Розробка трикотажу підвищеної міцності та дослідження його механічних характеристик

This work uncovers the mechanical characteristics of the developed double-layer knitted fabric made of polyethylene and para-aramid yarns. The analysis of deformation and relaxation of deformation, as well as strength to puncture is carried out in accordance with regulatory documents. The parameters of the prototype samples are determined. This article uncovers how influence of changing the raw material of one layer affects the change of the properties of the canvas. Developed knitted fabric with high indexes of strength and resistance to mechanical damage have sufficient elasticity, as well as an appropriate level of residual deformation, that makes it possible to recommend them for manufacturing a range of protective products.

Key words: technical textile, double-layer knitted fabric, polyethylene yarn, para-aramid yarn, deformation properties, perforation, resistanse to puncture.

Технічний текстиль займає п'яту частину ринку виготовлення текстильних матеріалів завдяки його застосуванню у найрізноманітніших сферах життєдіяльності людини. Його використовують для створення складових елементів засобів індивідуального захисту, спеціального одягу для робітників промислових професій, захисного одягу для спортсменів, у виробництві тросів, шнурів, канатів, для створення композитних матеріалів, які в подальшому використовуються у автомобіле- та літакобудуванні, тощо [1, 2]. Широке застосування технічного текстилю в різних галузях стало можливим за рахунок активного розвитку технологій виробництва і здешевлення різноманітних видів надміцної сировини, зокрема, високоміцних поліетиленових та параарамідних волокон та ниток.

У сучасних умовах, коли молода Українська держава є невимушеним учасником військово-політичного протистояння, все більшої актуальності з позицій науковців легкої промисловості набуває дослідження захисних властивостей технічних текстильних матеріалів, що використовуються для виготовлення засобів індивідуального захисту. Саме тому розробка нових видів текстильних матеріалів з високими захисними характеристиками є значним внеском у дослідження, що направлені на створення захисного одягу для силових структур України. Вимоги, які висуваються до технічного текстилю, прямо пов'язані зі сферою їх використання. Наприклад, матеріали для військової сфери мають бути стійкими до дії холодної та вогнепальної зброї. Захисні матеріали від дії механічних ушкоджень повинні бути стійкими до тертя, порізу, проколу, роздирання тощо [3, 4].

Питанням розробки текстильних захисних виробів від різних механічних ушкоджень присвячені роботи [5-7]. Авторами розглянуті різні аспекти створення матеріалів підвищеної міцності з використанням високомолекулярних поліетиленових ниток у чистому вигляді та у комбінації з поліамідними та високорозтяжними поліуретановими нитками, досліджені деформаційні властивості розроблених матеріалів, розривальне навантаження, стійкість до порізу. Проте питання розробки трикотажних полотен у комбінації поліетиленових ниток з параарамідними у різних шарах трикотажу та дослідження їх міцності до проколу до цього часу не розглядалось.

Метою даної роботи є дослідження стійкості до проколу розроблених трикотажних полотен підвищеної міцності та їх деформаційних характеристик.

Для виготовлення текстильних матеріалів балістичного призначення використовують різні способи їх одержання. Це - ткацтво, трикотажне виробництво та виробництво нетканих матеріалів. Недоліком тканих матеріалів є їх структура, а саме поперечно-повздовжній напрямок переплетення ниток утоку та основи, оскільки під час удару кулі нитки розсуваються. У даному випадку трикотажне полотно має переваги порівняно з тканими матеріалами. Така особливість обумовлена петельною структурою, яка дає можливість погасити силу удару та зменшити травмування тіла людини. Під час удару петлі деформуються, відбувається перерозподіл нитки в петлі, що сприяє деформації полотна, але не його розриву [8]. Це дає підстави рекомендувати трикотажний спосіб виробництва для виготовлення полотен для балістичного захисту.

Шляхом аналізу відомих структур трикотажу розроблено та виготовлено на двофонтурному круглов'язальному обладнанні 16 класу два види трикотажних полотен двошарового переплетення з пресовим з'єднанням шарів основними нитками (заправні дані наведено у табл. 1). Дані полотна відрізняються видом сировини для утворення виворітного шару трикотажу. Обидва шари зразка 1 виготовлені з високомолекулярної поліетиленової нитки (44 текс). Зразок 2 виготовлений шляхом поєднання двох видів сировини: лицьовий шар з поліетиленової нитки (44 текс), а виворітний - з параарамідної (58 текс). Це дає можливість визначити, як зміна виду сировини одного з шарів трикотажу вплине на його показники опору проколюванню.

Деформаційні характеристики розроблених зразків трикотажу досліджено у відповідності до існуючої стандартизованої методики [9]. Випробування проведено на релаксометрі типу стійка (рис. 1).

Таблиця 1

Заправні дані розроблених зразків трикотажних полотен .

Рис. 1. Релаксометр типу стійка. Проведення досліджень деформаційних властивостей

За результатами досліджень деформації та релаксації деформації побудовано графіки (рис. 2). Як видно з графіків, представлених на рис. 2, у зразка 1, сформованого лише з поліетиленових ниток, спостерігається більша величина повної деформації, що слід враховувати в залежності від специфіки використання текстильного матеріалу.

Рис. 2. Графіки залежності деформаційних характеристик розроблених зразків трикотажу: а - зразок 1; б - зразок 2

Поєднання двох видів сировини (поліетиленових та параарамідних ниток) у зразку 2 дозволило зменшити величину повної деформації по ширині на 20%, по довжині - на 4,5%. Формування одного з шарів трикотажу з параарамідних ниток також забезпечує нульовий рівень залишкової деформації трикотажу при розтягуванні по ширині (порівняно зі зразком 1 зменшився на 10%). При розтягуванні по довжині частка залишкової деформації у зразка 2 порівняно зі зразком 1 зменшується на 3%. Дані результати відображені на діаграмах нижче (рис. 3, 4).

Рис. 3. Діаграми складових часток релаксації деформації, зразок 1

Рис. 4. Діаграми складових часток релаксації деформації, зразок 2

Важливою характеристикою стійкості текстильного матеріалу до дії механічних ушкоджень є величина опору проколюванню. Метод визначення стійкості до проколу регламентований міжнародним ISO 13996:1999 та європейським EN 863:1995 стандартами, які за своїм змістовим наповненням є ідентичними. Національні стандарти [10, 11] гармонізовані з вищезазначеними стандартами. Нормативний документ [12] гармонізований з міжнародним стандартом ISO 13996:1999 і передбачає два методи дослідження опору проколу текстильних матеріалів. Перший метод при низькій швидкості руху нижнього затискача з пробою (100±10 мм/хв) назустріч закріпленій у верхньому затискачі голці циліндричної форми з діаметром 1±0.05 мм, що забезпечує прокол; другий - при високій швидкості (500±50) мм/хв переміщення голки трубчастої форми для забору крові діаметром 2,6 мм, що відповідає вимогам на вироби медичного призначення.

Дослідження проведено на розривній машині Kao Tieh KT-7010AZ з використанням спеціального пристрою для закріплення проби у відповідності до національних стандартів [10, 11]. У ході експерименту встановлено стійкість на прокол в залежності від напрямку перфоруючого зусилля (з лицьової сторони на виворітну та навпаки). Результати дослідження стійкості до проколювання розроблених зразків трикотажних полотен наведено у табл.2. За результатами дослідження побудовані діаграми, які наочно демонструють вплив напрямку перфорації та заправних даних дослідних зразків трикотажу на стійкість до проколювання (рис. 5).

Таблиця 2

Результати дослідження зразків трикотажу на стійкість до проколу

Рис. 5. Діаграми стійкості до проколу дослідних зразків трикотажу

поліетиленовий параарамідний трикотаж надміцний деформаційний

Як видно з діаграм, у разі формування обох шарів трикотажу з поліетиленових ниток (зразок 1), зміна напрямку перфорації призводить до зниження стійкості до проколу на 6,2%, що пояснюється особливостями структуроутворення. У разі напрямку перфорації з лиця на виворіт проколу опираються з'єднувальні пресові накиди. При зміні сировинного складу виворітного шару трикотажу з поліетиленових ниток на параарамідні у разі напрямку перфорації з лиця на виворіт стійкість на прокол зменшується на 24%, з вивороту на лице - зменшується на 4,4%. Зміна напрямку перфорації з вивороту на лице призводить до зростання стійкості зразка 2 до проколу на 18,2%. Це пояснюється зміною виду сировини з поліетиленових на параарамідні нитки. Таким чином, зразок 1, обидва шари якого сформовано з поліетиленових ниток, показав кращі результати щодо стійкості до проколювання.

У ході досліджень також виявлено, що під дією перфоруючої сили голки полотно спочатку деформується, а вже згодом відбувається руйнування волокон та прокол. Результати дослідження величини деформації дослідних зразків трикотажу під дією перфоруючого зусилля наведено у табл. 3.

На рис. 6 наведено діаграми, які наглядно ілюструють зміну величини деформації зразка під час його проколювання голкою.

Таблиця 3

Дослідження характеру деформації під дією проколу

Як видно з діаграм (рис. 6), у разі напрямку перфорації з лиця на виворіт величина деформації зразка трикотажу більша, що пояснюється тим, що лицьовий шар трикотажу сформований петлями та з'єднувальними накидами, в яких під час перфорації спочатку відбувається перерозподіл нитки з накидів у петлі, а вже згодом руйнування волокон і прокол. При зміні напрямку перфорації з вивороту на лице у зразку 1 деформація зменшується на 13,3%.

У зразка 2 зміна напрямку перфорації призводить до зменшення деформації лише на 4,8%, що пояснюється меншою деформацією розтягу параарамідних ниток порівняно з поліетиленовими. При незмінному напрямку проколу з лиця на виворіт деформація зразка 2 порівняно зі зразком 1 зменшується на 33%, у разі напрямку проколу з вивороту на лице - зменшується на 26,4%.

У ході проведених досліджень виявлено вплив виду надміцної сировини при формуванні виворітного шару двошарового трикотажу на деформаційні характеристики трикотажу, встановлено стійкість до проколу та величину деформації під дією перфоруючого зусилля.

Рис. 6. Діаграми деформації зразків трикотажу під час проколювання

Зразок 1, сформований повністю з поліетиленової нитки, показав кращі результати щодо стійкості до проколу. Однак при цьому зразок 2 має кращі показники щодо формостійкості. Частка залишкової деформації близька до нуля. Одержані результати слід враховувати в залежності від цільового призначення текстильного матеріалу та номенклатури показників його якості.

Список використаних джерел

1. Intelligent Textiles and Clothing for Ballistic and NBC Protection: Technology at the Cutting Edge (NATO Science for Peace and Security Series B: Physics and Biophysics), edited by P. Kiekens, S. Jayaraman. - Springer, Dordrecht. - 2012. - 220 р.

2. Кизимчук О.П. Аналіз асортименту захисних текстильних матеріалів [Текст] / О.П. Кизимчук, Л.М. Мельник, І.В. Єрмоленко // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну. Технічні науки. - 2016. - №6 (104). - C. 115-125.

3. Засоби індивідуального захисту. Вироби бронезахисту. Методи контролю балістичної стійкості бронежилетів: ДСТУ В 4104-2002. - К.: Держстандарт України, 2002. - 19 с.

4. Рукавички для захисту від механічних ушкоджень. Загальні технічні вимоги та методи випробування: ДСТУ EN 388:2005. - К.: Держспоживстандарт України, 2008. - 16 с. - (Національний стандарт України).

5. Боброва С.Ю. Розробка трикотажу для захисту рук від механічних небезпек / С.Ю. Боброва // Вісник Хмельницького національного університету. - 2018. - №5(265). - С. 242-246.

6. Боброва С.Ю. Деформаційні характеристики трикотажу підвищеної міцності / С.Ю. Боброва, Л.Є. Галавська, А.А. Кулик // KyivTex&Fashion: збірник матеріалів II Міжнародної наукової конференції текстильних та фешн технологій (1-2 листопада 2018 р., м. Київ) / за заг. ред. Л.І. Зубкової. - Київ: КНУТД, 2018. - С. 239-242.

7. Боброва С.Ю. Розробка балістичних трикотажних полотен для виготовлення засобів бронезахисту / С.Ю. Боброва, Л.Є. Галавська // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну. Серія "Технічні науки". - 2015. - №3 (86). - C. 114-120.

8. Ким А.А. Исследование механических свойств тканей для изготовления бронежилетов / А.А. Ким, А.В. Курденкова, Ю.С. Шустов // Технология текстильной промышленности. - 2010. - №2 (323). - С.31-33.

9. Полотна трикотажные. Метод определения разрывных характеристик и растяжимости при нагрузках меньше разрывных. ГОСТ 8847-85. - М.: Изд-во стандартов, 1985.- 12 с.

10. Одяг захисний. Механічні властивості. Визначення стійкості до проколу. ДСТУ ISO 13996-2001 (ISO 13996:1999, IDT). - К.: Держспоживстандарт України, 2003. - 8 с.

11. Одяг захисний механічні властивості. Метод визначання опору проколюванню: ДСТУ EN 863-2001 (EN 863:1995, ГОТ). - К.: ВАТ «УкрНДІТП», 2002. - 8 с.

12. Система стандартов безопасности труда. Одежда специальная для защиты от механических воздействий. Метод определения сопротивления проколу. ГОСТ 12.4.241-2013.01.03.2014. - М.: Стандартинформ, 2012. - 6 с.

References