instability to cutting and a significant reduction in strength characteristics when wet.
Материалы из семейства параарамидов, изготавливаемые в соответствии с требованиями ГОСТ 33842-2016, обладают перечнем улучшенных свойств, к примеру, – высокой прочностью на разрыв, увеличенной температурой карбонизации, однако их показатели, нужные для изготовления конечных изделий, остаются на прежнем уровне, а именно – низкая стойкость к разрезанию и недостаточные прочностные показатели, в том числе к разрыву, при полном смачивании либо частичном увлажнении.Materials from the para-aramid family, manufactured in accordance with the requirements of GOST 33842-2016, have a number of improved properties, such as high tensile strength and increased carbonization temperature. However, their indicators required for the manufacture of final products remain at the same level: low resistance to cutting and insufficient strength indicators, including tensile strength, under full or partial wetting.
Из существующего уровня техники известен способ получения модифицированного волокна с последующим изготовлением из него ткани, композитов и изделий из них, при котором осуществляют промывку волокон и их модификацию посредством плазменной обработки или обработкой коронным зарядом при атмосферном давлении (патент RU 2614278 C2, дата публикации 24.03.2017), в результате реализации которого обеспечивается повышение удельной прочности.A method for obtaining modified fiber with subsequent production of fabric, composites and products from them is known from the existing level of technology, in which the fibers are washed and modified by plasma treatment or corona charge treatment at atmospheric pressure (patent RU 2614278 C2, publication date 03/24/2017), as a result of which the specific strength is increased.
Кроме того, из источника RU 212137352 А, дата публикации 10.03.2014, известен способ повышения адгезионной способности арамидного волокна, заключающийся в том, что арамидное волокно подвергают воздействию неравновесной низкотемпературной плазмы высокочастотного емкостного разряда в вакуумной камере в среде аргона в течение 90-210 с при напряжении на аноде 3,5-4,5 кВ, силе тока на аноде 0,3-0,5 А, рабочем давлении 26,6±0,1 Па, расходе газа 0,04±0,005 г/с; что приводит к созданию композиционного материала с повышенной адгезионной прочностью арамидного волокна к эпоксидным связующим.In addition, from source RU 212137352 A, publication date 10.03.2014, a method for increasing the adhesive capacity of aramid fiber is known, which consists in the fact that the aramid fiber is exposed to nonequilibrium low-temperature plasma of a high-frequency capacitive discharge in a vacuum chamber in an argon environment for 90-210 s at an anode voltage of 3.5-4.5 kV, anode current of 0.3-0.5 A, an operating pressure of 26.6±0.1 Pa, a gas flow rate of 0.04±0.005 g/s; which leads to the creation of a composite material with increased adhesive strength of aramid fiber to epoxy binders.
Основными задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение, является создание параарамидной нити и ткани, которые будут обладать повышенными (улучшенными) прочностными характеристиками, а именно улучшенной стойкостью к разрыву, повышенным модулем упругости, иметь увеличенные показатели удлинения при разрыве, а также разработка способа промышленной обработки параарамидных нитей и тканей, позволяющего обеспечить повышение указанных характеристик. The main objectives of the proposed invention are to create para-aramid threads and fabrics that will have increased (improved) strength characteristics, namely, improved resistance to tearing, an increased modulus of elasticity, and have increased elongation at break, as well as to develop a method for industrial processing of para-aramid threads and fabrics that will ensure an increase in the said characteristics.
Раскрытие сущностиRevealing the essence
Технический результат заявленного в качестве изобретения технического решения заключается в повышении защитных свойств параарамидных нитей и тканей, а также их эффективности при ударном воздействии за счет обеспечения повышенных прочностных характеристик параарамидных нитей и ткани, таких как сопротивление к разрыву, упругости и способность к удлинению, а также в расширении арсенала технических средств. The technical result of the technical solution claimed as an invention consists in increasing the protective properties of para-aramid threads and fabrics, as well as their effectiveness under impact by providing increased strength characteristics of para-aramid threads and fabrics, such as resistance to tearing, elasticity and elongation, as well as in expanding the arsenal of technical means.
Заявленный технический результат обеспечивается при реализации способа повышения прочностных характеристик параарамидных нитей и ткани посредством обработки в неравновесной низкотемпературной плазме, заключающимся в том, что обработку проводят в модифицированном плазматроне, при постоянной инжекции газовой смеси, и непрерывном движении нити или ткани, при этом осуществляют подготовку параарамидных нитей или ткани, отбирая пробы нитей или ткани и лабораторным путем определяя их технические характеристики, после чего по полученным лабораторным данным определяют параметры режима обработки материалов в низкотемпературной плазме, и далее, на устройство протяжки, установленное в камере модифицированного плазматрона, загружают нити или ткань, и выполняют предварительное вакуумирование объема камеры плазматрона, а, затем, сначала в течении 10 минут осуществляют инжекцию кислорода, и, после, постоянную инжекцию газовой смеси из аргона и метана, при этом непрерывно перемещая нити или ткань через устройство протяжки с одновременным осуществлением воздействия нанометрического высокочастотного емкостного разряда на молекулы углеводородов, со следующими параметрами обработки: диапазон интенсивности высокочастотного емкостного разряда ВЧе 750min-3500max W, при этом скорость протяжки задается в зависимости от времени обработки 1-25 минут на единицу площади, а давление в камере плазматрона составляет от 20 до 40 ПА, и температура плазмы – от 40°С до 70°С.The claimed technical result is achieved by implementing a method for increasing the strength characteristics of para-aramid threads and fabric by processing in a nonequilibrium low-temperature plasma, which consists in the fact that the processing is carried out in a modified plasmatron, with a constant injection of a gas mixture, and continuous movement of the thread or fabric, while preparing the para-aramid threads or fabric, taking samples of the threads or fabric and determining their technical characteristics in the laboratory, after which, according to the obtained laboratory data, the parameters of the mode of processing the materials in low-temperature plasma are determined, and then, threads or fabric are loaded onto a drawing device installed in the chamber of the modified plasmatron, and a preliminary vacuuming of the plasmatron chamber volume is performed, and then, first, oxygen is injected for 10 minutes, and then a constant injection of a gas mixture of argon and methane is carried out, while continuously moving the threads or fabric through the drawing device with the simultaneous implementation of the effect of a nanometric high-frequency capacitive discharge on hydrocarbon molecules, with the following processing parameters: the intensity range of the high-frequency capacitive discharge HF 750 min - 3500 max W, while the drawing speed is set depending on the processing time of 1-25 minutes per unit area, and the pressure in the plasma torch chamber is from 20 to 40 Pa, and the plasma temperature is from 40°C to 70°C.
При этом в качестве технических характеристик для нитей определяют диаметр, покрытие, скрутку, модуль упругости, прочность на разрыв и удлинение, для тканей – поверхностную плотность, покрытие, переплетение, модуль упругости, прочность на разрыв и удлинение.In this case, the technical characteristics for threads are determined by the diameter, coating, twist, elastic modulus, tensile strength and elongation, for fabrics – surface density, coating, weave, elastic modulus, tensile strength and elongation.
При этом устройство протяжки содержит вертикальные валы, вращающие бобины с нитями или горизонтальные валы, вращающие рулоны с тканью, валы-натяжители, подающую и принимающую бобины.In this case, the pulling device contains vertical shafts, rotating bobbins with threads or horizontal shafts, rotating rolls with fabric, tension shafts, feed and receiving bobbins.
При этом в процессе постоянной инжекции газовой смеси осуществляется подача аргона и метана в соотношении 70/30.In this case, during the process of continuous injection of the gas mixture, argon and methane are supplied in a ratio of 70/30.
Краткое описание сопроводительных фигурBrief description of accompanying figures
фиг. 1, 2 – устройство и схема протяжки параарамидных нитей и ткани соответственно в неравновесной низкотемпературной плазме;Fig. 1, 2 – device and diagram for drawing para-aramid threads and fabric, respectively, in non-equilibrium low-temperature plasma;
фиг. 3 – график изменения прочностных показателей контрольных образцов и образцов парарамидной нити после воздействия на них неравновесной низкотемпературной плазмы;Fig. 3 – graph of the change in strength indicators of control samples and samples of pararamid thread after exposure to nonequilibrium low-temperature plasma;
фиг. 4 – вид нитей С – до модификации, Д – после модификации;Fig. 4 – view of threads C – before modification, D – after modification;
фиг. 5 – график изменения кристаллической структуры тканей, где А – контрольный необработанный образец.Fig. 5 – graph of changes in the crystalline structure of tissues, where A is the control untreated sample.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Для реализации предлагаемого в качестве изобретения способа, обеспечивающего повышение прочностных характеристик параарамидных нитей и ткани, посредством обработки их в низкотемпературной плазме, применяются тонкие параарамидные волокона – монофиламенты, скрученные в уплотненную одноосновную нить, или ткань, изготовленная из таких нитей, и осуществляется их обработка (фиг. 1 и 2) по следующей схеме: To implement the method proposed as an invention, which ensures an increase in the strength characteristics of para-aramid threads and fabrics by treating them in low-temperature plasma, thin para-aramid fibers are used - monofilaments twisted into a compacted single-core thread, or fabric made from such threads, and they are processed (Figs. 1 and 2) according to the following scheme:
1. Проводят подготовку параарамидной нити или ткани для их обработки в низкотемпературной плазме, в ходе которой проводят отбор проб нитей или тканей, после чего лабораторными методами выполняют оценку входных технических характеристик: для параармидной нити – диаметр, покрытие, скрутку, модуль упругости, прочность на разрыв и удлинение, для тканей – поверхностную плотность, покрытие, переплетение, модуль упругости, прочность на разрыв и удлинение.1. Prepare para-aramid threads or fabrics for processing in low-temperature plasma, during which samples of threads or fabrics are taken, after which the input technical characteristics are assessed using laboratory methods: for para-aramid threads - diameter, coating, twist, elastic modulus, tensile strength and elongation, for fabrics - surface density, coating, weave, elastic modulus, tensile strength and elongation.
2. В зависимости от полученных лабораторных данных определяют конкретные параметры применяемого режима обработки материалов в неравновесной низкотемпературной плазме, в частности осуществляется подбор ВЧе и времени обработки, которое определяет скорость, где скорость – скорость движения нити/ткани, ВЧе – мощность разряда, время – время нахождения нити/ткани между электродами. Нить имеет разные толщины, а ткань в зависимости от способа плетения и толщины нити имеет различный диапазон поверхностной плотности (например, от 145 грамм/м2 до 200 грамм/м2), и, при увеличенных значениях толщины и поверхностной плотности увеличивается интенсивность высокочастотного емкостного разряда ВЧе и время обработки единицы площади материала (нити или ткани), и, следовательно, снижается скорость из протяжки.2. Based on the laboratory data obtained, the specific parameters of the applied material processing mode in a nonequilibrium low-temperature plasma are determined. In particular, the RF and processing time are selected, which determines the speed, where speed is the speed of the thread/fabric movement, RF is the discharge power, and time is the time the thread/fabric remains between the electrodes. Threads have different thicknesses, and fabrics, depending on the weaving method and the thread thickness, have different surface densities (e.g., from 145 grams/ m2 to 200 grams/ m2 ). With increased thickness and surface density, the intensity of the high-frequency capacitive discharge (RF) and the processing time per unit area of the material (thread or fabric) increase, and, consequently, the drawing speed decreases.
3. Осуществляют загрузку нити или ткани на устройство протяжки.3. Load the thread or fabric onto the feeding device.
4. Проводят предварительное вакуумирование объема камеры плазматрона.4. Preliminary vacuuming of the plasma torch chamber is carried out.
5. В течение 10 минут осуществляют инжекцию кислорода, а затем проводят непрерывную инжекцию смеси газов, во время которой производят подачу аргона и метана в соотношении 70/30.5. Oxygen is injected for 10 minutes, followed by continuous injection of a gas mixture, during which argon and methane are supplied in a ratio of 70/30.
6. Обработку параарамидных нитей или ткани в камере плазматрона неравновесной низкотемпературной плазмой проводят, при непрерывной протяжке нити или ткани через устройство протяжки, и непрерывной инжекции газовой смеси, посредством нанометрического воздействия высокочастотного емкостного разряда на молекулы углеводородов, согласно выбранного режима обработки.6. The treatment of para-aramid threads or fabric in the plasmatron chamber with non-equilibrium low-temperature plasma is carried out with continuous pulling of the thread or fabric through the pulling device and continuous injection of a gas mixture, by means of the nanometric effect of a high-frequency capacitive discharge on hydrocarbon molecules, according to the selected treatment mode.
Параметры режима обработки низкотемпературной плазмой характеризуются следующими диапазонами значений: диапазон интенсивности высокочастотного емкостного разряда ВЧе 750min-3500max W; скорость протяжки задается временем обработки 1-25 минут на единицу площади, давление в камере плазматрона от 20 до 40 ПА и температура плазмы от 40°С до 70°С.The parameters of the low-temperature plasma processing mode are characterized by the following ranges of values: the intensity range of the high-frequency capacitive discharge HF 750 min - 3500 max W; the drawing speed is determined by the processing time of 1-25 minutes per unit area, the pressure in the plasma torch chamber from 20 to 40 Pa and the plasma temperature from 40°C to 70°C.
В предлагаемом способе повышения прочностных характеристик параарамидных нитей и ткани в неравновесной низкотемпературной плазме используется следующее оборудование:The proposed method for increasing the strength characteristics of para-aramid yarns and fabrics in non-equilibrium low-temperature plasma uses the following equipment:
- лабораторное оборудование для осуществления входного контроля физико-механических показателей параармидной нити и ткани, в частности разрывная машина Shumadzu AG-X plus с программным комплексом для определения модуля упругости, удлинения и прочности ткани/нити;- laboratory equipment for incoming inspection of the physical and mechanical properties of para-armid thread and fabric, in particular the Shumadzu AG-X plus tensile testing machine with a software package for determining the modulus of elasticity, elongation and strength of fabric/thread;
- оборудование, работающее на электронно-физических и вакуумных принципах – установка для создания низкотемпературной плазмы – плазматрон, например «ВАТТ 4000 ПТ ПЛАЗМА», в котором проведена модернизация, позволяющая реализовать непрерывную подачу параарамидных нитей или ткани.- equipment operating on electronic-physical and vacuum principles - a device for creating low-temperature plasma - a plasmatron, for example, the "VATT 4000 PT PLASMA", which has been modernized to allow for the continuous supply of para-aramid threads or fabric.
Применяемый для реализации способа плазматрон содержит два основных узла:The plasma torch used to implement the method contains two main units:
- узел генерации неравновесной низкотемпературной плазмы, осуществляющий плазменное воздействие на обрабатываемое изделие – параармидные нити или ткань, это устройство, применяемое в различных областях технике, в частности для обработки ткани, металлов, пластиков, стекла;- a unit for generating nonequilibrium low-temperature plasma, which carries out plasma action on the workpiece - para-armide threads or fabric, this is a device used in various fields of technology, in particular for processing fabric, metals, plastics, glass;
- узел подачи параарамидной нити или ткани – устройство, позволяющее в больших объемах осуществлять перемотку нити или ткани с подающих бобин в принимающие между перематывающими узлами, при этом, в процессе перемотки выполняется обработка параарамидной нити или ткани неравновесной низкотемпературной плазмой, а процесс обработки непрерывен.- a para-aramid thread or fabric feed unit - a device that allows for large-scale rewinding of thread or fabric from feed reels to receiving reels between rewinding units, while during the rewinding process the para-aramid thread or fabric is treated with non-equilibrium low-temperature plasma, and the treatment process is continuous.
Для реализации предлагаемого способа на стандартном оборудовании плазматрон, например «ВАТТ 4000 ПТ ПЛАЗМА», проведена модернизация, и в плазматрон установлен специальный механизм – устройство для протяжки. Использование такого модифицированного оборудования – устройства для протяжки, изготовленного специально под конкретную задачу, с применением типовых узлов, позволяет адаптировать технологические процессы к специфическим потребностям и требованиям промышленной обработки. Схема устройства протяжки и его размещение в плазматроне представлены на фиг. 1-2, где на фиг. 1 представлена обработка нитей, а на фиг. 2 – обработка ткани, и позициями обозначены следующие основные узлы: 1а,б – валы, вращающие нити или ткань, 2а,б – электроды, 3а,б – нити или ткань, проходящие между электродами в плазменной среде, 4а,б – валы-натяжители нитей или ткани, 5а,б –валы, вращающие подающие бобины с нитями или тканью, 6а,б – плазменная среда между электродами и проходящими нитями или тканью, 7а,б – принимающая бобина с нитями или тканью. При этом, для обработки нитей в плазматроне устанавливаются вертикальные валы 5а и 7а, а для обработки ткани – горизонтальные 5б и 7б, и при необходимости обработки нитей или ткани в течении более длительного времени, например, когда необходимо обработать нити и ткани высокой плотности, в устройстве протяжки могут также устанавливаться дополнительные валы, которые позволяют тем самым увеличить путь перемещения нитей или ткани, и, соответственно, время обработки. To implement the proposed method on standard plasma torch equipment, such as the VATT 4000 PT PLASMA, a special mechanism—a drawing device—was installed in the torch. The use of such modified equipment—a drawing device tailored specifically for a specific task, using standard components—allows for adapting technological processes to the specific needs and requirements of industrial processing. The diagram of the drawing device and its placement in the plasma torch are shown in Figs. 1-2, where Fig. 1 depicts filament processing, and Fig. 2 — fabric processing, and the following main units are designated by positions: 1a, b — shafts rotating threads or fabric, 2a, b — electrodes, 3a, b — threads or fabric passing between the electrodes in a plasma environment, 4a, b — thread or fabric tension shafts, 5a, b — shafts rotating the feed spools with threads or fabric, 6a, b — a plasma environment between the electrodes and the passing threads or fabric, 7a, b — a take-up spool with threads or fabric. In this case, vertical shafts 5a and 7a are installed in the plasma torch for thread processing, and horizontal shafts 5b and 7b for fabric processing. If it is necessary to process threads or fabric for a longer period of time, for example, when it is necessary to process high-density threads and fabrics, additional shafts can also be installed in the drawing device, which thereby allow to increase the path of movement of threads or fabric, and, accordingly, the processing time.
Применение низкотемпературной плазмы и осуществление обработки параарамидных нитей и ткани в условиях вакуума, позволяет обеспечить такие эффекты как:The use of low-temperature plasma and the processing of para-aramid threads and fabrics under vacuum conditions allows for the following effects:
- химическое связывание (Chemical Bonding), поскольку плазменная обработка позволяет вывести функциональные группы на поверхность арамидных волокон, улучшая их совместимость с различными матрицами (например, смолами в композитах) или улучшая адгезию между волокнами, и, со временем, эти вновь образованные связи могут продолжать развиваться и укрепляться, что приводит к улучшению механических свойств; - Chemical Bonding, since plasma treatment allows functional groups to be brought to the surface of aramid fibers, improving their compatibility with various matrices (e.g. resins in composites) or improving the adhesion between fibers, and, over time, these newly formed bonds can continue to develop and strengthen, leading to improved mechanical properties;
- сшивание (Cross-linking), так как плазменная обработка вызывает реакции сшивания на поверхности волокон, увеличивая их молекулярную массу и межмолекулярные силы, что приводит к улучшению механических свойств, таких как прочность на разрыв и модуль упругости; - cross-linking, since plasma treatment causes cross-linking reactions on the surface of the fibers, increasing their molecular weight and intermolecular forces, which leads to improved mechanical properties such as tensile strength and elastic modulus;
- эффект отжига (Annealing Effect), в связи с тем, что мягкий нагрев во время плазменной обработки вызывает эффект отжига на арамидных волокнах, снимая внутренние напряжения и повышая их общую структурную целостность, при этом этот эффект продолжает проявляться и улучшать прочностные характеристики волокон с течением времени.- Annealing Effect, due to the fact that gentle heating during plasma treatment causes an annealing effect on aramid fibers, relieving internal stresses and increasing their overall structural integrity, while this effect continues to manifest itself and improve the strength characteristics of the fibers over time.
Повышение прочностных показателей параарарамидной нити и ткани после воздействия на них неравновесной низкотемпературной плазмы наступает сразу после их обработки, и, для оценки результатов воздействия, снова проводят лабораторные испытания на разрыв, определяют модуль упругости и показатель удлинения в разрывной машине, фиксируя, таким образом, повышение показателей прочностных характеристик параарарамидной нити и ткани после воздействия на них неравновесной низкотемпературной плазмы. An increase in the strength properties of para-aramid thread and fabric after exposure to nonequilibrium low-temperature plasma occurs immediately after their treatment, and, to evaluate the results of the exposure, laboratory tensile tests are again carried out, the modulus of elasticity and the elongation index are determined in a tensile testing machine, thus recording an increase in the strength properties of para-aramid thread and fabric after exposure to nonequilibrium low-temperature plasma.
График изменения технических характеристик контрольных образцов нитей и образцов после модификации и представлены на фиг. 3, где: увеличение разрывной нагрузки достигает 65%, также наблюдается увеличение модуля упругости и удлинения. На графике представлены результаты по 10 образцам нитей, для первоначального теста на разрывную нагрузку берут 5 образцов нити из одной необработанной бобины, все образцы имеют разный показатель разрывной нагрузки, который фиксируется на разрывной машине с программным обеспечением, и данные необработанные образцы имеют разрывную нагрузку от 600 до 1000 Н. После модификации нити повторно проводят тесты на разрывной машине для 5 обработанных образцов, и в результате тестов фиксируется увеличение разрывной нагрузки, поскольку обработанные образцы имеют показатели разрывной нагрузки от 1200 до 1800 Н. The graph of changes in the technical characteristics of the control and modified yarn samples is presented in Fig. 3, where the breaking load increases by 65%, and an increase in the elastic modulus and elongation is also observed. The graph shows the results for 10 yarn samples. For the initial breaking load test, 5 yarn samples are taken from one untreated bobbin. All samples have different breaking load values, which are recorded on a tensile testing machine with software, and these untreated samples have a breaking load from 600 to 1000 N. After the yarn modification, tests are repeated on a tensile testing machine for 5 treated samples, and the tests record an increase in breaking load, since the treated samples have breaking load values from 1200 to 1800 N.
Также после обработки наблюдается ярко выраженное химическое связывание монофиламентов, их сшивание, которое представлено на фиг. 4, где вид С – до модификации, вид Д – после модификации, и остается неизменным даже после длительного хранения в естественных условиях. Also after processing, a pronounced chemical bonding of monofilaments, their cross-linking, is observed, which is shown in Fig. 4, where type C is before modification, type D is after modification, and remains unchanged even after long-term storage under natural conditions.
Обработка в низкотемпературной плазме посредством нанометрического воздействия высокочастотного емкостного разряда на молекулы углеводородов позволяет изменить структуру кристаллической решетки, при этом увеличивается кристалличность и образуются дополнительные связи, что прослеживается из графиков, представленных на фиг. 5, где разница в параметрах между контрольным и обработанным образцом составляет + 15%. Данное изменение высчитывается из изменения, уменьшения, полуширины пика в области 8-32,5° 2Theta, и волна на графике – это инфракрасный «выстрел», который работает по принципу «эхолот», регистрирует отклик и демонстрирует плотность/кристалличность структуры. Low-temperature plasma treatment using nanometric high-frequency capacitive discharge on hydrocarbon molecules alters the crystal lattice structure, increasing crystallinity and forming additional bonds, as evidenced by the graphs shown in Fig. 5, where the difference in parameters between the control and treated samples is +15%. This change is calculated from the change, or decrease, in the peak half-width in the 8-32.5° 2Theta region, and the wave on the graph is an infrared "shot" that operates on the "echo sounder" principle, recording the response and demonstrating the density/crystallinity of the structure.
В качестве примера осуществления способа приведена обработка параарамидной технической ткани, производитель АО «Щелковская Шелкоткацкая Фабрика» ТУ: 8378-020-00320992-2004, которая характеризуется следующими параметрами:As an example of the method implementation, the processing of para-aramid technical fabric, manufactured by JSC Shchelkovskaya Silk Weaving Factory, TU: 8378-020-00320992-2004, is given, which is characterized by the following parameters:
Вид ткани: параарамидная (техническая)Fabric type: para-aramid (technical)
Арт. ткани: 84127 гот. (с водоотталкивающей пропиткой)Fabric art.: 84127 ready (with water-repellent impregnation)
Тип переплетения: СаржевоеWeave type: Twill
Ширина: 105 смWidth: 105 cm
П.П. (поверхностная платность): 145 г/м2 P.P. (surface density): 145 g/ m2
Нить в составе ткани: параарамидная (техническая), производитель: АО «Каменскволокно», ТУ: 2272-036-51605609-2010 Thread in the fabric composition: para-aramid (technical), manufacturer: JSC Kamenskvolokno, TU: 2272-036-51605609-2010
Арт. нити: РУСЛАН 29,4 (200)-А-А-1Art. threads: RUSLAN 29.4 (200)-A-A-1
Текс: 29,4.Tex: 29.4.
Испытания проведены согласно ГОСТ 29104.4-91 «ТКАНИ ТЕХНИЧЕСКИЕ. Метод определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве», использованием разрывной машины Shumadzu AG-X plus и весов электронных лабораторные CAS модель CBL – Масса ткани 145 г/м2 Предварительно была проведена модификация плазматрона «ВАТТ 4000 ПТ ПЛАЗМА», и внутрь камеры установлено устройство протяжки.The tests were carried out in accordance with GOST 29104.4-91 "TECHNICAL FABRICS. Method for determining the breaking load and elongation at break", using a Shumadzu AG-X plus tensile testing machine and CAS model CBL electronic laboratory scales - Fabric weight 145 g / m 2. A preliminary modification of the VATT 4000 PT PLASMA plasma torch was carried out, and a drawing device was installed inside the chamber.
Подготовка образцов:Sample preparation:
a) Нарезка ткани на полосы 400 мм (по основе) в длину и 40 мм в ширину. a) Cutting the fabric into strips 400 mm (along the base) in length and 40 mm in width.
b) 5 полос для каждого испытания.b) 5 strips for each test.
c) Подготовка образцов ткани – снятие нити справа и слева по длине ткани, до 25 мм по ширине.c) Preparation of fabric samples – removing threads from the right and left along the length of the fabric, up to 25 mm in width.
d) Маркировка образцов.d) Marking of samples.
Электронная микроскопия MIRA3 TESCAN SEM HV:7.0 kV полученного образца ткани и входящей в ее состав нити показала:Electron microscopy MIRA3 TESCAN SEM HV:7.0 kV of the obtained fabric sample and the thread included in it showed:
1. Поверхность ткани равномерная;1. The surface of the fabric is uniform;
2. Переплетение нитей саржевое;2. Twill weave;
3. Нити внутри ткани не имеют взаимной поверхностной диффузии («склеивания»);3. The threads inside the fabric do not have mutual surface diffusion (“gluing”);
4. Нить в составе ткани равномерные однородные по сечению круглые внешний диаметр – Dвн 418 μm;4. The thread in the fabric is uniform, homogeneous in cross-section, round, outer diameter – Dвн 418 μm;
5. Монофиламенты в составе нити равномерные большей часть по поверхности однородные по сечению круглые внешний диаметр – Dвн 0.0131 μm;5. The monofilaments in the thread are uniform for the most part over the surface, uniform in cross-section, round, outer diameter – Dвн 0.0131 μm;
6. Монофиламенты в составе нити c «артифактальными» вкраплениями – фигуры сложных геометрических форм на их поверхности; 6. Monofilaments in the thread composition with “artifactual” inclusions – figures of complex geometric shapes on their surface;
7. Монофиламенты в составе нити зафиксированы с заниженным диаметром Dвн 0.07 μm – 0.08 μm.7. Monofilaments in the thread are fixed with a reduced diameter Dвн 0.07 μm – 0.08 μm.
Образцы ткани по основе до обработки:Fabric samples by base before processing:
Среднее значение разрыва: 950 Н Average tensile strength: 950 N
Среднее значение модуля упругости: 3359.84 Мпа.Average value of elastic modulus: 3359.84 MPa.
Образцы ткани по утку до обработки:Fabric samples by weft before processing:
Среднее значение разрыва: 950 Н Average tensile strength: 950 N
Среднее значение модуля упругости: 3359.84 Мпа.Average value of elastic modulus: 3359.84 MPa.
Далее в соответствии с указанными выше характеристиками ткани выбраны параметры режима обработки:Next, in accordance with the above fabric characteristics, the processing mode parameters were selected:
- Вакуум, давление в камере составляло 19,3-20,4 ПА - Vacuum, the pressure in the chamber was 19.3-20.4 Pa
- Кислород 10 минут- Oxygen 10 minutes
- Газ АR-CH4 70/30- Gas AR-CH4 70/30
- Мощность ВЧе 1700 Ватт- RF power 1700 Watts
- Время обработки 9 минут- Processing time 9 minutes
- Скорость протяжки 0.25 метра/1 минута- Feed speed 0.25 meters/1 minute
- Рабочая зона плазмы 12 метров.- Plasma working area is 12 meters.
Загрузка ткани на устройство протяжки в камеру модифицированного плазматрона «ВАТТ 4000 ПТ ПЛАЗМА» и проведение ее обработки. После чего снова проведены испытания, в результате которых были получены следующие результаты:The fabric was loaded onto the feeder and processed in the chamber of the modified VATT 4000 PT PLASMA plasma torch. Subsequently, testing was conducted again, yielding the following results:
Образцы ткани по основе после обработки:Fabric samples by base after processing:
Среднее значение разрыва: 1197 Н (увеличение показателя +31%)Average break value: 1197 N (increase of +31%)
Среднее значение модуля упругости: 6537 Мпа (увеличение показателя +60%).Average value of elastic modulus: 6537 MPa (increase in value +60%).
Образцы ткани по утку после обработки:Fabric samples by weft after processing:
Среднее значение разрыва: 1147 Н (21%)Average breaking strength: 1147 N (21%)
Среднее значение модуля упругости: 7002.23 Мпа (108%).Average value of elastic modulus: 7002.23 MPa (108%).
Таким образом, согласно полученным данных, сделан вывод о том, что в результате обработки ткани в неравновесной низкотемпературной плазме, предлагаемым в качестве изобретения способом, достигнуто повышение прочностных характеристик ткани, в частности, по нити основы разница показателя на разрыв после обработки увеличилась на 31%, а разница показателя модуля упругости после обработки увеличилась на 60%, по нити утка разница показателя на разрыв после обработки увеличилась на 21%, и разница показателя модуля упругости после обработки увеличилась на 108%. Thus, according to the obtained data, it was concluded that as a result of processing the fabric in a nonequilibrium low-temperature plasma, according to the method proposed as an invention, an increase in the strength characteristics of the fabric was achieved, in particular, for the warp thread, the difference in the breaking strength index after processing increased by 31%, and the difference in the elastic modulus index after processing increased by 60%, for the weft thread, the difference in the breaking strength index after processing increased by 21%, and the difference in the elastic modulus index after processing increased by 108%.
В результате реализации предлагаемого в качестве изобретения способа, параарамидные волокна, входящие в состав параарамидной нити и ткани, помимо функции устойчивости к разрыву, обеспечивают функцию энергопоглощения летящего элемента, ослабление его ударного воздействия; а обработка параарамидной нити и ткани неравновесной низкотемпературной плазмой для придания им повышенных прочностных характеристик, позволяет повысить качество параарамидной нити и ткани. As a result of implementing the proposed method, the para-aramid fibers included in the para-aramid thread and fabric, in addition to providing tear resistance, provide energy absorption from flying objects, reducing their impact. Treatment of the para-aramid thread and fabric with a nonequilibrium low-temperature plasma to impart enhanced strength properties improves the quality of the para-aramid thread and fabric.
Таким образом, в конструкции заявленного изобретения реализованы более совершенные технические решения по промышленной обработке параарамидных нитей и ткани в неравновесной низкотемпературной плазме при непрерывном движении материала, позволяющие обеспечить повышение прочности на разрыв, модуля упругости, увеличения показателя удлинения при разрыве, что увеличивает в свою очередь способность гасить энергию воздействующего движущегося элемента при контакте с изделием, и повышает защитные свойства параарамидных нитей и тканей, а также их эффективность.Thus, the design of the claimed invention implements more advanced technical solutions for the industrial processing of para-aramid threads and fabrics in a nonequilibrium low-temperature plasma with continuous movement of the material, which allows for an increase in tensile strength, elastic modulus, and an increase in the elongation at break, which in turn increases the ability to absorb the energy of the moving element upon contact with the product, and improves the protective properties of para-aramid threads and fabrics, as well as their effectiveness.
Заявленное изобретение состоит из стандартных для этой области техники элементов и может быть использовано в промышленности, ввиду чего изобретение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».The claimed invention consists of elements that are standard for this field of technology and can be used in industry, therefore the invention meets the patentability requirement of “industrial applicability”.
Следует понимать, что после рассмотрения специалистом приведенного описания с примером осуществления предлагаемого изобретения, для него станут очевидными другие изменения, модификации и варианты реализации изобретения. Таким образом, все подобные изменения, модификации и варианты реализации, а также другие области применения, не имеющие расхождений с сущностью настоящего изобретения, следует считать защищенными настоящим изобретением в объеме прилагаемой формулы.It should be understood that, after reviewing the description provided with the exemplary embodiment of the proposed invention, other changes, modifications, and embodiments of the invention will become apparent to a person skilled in the art. Therefore, all such changes, modifications, and embodiments, as well as other applications that do not deviate from the essence of the present invention, should be considered protected by the present invention within the scope of the appended claims.
Claims (4)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2850270C1 true RU2850270C1 (en) | 2025-11-07 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2419691C2 (en) * | 2009-04-21 | 2011-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Политэтиленпластик" | Method of producing super-strong light composite material |
| US9168719B2 (en) * | 2011-09-06 | 2015-10-27 | Honeywell International Inc. | Surface treated yarn and fabric with enhanced physical and adhesion properties and the process of making |
| RU2619704C1 (en) * | 2016-05-20 | 2017-05-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ") | Method of producing textile material with antibacterial properties for overalls |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2419691C2 (en) * | 2009-04-21 | 2011-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Политэтиленпластик" | Method of producing super-strong light composite material |
| US9168719B2 (en) * | 2011-09-06 | 2015-10-27 | Honeywell International Inc. | Surface treated yarn and fabric with enhanced physical and adhesion properties and the process of making |
| RU2619704C1 (en) * | 2016-05-20 | 2017-05-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ") | Method of producing textile material with antibacterial properties for overalls |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4714642A (en) | Carbon fiber multifilamentary tow which is particularly suited for weaving and/or resin impregnation | |
| US12011913B2 (en) | Systems and methods for formation and harvesting of nanofibrous materials | |
| Tissington et al. | A study of the influence of fibre/resin adhesion on the mechanical behaviour of ultra-high-modulus polyethylene fibre composites | |
| US3817701A (en) | Corona treatment of textiles | |
| CN112368432B (en) | Carbon fiber and method for producing same | |
| US20090282802A1 (en) | Carbon nanotube yarn, thread, rope, fabric and composite and methods of making the same | |
| KR20190040930A (en) | Twist yarns, twist yarns, carbon fiber twist yarns, and manufacturing methods thereof | |
| US3720536A (en) | Treatment of carbon fibers | |
| Zhang et al. | Influence of atmospheric pressure plasma treatment on surface properties of PBO fiber | |
| WO2019026011A1 (en) | Carbon fiber tow with improved processability | |
| RU2850270C1 (en) | Method of increasing strength characteristics of para-aramid yarns and fabric by treatment in non-equilibrium low-temperature plasma | |
| SK732005A3 (en) | Method of arrangement fabric bracing materials, with a view to increase adhesion into rubber mixture | |
| Antonova et al. | Modification of basalt fibers by low-temperature plasma | |
| US4781223A (en) | Weaving process utilizing multifilamentary carbonaceous yarn bundles | |
| RU2560362C1 (en) | High-modulus carbon fibre with modified surface for reinforcing composites and method for modification thereof | |
| JPH03185139A (en) | Carbon yarn cord and production thereof | |
| CN107268264A (en) | Fibre bundle superficial treatment system | |
| US20240410084A1 (en) | Enhanced fibre | |
| Mankodi et al. | Study the effect of commingling parameters on glass/polypropylene hybrid yarns properties | |
| JPS6119343A (en) | Low-temperature plasma treatment of plain weave state fabric of tire cord | |
| EP3348684A1 (en) | Carbon fiber manufacturing method and carbon fiber manufacturing apparatus | |
| JP2010111957A (en) | Carbon fiber, composite material, and method for producing carbon fiber | |
| JP2003161681A (en) | Tensile testing method for reinforced fiber strand | |
| CN113470900B (en) | Electromagnetic shielding sandwich braided rope and preparation method and application thereof | |
| CN109385716A (en) | A kind of stabs cuts yarn |