автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.06, диссертация на тему:Разработка высокоэффективных композиционных полимерных сорбентов с повышенной прочностью

На правах рукописи

Савельева Екатерина Константиновна

РАЗРАБОТКА ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ СОРБЕНТОВ С ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТЬЮ

Специальность 05.17.06 Технология и переработка полимеров и композитов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2009

003469847

Работа выполнена в Московском государственном университете дизайна и технологии

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент Бокова Елена Сергеевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Полухина Людмила Михайловна кандидат технических наук Головичер Борис Аронович ОАО «Центральный научно-исследовательский институт полимерных материалов и искусственных кож» г. Москва

Ведущее предприятие:

Защита состоится « » 2009 г. в ч на заседании диссертационного совета Д 212.144.02 при Московском государственном университете дизайна и технологии по адресу: 117997, Москва, ул. Садовническая, 33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета дизайна и технологии.

Автореферат разослан «_»_2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета: * л

кандидат технических наук // ,>,,,Моисеева Л. В.

-—• ^ С С<7

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Научно-технический прогресс во многих отраслях промышленности сегодня немыслим без применения новых композиционных материалов, способных улучшить показатели качества и надежности, увеличить сроки эксплуатации, снизить материалоемкость готовых изделий. Отдельную категорию таких материалов с новьми возможностями использования и новым потенциалом на рынке составляют полимерные композиционные материалы.

Одна из наиболее динамично развивающихся областей использования полимерных композитов - это производство на их основе разнообразных материалов технического назначения - фильтровальных, геотекстильных, а также сорбирующих для ликвидации техногенных катастроф, связанных с разливами нефтепродуктов и других агрессивных жидкостей. Последняя группа материалов является альтернативой к широко применяемым в настоящее время порошковым сорбентам, которые обладают высокой поглощающей способностью, но при этом чрезвычайно неудобны в использовании из-за сложностей сбора и транспортирования их с места аварии.

Замена порошковых сорбентов на волокнисто-полимерные композиционные материалы возможна только при решении очень важной как в научном, так и в практическом плане проблемы - сочетания в одном материале высокой поглощающей способности и механической прочности.

Анализ литературы показывает, что из большого числа возможных направлений решения этой проблемы, наиболее перспективно применение в смеске с полиэфирными волокнами, обеспечивающими композиту высокую пористость, бикомпонентных волокон (БКВ), известным механизмом действия которых является дополнительное термоскрепление материалов и повышение их прочности за счет плавления низкоплавкой оболочки и образования адгезионных контактов между волокнами.

Потребность в таких композитах вызывает необходимость корректировки технологического процесса их производства, позволяет разнообразить способы их тепловой модификации, которые, в свою очередь, открывают широкие перспективы для получения новых по структуре и свойствам композиционных материалов.

Целыо работы является разработка научных основ и технологических решений получения новых высокоэффективных композиционных полимерно-волокнистых сорбентов регулируемой структуры, сочетающих высокую поглощающую способность и механическую прочность.

Общими подходами к решению поставленной цели явилось использование в смесках вместе с традиционными полиэфирными бикомпонент-ных волокон структуры «ядро» (полиэфир) - «оболочка» (полипропилен); разработка состава смесок с учетом отдельного и совокупного вкладов в структуру и свойства материала каждого вида волокна и способности БКВ обеспечивать дополнительное термоскрепление композитов путем плавления низкоплавкой оболочки и образования «склеек» в местах контактов волокон; применение различных методов тепловой модификации материалов - в свободном состоянии в термокамере и при контактной тепловой обработке на валковом оборудовании специальной конструкции, а также варьирование технологических режимов их тепловой обработки для каждого метода.

В работе решена научная задача - предложены и научно обоснованны составы смесок, режимы и методы тепловой обработки композитов на их основе для получения различных по структуре полимерно-волокнистых материалов с высокими показателями сорбционных и физико-механических свойств.

Научная новизна работы:

- разработан научный подход к созданию высокоэффективных композиционных полимерно-волокнистых сорбентов высокой механической прочности, включающий научно обоснованное введение в состав смесок БКВ; определенное соотношение в композите полимерных волокон раз-

личного вида; применение нового контактного метода тепловой модификации материалов на валковом устройстве специальной конструкции, а также выбор температурно-временных режимов обработки;

- выявлены индивидуальный и совокупный вклады каждого вида волокна в поведение волокнистых композитов при различных методах тепловой обработки - конвективном в условиях термокамеры и при одностороннем контакте с нагретой поверхностью валкового устройства, а также параметры их пористой структуры и комплекс показателей свойств;

- установлено влияние методов тепловой модификации и рецептур-но-технологических параметров обработки на структуру формируемых волокнистых композитов и получение материалов с градиентом и без градиента плотности по толщине и регулируемой пористостью в поверхностных и объемных слоях;

- доказано преимущество использования в качестве высокоэффективных сорбентов, сочетающих высокую поглощающую способность, низкую деформируемость и высокую механическую прочность под действием сор-бата, материалов с градиентом плотности по толщине, полученных с применением нового валкового устройства;

- установлен вклад градиентной структуры материалов в обеспечение высокой поглощающей способности композиционного сорбента за счет сохранения его высокой объемной плотности и усиления прочности в результате образования поверхностного подплавленного полимерного слоя со стороны контакта материала с горячим барабаном валкового устройства;

- на основе разработанных подходов к созданию высокоэффективных сорбентов предложены составы композиций и технологические решения получения композиционных полимерно-волокнистых материалов, сочетающих высокую поглощающую способность и механическую прочность в зависимости от метода их тепловой модификации в термокамере и/или при контакте с поверхностью горячего вала.

Практическая значимость. В результате выполнения работы разработаны технологические решения получения новых композиционных волокнистых материалов на основе смесок полиэфирных и БКВ различными методами их тепловой обработки. Даны технические рекомендации применения разработанных материалов в зависимости от их химического состава, структуры, режимов и типа оборудования для термоскрепления.

Личный вклад автора. Основные результаты и положения, выносимые на защиту, получены автором лично. Автор самостоятельно разрабатывал составы и режимы изготовления нетканых композитов, анализировал их структуру и определял показатели свойств, внедрял разработки на производственном предприятии. По результатам выполненных исследований опубликовано 8 работ, из них 4 статьи в реферируемых изданиях ВАК.

Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на четырех научных конференциях, в том числе одной международной, а также успешно апробированы в производственных условиях на предприятии ОАО «Монтем» (Москва).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, библиографии и приложений. Работа изложена на 165 страницах, включая 24 таблицы и 34 рисунка. Библиография включает 110 источников. Приложение представлено на 30 страницах и содержит 2 акта о выпуске опытных партий разработанных материалов.

Диссертация выполнена при поддержке фанта МГУДТ «Разработка технологии получения и исследование свойств порошково-волокнистых сорбентов» (2007 г).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, отражена научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе приведён обзор отечественной и зарубежной литературы по производству волокнистых композиционных материалов. Рассмотрены традиционные и современные виды волокнистого сырья, методы производства волокнистых композитов и способы их упрочнения.

Глава 2 содержит характеристику объектов и методов исследования.

В качестве объектов исследования использовали полиэфирные волокна 0,33 текс (ТУ 6-13-0204077-95 - 91, Могилевскош комбината хим-волокно, Беларусь), полипропиленовые волокна 0,67 текс (ТУ 2272-007576624 - 93, Московского нефтеперерабатывающего завода), БКВ структуры «ядро» (полиэфир) - «оболочка» (полипропилен) 0,44 текс (фирмы «Самсунг», Республика Корея) и полученные на их основе полимерно-волокнистые материалы.

Теплофизические характеристики волокон определяли на деривато-графе ДВ-1 (Венгрия), масса навески волокон составляла 90 мг, скорость нагревания 3°С/мин. Структуру волокнистых композитов изучали оптическим МБИ-6 и электронным сканирующим Hitachi ТМ -1000 микроскопами.

Структурные и механические характеристики нетканых материалов определяли по ГОСТ 15902.2 - 79 и 159902.1 - 80, параметры пористой структуры оценивали по сорбционной методике, предложенной С.С. Воюцким. Поглощающую способность исследовали весовьм методом по изменению массы материала до и после погружения в сорбат. Предел прочности при растяжении и относительное удлинение при разрыве в сухом и мокром состояниях определяли на разрывной машине РТ-250М, оборудованной тензометрической системой регистрации усилий на образце. Жесткость при растяжении материалов определяли специальным устройством, разработанным на кафедре материаловедения МГУДТ, позволяющим проводить испытания при одноосном растяжении образцов без их разрушения.

В главе 3 разработаны и обоснованы основные научные подходы к созданию композиционных высокопористых полимерно-волокнистых сорбентов высокой механической прочности, выбраны синтетические волокна, определены количественный состав смесок, температурно-времеиные режимы и методы тепловой модификации нетканых композитов в термокамере и на валковом устройстве специальной конструкции. Исследовано влияние состава смесок и темиературно-временных режимов их обработки на морфологию композитов для каждого способа термоскрепления. Установлено влияние технологических факторов на усадку полотен и показана возможность ее регулирования методами тепловой обработки. Выявлена взаимосвязь между условиями получения композиционных волокнистых материалов и их усадкой, объемной плотностью, истинным объемом пор, кажущейся и истинной пористостью.

Глава 4 содержит результаты исследования влияния рецептурно-технологических факторов на деформационно-прочностные свойства полимерных сорбентов до и после обработки сорбатами разной химической природы для выявления условий получения материалов с разрешенным компромиссом между высокой поглощающей способностью и высокой механической прочностью. Исследован совокупный вклад полимерных волокон, режимов и метода тепловой обработки в анизотропию физико-механических свойств разработанных материалов.

В главе 5 методом математической обработки с применением функции желательности определены комплексные показатели качества разработанных материалов, учитывающие условия их изготовления и такие наиболее значимые для сорбентов показатели, как объемная плотность, поглощающая способность, предел прочности при растяжении и относительное удлинение при разрыве. Выявлены оптимальные составы и технологические параметры получения волокнистых композиционных материалов для каждого способа термообработки. Даны рекомендации по производству и применению разработанных материалов в зависимости от их химиче-

ского состава, структуры, режимов и типа оборудования для тепловой модификации.

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ВОЛОКНИСТОГО СЫРЬЯ, МЕТОДОВ И

РЕЖИМОВ ТЕРМООБРАБОТКИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ИХ СТРУКТУРУ И ПОГЛОЩАЮЩУЮ СПОСОБНОСТЬ

Основная научная задача исследований - разработка рецептур и условий получения полимерно-волокнистых композиционных материалов, сочетающих высокую поглощающую способность и механическую прочность. Для ее реализации использовали общие подходы к созданию композиционных полимерных материалов.

Согласно обзору литературы, наиболее эффективным представлялось использование в качестве сорбентов рулонных материалов с поверхностной плотностью от 120 до 700 г/м2, разрывной нагрузкой 150 - 850 Н, поглощающей способностью 12-20 г/г.

Доступным промышленным способом получения таких материалов является механический способ формирования холстов с их последующим иглопрокалыванием, позволяющий формировать высокопористые материалы с системой сообщающихся пор, необходимых для пропитки и сорбции. В то же время эти материалы обладают низкими механическими характеристиками и прежде всего сопротивлением деформации под действием поглощенного сорбата. Увеличение прочности волокнистых композитов достигается их дополнительной термообработкой, пропитыванием или проклеиванием полимерными связующими. Первый способ наиболее предпочтителен по экологическим соображениям, а его практическая реализация определяется химическим составом полимерного сырья и его поведением при тепловой обработке.

При применении в смесках термоусадочных волокон (например, полипропиленовых) имеет место деформационно-тепловой механизм упрочнения, при применении бикомпонентных волокон реализуется механизм

дополнительного термоскрепления материалов плавлением низкоплавкой оболочки БКВ и образованием «склеек» в местах контакта волокон.

Существенные коррективы в термоупрочнение и, следовательно, пористую структуру и свойства материалов вносит оборудование для тепловой модификации и режимы его работы. В настоящее время широко используют два вида оборудования: термокамеры конвективного типа и каландры. Первые ограничивают возможности получения материалов с увеличенным сопротивлением деформации, а обработка на каландрах из-за малого времени нахождения полотна в зазоре валов вызывает необходимость обработки при более высоких температурах, что приводит к снижению пористости композитов и делает их неприемлемыми для использования в качестве сорбентов.

На предприятии ОАО «Монтем» разработано и смонтировано новое валковое устройство для тепловой модификации нетканых материалов, в котором полотно прижимается к нагретому валу транспортерной лентой (рис. 1). Применение нового оборудования потребовало проведения систематических исследований по выявлению оптимального состава смесок, температурно-временных режимов обработки волокнистых материалов,

исследованию их структуры и комплекса 4 свойств в сравнении с материалами, обра-

ботанными в термокамере.

Рис. X. Схема валкового устройства для проведения тепловой модификации иглопробивных нетканых материалом:

1 - нагретый вал; 2 - транспортерная лента; 3 - система подвижных валков; 4 - материал

В качестве исходного сырья для получения материалов использовали смески из полиэфирных и БКВ структуры «ядро-оболочка». Концентрацию бикомпонентных волокон варьировали от 10 до 50 %. Холст формировали механическим способом на агрегате «Шпиннбау» (Германия) с последующим его иглопрокалыванием на агрегате «Дило» (Германия). Поверхностная плотность всех материалов до обработки была одинакова и составляла

200 - 230 г/см2 . Термообработку проводили в термокамере при конвективном контакте с теплоносителем и на валковом устройстве в контакте материала с нагретым валом.

При выборе режимов термообработки исходили из скорости работы оборудования, данных термогравиметрического и дифференциально-термического анализов волокон. Исследования показали, что поведение БКВ приближается к поведению наиболее термостойкого полиэфирного волокна (Тш = 260 - 275°С). При этом происходит небольшое изменение скорости снижения массы бикомпонентных волокон при температуре 230 - 250°С, связанное, по-видимому, с плавлением их полипропиленовой оболочки. Для полипропиленовых волокон снижение массы начинается при относительно низкой температуре 130 - 140°С, однако масса высокомолекулярной фракции полимера сохраняется до температуры 220°С. Исходя из полученных результатов волокнистые материалы обрабатывали при температурах 175, 200 и 250°С в термокамере в течение 2, 5 и 10 мин и скорости движения на валковом устройстве 2,5; 12 и 15 м/мин.

Учитывая механизм поведения бикомпонентных волокон под действием высоких температур, необходимо было выявить, как исходный состав волокнистого сырья, режимы и способы термообработки будут влиять на характер пористой структуры волокнистых композитов. Срезы образцов анализировали методом оптической микроскопии. Наиболее характерные структуры по сравнению со структурой нетермоскрепленного полотна представлены на рис, 2.

а б в

Рис. 2. Структура нетермообработанного полотна (а), материала, обработанного в термокамере (б), на валковом устройстве (в). Содержание БКВ -10 %. Условия обработки: термокамера- Т = 175°С, т = 2 мин; валковое устройство Т= 175°С, у =15 м/мин)

Для материалов, не прошедших термообработку, характерно наличие изотропной по толщине структуры с выраженной ориентацией волокон по вертикали и неплотным поперечным переплетением волокон смески. У образцов, обработанных в камере и на валковом устройстве, появляются характерные «склейки», число которых увеличивается с ростом содержания БКВ в смесках при одновременном увеличении температуры и времени контакта с теплоносителем.

Обработка в термокамере не вносит существенных изменений в структуру материалов, в малой степени корректирует вертикальную ориентацию волокон и их поперечное сцепление, «заложенные» при иглопро-калывании, но приводит к явному уменьшению пор между пучками волокон и в самих волокнах. Термообработка на валковом устройстве при малом содержании БКВ (до 20 %), невысокой температуре (175°С) и высокой скорости движения материала (12-15м/мин) формирует в нем градиентную структуру с изменением пористости поверхностного слоя и ее сохранением в объеме. Повышение содержания БКВ до 40 %, температуры до 200°С и времени контакта материала с валом приводит к увеличению толщины поверхностного слоя, изменению расстояния между пучками волокон и их трансформацию в более плотные образования в объеме полотна.

Экспериментально установлено, что тепловая обработка в камере приводит к большей усадке материалов по площади при незначительном увеличении их толщины, а на валковом устройстве - к усадке по толщине. Усадка при термообработке в свободном состоянии в камере в равной степени зависит от содержания в смеске БКВ, температурных и временных режимов обработки. Минимальная усадка (10 - 15%) характерна для образцов, содержащих 10 % БКВ, обработанных при температуре 175°С в течение 2-х мин. Увеличение содержания БКВ, температуры и времени для этого способа обработки нежелательно, так как приводит к росту усадки до 25 - 30%. Контактная обработка позволяет получать образцы низкой усадкой (до 10%) для любого содержания БКВ в смесках при разных соче-

таниях температуры и времени обработки (например, Т= 175°С, у= 12 - 15 м/мин). Такой эффект, по-видимому, является совокупным результатом конструкционных преимуществ валкового устройства, в котором осуществляется контроль прижима материала к нагретому валу транспортерной лентой и связанного с этим значительного изменения поведения волокон при тепловой обработке. Во-первых, волокна частично переориентируются из положения поперек в положение вдоль. Во-вторых, реализуется более равномерное распределение зон адгезионного контакта при плавлении полипропиленовой оболочки БКВ. Кроме того, прогрев материала в объеме становится зависимым от толщины поверхностного слоя, что позволяет при режиме Т = 175 - 200°С и V = 12 — 15 м/мин) сохранить общую пористость образцов на высоком уровне.

Для проверки этого предположения в работе исследовали влияние рецептурно-технологических факторов на изменение объемной плотности (р„п) материалов в зависимости от метода тепловой обработки. Объемная плотность образцов до термообработки составляла 0,138 г/см3 (рис. 3).

а б

Рис. 3. Зависимости объёмной плотности композита (80% ПЭВ - 20% БКВ) от режимов обработки в термокамере (а) и на валковом устройстве (б) при температуре 250°С

(1),200°С(2),175°С(3)

Обработка материалов в термокамере при низком содержании в сме-сках БКВ (10 - 20 %), невысокой температуре 175°С и малом времени 2 мин, приводит к снижению их объемной плотности почти в 2 раза (0,08 г/см3). При этом образцы практически не меняют своей массы, их усадка по площади минимальна (10 - 15%), но увеличивается толщина ма-

териала. По-видимому, такой эффект связан с потенциальной возможностью бикомпонентных волокон вне температурно-временной области их эффективной «работы» на образование зон «склеек», проявлять извитость. Увеличение количества БКВ с одновременньм повышением температуры и времени обработки приводит к росту объемной плотности, которая при температуре 250°С, независимо от времени обработки, превосходит объемную плотность исходного полотна на 7 - 10%. В таких условиях наблюдается синергетический эффект одновременного увеличения массы из-за перехода полипропиленовой оболочки в состояние расплава, значительной усадки образцов по площади и снижения или полного ее отсутствия по толщине.

При обработке валковым устройством, независимо от содержания в смесках БКВ, при увеличении температуры и длительности контакта с поверхностью вала повышается объемная плотность материалов до 0,3 г/см3 (рис. 3 б). Такое изменение является следствием увеличения массы полотна из-за образования подплавленного поверхностного слоя и зон адгезионных контактов в объеме материала, снижения по этим же причинам их толщины при практически полном исключении проявления «извитости» волокон и усадки материала по площади. Наименьшей объёмной плотностью (0,13 г/см3) обладают образцы с 10% - ным содержанием БКВ, полученные при Г= 175°С и V = 15 м/мин.

Одна из возможных областей применения нетканых композитов -это их использование в качестве сорбентов. В работе исследовано влияние режимов и методов обработки полотен на их поглощающую способность и выявлена взаимосвязь этого показателя с объемной плотностью материалов. В качестве сорбатов использовали воду, керосин, бензин, гексан (рис. 4). Не принимая во внимания составы смесок, условия и методы их тепловой обработки, а также независимо от природы сорбата, установлено, что максимальная поглощающая способность материалов достигается только в определенном диапазоне значений объемной плотности от 0,09 до 0,15 г/см3. Это, по-видимому, связано не только с поглощением жидкостей волокли-

отыми композитами, но и со способностью удерживать ее при извлечении полотна из сорбата. При низкой р05 (< 0,09 г/см3) материал плохо удерживает поглощенную жидкость. При относительно высокой объемной плотности (> 0,15 г/см3) поглощающая способность снижается из-за уменьшения объема пор, заполняемых сорбатом.

сг.г/г

р,«, г/см®

<2, Г/г

Р.И, г/см*

0,08 0.09 0.1 0,11 0.12 0,13 0,14 0.15 0,1«

1 «.11 0,14 0,14 0,18 0,2 0.22 0.» 0,16 0,28

а б

Рис. 4. Зависимости поглощающей способности композита (90% ПЭВ -10% БКВ) от объемной плотности при обработке в термокамере (а), на валковом устройстве (б) при поглощении воды (1), керосина (2), бензина (3) и гексана (4). (5) - поглощающая способность необработанного образца.

Для проверки этого предположения по сорбционной методике определяли общий (истинный) Ки и открытый (кажущийся) Ук объёмы пор, а также истинную и кажущуюся 1¥к пористость образцов. Данные для материалов, обладающих максимальной поглощающей способностью по воде, представлены в табл. 2.

Таблица 2. Влияние режимов и способов обработки на структурные характеристики

композитов

ПЭТ/БКВ % Условия термообработки У„, см3 1ГК% К, см3

Г," С т, мин У,м/мин

нетермообр. материал - - - 27,7 92,3 23,3 77,7 0,84

90/10 175 5* - 20,2 84,5 15,9 66,5 0,79

175 12" 19,0 73,0 15,5 59,5 0,82

80/20 175 5* 18,4 80,0 14,2 61,7 0,77

175 * 12" 17,6 70,4 14,1 56,4 0,80

60/40 175 5* 16,0 72,7 12,0 54,5 0,75

175 12" 15,5 64,6 12,1 50,4 0,78

* - обработка в термокамере. **- обработка на валковом устройстве

Установлено, что истинная и кажущаяся пористость термоскреплен-ных материалов меньше, чем у полотен до термообработки. Очевидно, что в результате плавления полипропиленовой оболочки БКВ не только снижается объём пор, но и появляются более мелкие поры, не доступные для заполнения жидкостью. Отношение \VJWu показывает, что объём таких пор составляет в среднем 21 - 25% для образцов, обработанных в термокамере, и 18 - 22% - для образцов, обработанных на валковом устройстве.

ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНИСТЫХ СОРБЕНТОВ С ВЫСОКОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТЬЮ

Открыто пористая структура волокнистых композитов обеспечивает им высокую поглощающую способность и одновременно снижает физико-механические характеристики.

Учитывая специфику эксплуатации рулонных сорбентов при постоянно возрастающей нагрузке на материал поглощаемой жидкости, определяли разрывную нагрузку, отнесенную к площади поперечного сечения, относительное удлинение при разрыве, сопротивление деформации и жесткость при растяжении. Исследовали сухие образцы и образцы с максимально возможным количеством поглощенного сорбата.

Результаты изменения предела прочности при растяжении сухих полотен от их состава и режимов тепловой модификации представлены на рис. 5. При применении термокамеры максимальной прочностью 6,6 МПа обладают образцы, содержащие 40 % БКВ, обработанные при Т = 250°С в течение 5 мин. Применение валкового устройства позволяет получать холсты с такими же прочностными показателями 6,9 МПа уже при 10 %-ном содержании БКВ при разных сочетаниях параметров их обработки (например, Т = 175°С, у = 15 м/мин; Т= 200°С, у = 2,5 м/мин).

175, 175, 175, 20(1, 200, МО, 258. 250, 25«. Т, "С г 5 1(1 2 $ И» 2 5 III Г,»™»

^ швсх. ХМКБКЖ

175. 175, 175, 2(10, 20», 2<Н|, 25«, 250, 25(1, 2,5 12 15 2,5 12 15 2,5 12 15

Рис. 5. Предел прочности при растяжении сухих материалов, обработанных в термокамере (а) и на валковом устройстве (б)

Для обоих методов эффект повышения прочности материалов, прежде всего, связан с подплавлением их легкоплавкой полипропиленовой оболочки. Именно частичное иодплавление, а не полное плавление полипропилена обеспечивает точечное адгезионное скрепление волокон смески, приводит к увеличению числа и площади контактов в единице объема и образованию прочной структуры в виде непрерывной пространственной сетки при сохранении незамкнутой системы капилляров в объеме полотна.

При применении валкового устройства очевиден дополнительный вклад в усиление прочности материала градиентной структуры и наличие «подплавленного» поверхностного слоя, принимающего силовую нагрузку на себя. Очень важно, что для этого способа обработки составы смесок и режимы получения материалов высокой механической прочности соответствуют условиям получения материалов высокой поглощающей способности, что нехарактерно для полотен, обработанных в термокамере.

На рис. 6 представлены наиболее характерные результаты влияния сорбатов (на примере бензина) на изменение предела прочности при растяжении нетканых полотен, полученных различными способами.

17?, 115, 175, 2М>. 200, 2««, 250, 250, 25«,

«ЯШ.

обрати

■г:°С

* цех. |)%нец «1<«ПКВ

175, 175,175, 2М, 200, И», 23«, 25«, 25», Г,»г 2,5 12 15 2,5 12 15 2,5 12 15 1, мнии

Рис. 6. Предел прочности при растяжении материалов, пропитанных бензином, обработанных в термокамере (а) и на валковом устройстве (б)

Видно, что нетермоскрепленные материалы и полотна, содержащие 10-20 % БКВ и обработанные в термокамере при Т = 175°С, теряют прочность под влиянием сорбата. При этом деформация образцов как сухих, так и пропитанных сорбатом протекает в два этапа (рис. 7 а, кр. 3-6). Первый участок, по-видимому, отражает перемещение волокон в пространстве между пучками. Второй - перемещение волокон в пучках и связанное с этим увеличение сопротивления деформации, из-за роста плотности упаковки волокон и значительного трения между ними. Сорбция жидкости на поверхности волокон увеличивает их подвижность, облегчает проскальзывание волокон и гораздо раньше выводит их из зацепления по сравнению с сухими образцами.

Материалы, содержащие в смеске 40 % БКВ, обработанные при Г= 200 - 250'С в течение 5-10 мин в термокамере, и большинство материалов, прошедших валковое устройство, не зависимо от содержания в них БКВ и режимов обработки, имеют стабильный показатель предела прочности под влиянием поглощенной жидкости. Деформация материалов в этом случае протекает в один этап (рис. 7 а, кр. 1,2; рис. 7 б, кр. 1- 4, 6), что является следствием увеличения числа зацеплений между волокнами, перехода от фрикционных контактов между волокнами смески к адгезионным и отмеченного выше градиентного характера структуры полотен, полученных в контакте с горячим валом.

а б

Рис. 7. Зависимости прочности при растяжении от относительного удлинения сухих образцов (кр. 1,3,4) и образцов, пропитанных сорбатом (кр. 2,6). Содержание БКВ: кр.

1,2 - 40 %, кр. 3 - 20%, кр. 4,6 -10%. а - обработка в термокамере при Т= 175°С и т = 5 мин; б - на валковом устройстве при Т = 200°С и V = 2,5 м/мин.

5 - нетермообработанный образец.

Исследования жёсткости при растяжении пропитанных образцов, полученных при различных рецептурно-технологических режимах, показали, что при сопоставимой поглощающей способности, обработанные на валковом устройстве материалы обладают меньшим изгибом, чем материалы, полученные в термокамере.

Известно, что механический способ формирования волокнистого холста и его последующее иглопрокалывание приводят к получению анизотропных материалов, прочностные показатели которых в поперечном направлении превосходят показатели в продольном.

В работе в качестве критерия для оценки анизотропии материалов использован условный модуль упругости /Гусл, характеризующий сопротивление материала начальному растяжению. Для количественной оценки анизотропии физико-механических свойств материалов использовали безразмерную величину - интегральный критерий степени анизотропии, который позволяет учитывать свойства материала не только в направлениях вдоль и поперек, но и под углом 45°.

Установлено, что в зависимости от состава смесок волокон и темпе-ратурно-временных режимов обработки волокнистых холстов в термокамере интегральный коэффициент анизотропии изменяется от 18,49 до

42,93, следовательно, обработка материалов в камере в малой степени влияет на анизотропию их деформационно-прочностных свойств, заложенную на операциях формирования холста. Интегральный коэффициент анизотропии материалов, обработанных на валковом устройстве в широком температурно-временном интервале, составил от 7,34 до 38,32. По-видимому, в этом случае имеющая место дополнительная ориентация волокон при движении материала через валковое устройство и их фиксация в плоскости, обращенной к обогреваемому барабану, нивелируют начальную поперечную ориентацию волокон и позволяют получать градиентные по плотности и практически изотропные по деформационным характеристикам материалы.

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ СВОЙСТВ РАЗРАБОТАННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Учитывая многофакторный характер и сложность исследований, в работе методом математической обработки с применением функции желательности определены комплексные показатели качества полученных материалов.

В качестве входных параметров использовали состав смесок и режимы термообработки волокнистых холстов различными методами, в качестве выходных - объемную плотность, поглощающую способность, предел прочности при растяжении и относительное удлинение при разрыве.

В результате расчетов выявлены оптимальные составы и технологические параметры получения волокнисто-пористых полимерных композиционных материалов для каждого способа термообработки.

Установлено, что для получения материалов повышенной механической прочности (8-10 МПа) целесообразно использовать смески в соотношении 60% ПЭВ - 40% БКВ и проводить тепловую обработку на валковом устройстве при Т = 200°С и скорости движения материала 12-15 м/мин.

Для получения материалов высокой поглощающей способности (13 г/г) необходимо применять смески в соотношении 90 % ПЭВ - 10 % БКВ и обрабатывать материалы в термокамере при Т = 175°С в течение 5 минут.

Для получения материалов, сочетающих высокую поглощающую способность (10 - 12 г/г) и высокую прочность (5-7 МПа), целесообразно применять смески состава 90 % ПЭВ - 10 % БКВ и проводить тепловую модификацию на валковом устройстве при 7'= 175°С и у= 12м/мин.

На основе полученных результатов разработаны и предложены к практическому применению технологические решения, апробированные в производственных условиях ОАО «Монтем».

Для производства партии высокоэффективных сорбентов с повышенными физико-механическими характеристиками использовали смеску полиэфирных и бикомпонентных волокон, стандартную технологическую схему и промышленное оборудование для производства нетканых материалов иглопробивным способом. Термообработку материала проводили на валковом устройстве при Т= 175°С и у= 12 м/мин (табл. 3).

Таблица 3. Основные свойства высокоэффективных сорбентов понышешюй прочности

Показатели свойств Разработанный материал Объект сравнения

Поверхностная плотность, г/м2 200-230 300-350

Толщина, мм 3-5 2,5-4

Объемная плотность, кг/м3 138-143 130-150

Предел прочности при растяжении, МПа, в направлении:

продольном 7-8 2-3

поперечном 7-8 4-5

Относительное удлинение при разрыве, %, в направлении:

продольном 40-60 70-80

поперечном 50-60 80-90

Коэффициент пропитывания 0,82 0,6-0,8

Поглощающая способность, г/г 10-12 13-15

* Волокнистый сорбент «Монтесорб»

ВЫВОДЫ

1. Проведены систематические исследования, направленные на разработку технологических решений получения волокнисто-полимерных композиционных материалов, содержащих бикомпонентные волокна структуры «ядро-оболочка»; выявлены составы смесок, методы и температурно-временные режимы обработки волокнистых композитов для получения эффективных сорбентов с высокой механической прочностью.

2. Предложен новый метод тепловой обработки волокнистых композитов при одностороннем контакте с горячим валом оборудования специальной конструкции и проведен анализ его влияния на формирование материалов, характер их структуры и комплекс свойств по сравнению с обработкой в термокамере.

3. Выявлены принципиальные различия в морфологии волокнистых композитов в зависимости от метода обработки, их полимерного состава и режимов тепловой модификации. Установлено, что обработка в термокамере в широком температурно - временном интервале (Т = 150 - 250°С, т = 2 - 10 мин) приводит к получению изотропных по плотности материалов с выраженной ориентацией волокон по вертикали, неплотным их переплетением и наличием характерных «склеек» в местах подплавления полипропиленовой оболочки.

4. Показана возможность использования нового валкового устройства для получения материалов с градиентом плотности по толщине и регулируемой пористостью. Установлено, что при содержании в смесках до 20 % БКВ, температуре 175°С и скорости движения материала 12 - 15 м/мин формируется структура с выраженным подплавленным поверхностным слоем без изменения морфологии пористости в объеме полотна.

5. Выявлено влияние способа и режимов термообработки на развитие в композитах усадочных деформаций и изменение их объемной плотности. Установлено, что объемная плотность материалов, обработанных в термокамере, составляет от 0,08 до 0,15 г/см3, минимальная усадка - 10 - 15 % характерна для образцов, содержащих 10 % БКВ, полученных при темпе-

ратуре 175°С в течение 2 мин. Увеличение содержания БКВ, температуры и времени для этого способа нежелательно из-за роста усадки до 30%. Применение валкового устройства, независимо от содержания в смесках БКВ, позволяет получать композиты с усадкой до 10% и объемной плотностью от 0,1 до 0,3 г/см3.

6. Доказана зависимость поглощающей способности материалов от их объемной плотности. Показано, что, независимо от метода обработки, рецептурно-технологических факторов и природы сорбата, максимальная поглощающая способность материалов достигается только в диапазоне объемной плотности от 0,09 до 0,15 г/см3. Выявлены условия получения таких материалов для каждого метода термообработки.

7. Установлено, что при применении термокамеры максимальной прочностью 6,6 МПа обладают образцы, содержащие 40 % БКВ, обработанные при Т = 250°С в течение 2 мин. Валковое устройство позволяет получать холсты с аналогичными показателями уже при 10 %-ном содержании БКВ при Т = 175°С; v= 12 м/мин. Установлено, что для обоих методов термообработки повышение прочности материалов вызвано подплавлени-ем полипропиленовой оболочки БКВ, точечным адгезионным скреплением волокон смески, увеличением числа и площади контактов волокон в единице объема, а при обработке на валковом устройстве - дополнительным наличием поверхностного подплавленного слоя со стороны контакта с горячим валом.

8. Показано влияние сорбата на прочность и деформируемость нетканых материалов. Полотна с низким содержанием БКВ (< 20 %), обработанные в камере, теряют прочность под влиянием сорбата и деформируются ступенчато, включая перемещение волокон с фрикционным зацеплением с последующим перераспределением нагрузки на зоны адгезионных контактов. Материалы, прошедшие валковое устройство, не зависимо от состава и режимов обработки, имеют стабильный показатель прочности под влиянием поглощенной жидкости и деформируются как единое целое.

9. Установлено, что обработка материалов в термокамере в малой степени влияет на анизотропию их деформационно-прочностных свойств, заложенную на операциях формирования холста. Имеющая место дополнительная ориентация волокон при движении материала через валковое устройство и их фиксация в плоскости, параллельной обогреваемому барабану, напротив, нивелируют изначальную поперечную ориентацию волокон и позволяют получать градиентные по плотности и практически изотропные по деформационным характеристикам материалы.

10. Выявлены и предложены оптимальные составы и технологические параметры получения волокнисто-пористых композиционных нетканых материалов, сочетающих высокую поглощающую способность (12 г/г) и механическую прочность (6,9 МПа). Наиболее предпочтителен способ термоскрепления на валковом устройстве. Оптимальная концентрация би-компонентных волокон 10 %, температура обработки 175°С при скорости движения материала 12 м/мин.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

Публикации в ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Савельева Е. К., Дедов А. В., Бокова Е. С., Андрианова Г. П. Пористая структура термообработанных нетканых материалов [Текст] // Химические волокна,- 2005,-№ 3,- С. 4648.

2. Савельева Е. К., Бокова Е. С., Дедов А. В. Способы регулирования структурных свойств волокнистых нетканых материалов [Текст] // Перспективные материалы - 2007.-№5.-С. 72-77.

3. Савельева Е. К., Бокова Е. С., Андрианова Г. П., Дедов А. В. Свойства волокнистых нетканых материалов, содержащих бикомпонентные волокна [Текст] //Пластические массы - 2007 -№ 10 - С. 42-44.

4. Савельева Е. К., Маштакова А. С., Бокова Е. С., Дедов А. В. Анизотропия деформационно-прочностных свойств нетканых материалов [Текст] // Дизайн и технологии - 2008.-№10 (52). - М.: С. 80-86.

Другие публикации:

5. Савельева Е. К. Влияние состава и условий термостатирования нетканых полотен на характер пористой структуры [Текст]: Тезисы, докл. 57 научн. конф. «Молодые ученые - XXI веку». М.: МГУДТ. 2005 - С. 71.

6. Савельева Е. К. Получение нетканых материалов с использованием бикомпонентных волокон [Текст]: Тезисы докл. 58 науч. конф. «Молодые ученые -XXI веку».-М.: МГУДТ, 2006 - С. 55.

7. Савельева Е. К., Бокова Е. С., Дедов А. В., Андрианова Г. П. Сравнительный анализ способов термообработки нетканых материалов для определения оптимальных условий получения полотен технического назначения [Текст]: Тез. докл. международной науч.-техн. конф. «Прогресс-2007»,-Иваново, 2007.- С. 205-206.

8. Савельева Е. К., Бокова Е. С., Дедов А. В. Разработка новых нетканых материалов с использованием бикомпонентных волокон [Текст]: Тез. докл. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. -М.: ИИЦ МГУДТ, 2008. - С. 62.

САВЕЛЬЕВА ЕКАТЕРИНА КОНСТАНТИНОВНА

Разработка высокоэффективных композиционных полимерных сорбентов с повышенной прочностью

Автореферат на соискание учёной степени кандидата технических наук

Усл.-печ. Ц) Тираж 80 экз. Заказ № 107/09 Информационно-издательский центр МГУДТ 117997, г. Москва, ул. Садовническая, 33 Отпечатано в ИИЦ МГУДТ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ПРОИЗВОДСТВА И ' ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРНО-ВОЛОКНИСТЫХ

1.1. Краткая характеристика волокнистого сырья для производства нетканых композитов.

1.2. Способы регулирования структуры и свойств полимерно-волокнистых композитов.

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Объекты исследования.

2.2. Методы исследования.

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ВОЛОКНИСТОГО СЫРЬЯ, МЕТОДОВ И РЕЖИМОВ ТЕРМООБРАБОТКИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ИХ СТРУКТУРУ

3.1. Обоснование выбора волокнистого сырья и технологических режимов термообработки композитов различными методами.

3.2. Исследование влияния состава смесок и методов термообработки полимерно-волокнитсых композитов на их структурные характеристики.

3.3. Исследование влияния рецептурно-технологических факторов получения полимерно-волокнистых композитов на их сорбционные свойства.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНИСТЫХ СОРБЕНТОВ С ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТЬЮ.

4.1. Исследование деформационно-прочностных свойств полимерно-волокнистых сорбентов, термообработанных различными способами.

4.2. Исследование влияния состава смесок, методов и режимов обработки полимерно-волокнистых композитов на анизотропию их дефорационно-прочностных свойств.

ГЛАВА 5. КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ СВОЙСТВ РАЗРАБОТАННЫХ МАТЕРИАЛОВ.

ВЫВОДЫ.

Актуальность работы. Научно-технический прогресс во многих отраслях промышленности сегодня немыслим без применения новых композиционных материалов, способных улучшить показатели качества и надежности, увеличить сроки эксплуатации, снизить материалоемкость готовых изделий. Отдельную категорию таких материалов с новыми возможностями использования и новым потенциалом на рынке составляют полимерные композиционные материалы.

Одна из наиболее динамично развивающихся областей использования полимерных композитов — это производство на их основе разнообразных материалов технического назначения — фильтровальных, геотекстильных, а также сорбирующих для ликвидации техногенных катастроф, связанных с разливами нефтепродуктов и других агрессивных жидкостей. Последняя группа материалов является альтернативой к широко применяемым в настоящее время порошковым сорбентам, которые обладают высокой поглощающей способностью, но при этом чрезвычайно неудобны в использовании из-за сложностей сбора и транспортирования их с места аварии.

Замена порошковых сорбентов на волокнисто-полимерные композиционные материалы возможна только при решении очень важной как в научном, так и в практическом плане проблемы — сочетания в одном материале высокой поглощающей способности и механической прочности.

Анализ литературы показывает, что из большого числа возможных направлений решения этой проблемы, наиболее перспективно применение в смеске с полиэфирными волокнами, обеспечивающими композиту высокую пористость, бикомпонентных волокон (БКВ), известным механизмом действия которых является дополнительное термоскрепление материалов и повышение их прочности за счет плавления низкоплавкой оболочки и образования адгезионных контактов между волокнами.

Потребность в таких композитах вызывает необходимость корректировки технологического процесса их производства, позволяет разнообразить способы их тепловой модификации, которые, в свою очередь, открывают широкие перспективы для получения новых по структуре и свойствам композиционных материалов.

Целью работы является разработка научных основ и технологических решений получения новых высокоэффективных композиционных полимерно-волокнистых сорбентов регулируемой структуры, сочетающих высокую поглощающую способность и механическую прочность.

Общими подходами к решению поставленной цели явилось использование в смесках вместе с традиционными полиэфирными бикомпонентных волокон структуры «ядро» (полиэфир) — «оболочка» (полипропилен); разработка, состава смесок с учетом отдельного и совокупного вкладов в структуру и свойства материала каждого вида волокна и способности БКВ обеспечивать дополнительное термоскрепление композитов путем плавления низкоплавкой оболочки и образования «склеек» в местах контактов волокон; применение различных методов тепловой модификации материалов - в свободном состоянии в термокамере и при контактной тепловой обработке на валковом оборудовании специальной конструкции, а таюке варьирование технологических режимов их тепловой обработки для каждого метода.

В работе решена научная задача - предложены и научно обоснованны составы смесок, режимы и методы тепловой обработки композитов на их основе для получения различных по структуре полимерно-волокнистых материалов с высокими показателями сорбционных и физико-механических свойств.

Научная новизна работы:

- разработан научный подход к созданию высокоэффективных композиционных полимерно-волокнистых сорбентов высокой механической прочности, включающий научно обоснованное введение в состав смесок БКВ; определенное соотношение в композите полимерных волокон различного вида; применение нового контактного метода тепловой модификации материалов на валковом устройстве специальной конструкции, а также выбор температурно-временных режимов обработки;

- выявлены индивидуальный и совокупный вклады каждого вида волокна в поведение волокнистых композитов при различных методах тепловой обработки — конвективном в условиях термокамеры и при одностороннем контакте с нагретой поверхностью валкового устройства, а также параметры их пористой структуры и комплекс показателей свойств;

- установлено влияние методов тепловой модификации и рецептурно-технологических параметров обработки на структуру формируемых волокнистых композитов и получение материалов с градиентом и без градиента плотности по толщине и регулируемой пористостью в поверхностных и объемных слоях;

- доказано преимущество использования в качестве высокоэффективных сорбентов, сочетающих высокую поглощающую способность, низкую деформируемость и высокую механическую прочность под действием сорбата, материалов с градиентом плотности по толщине, полученных с применением нового валкового устройства;

- установлен вклад градиентной структуры материалов в обеспечение высокой поглощающей способности композиционного сорбента за счет сохранения его высокой объемной плотности и усиления прочности в результате образования поверхностного подплавленного полимерного слоя со стороны контакта материала с горячим барабаном валкового устройства;

- на основе разработанных подходов к созданию высокоэффективных сорбентов предложены составы композиций и технологические решения получения композиционных полимерно-волокнистых материалов, сочетающих высокую поглощающую способность и механическую прочность в зависимости от метода их тепловой модификации в термокамере и/или при контакте с поверхностью горячего вала.

Практическая значимость. В результате выполнения работы разработаны технологические решения получения новых композиционных волокнистых материалов на основе смесок полиэфирных и БICB различными методами их тепловой обработки. Даны технические рекомендации применения разработанных материалов в зависимости от их химического состава, структуры, режимов и типа оборудования для термоскрепления.

Личный вклад автора. Основные результаты и положения, выносимые на защиту, получены автором лично. Автор самостоятельно разрабатывал составы и режимы изготовления нетканых композитов, анализировал их структуру и определял показатели свойств, внедрял разработки на производственном предприятии. По результатам выполненных исследований опубликовано 8 работ, из них 4 статьи в реферируемых изданиях ВАК.

Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на четырех научных конференциях, в том числе одной международной, а также успешно апробированы в производственных условиях на предприятии ОАО «Монтем» (Москва),

ВЫВОДЫ

1. Проведены систематические исследования, направленные на разработку технологических решений получения волокнисто-полимерных композиционных материалов, содержащих бикомпонентные волокна структуры «ядро-оболочка»; выявлены составы смесок, методы и температурно-временные режимы обработки волокнистых композитов для получения эффективных сорбентов с высокой механической прочностью.

2. Предложен новый метод тепловой обработки волокнистых композитов при одностороннем контакте с горячим валом оборудования специальной конструкции и проведен анализ его влияния на формирование материалов, характер их структуры и комплекс свойств по сравнению с обработкой в термокамере.

3. Выявлены принципиальные различия в морфологии волокнистых композитов в зависимости от метода обработки, их полимерного состава и режимов тепловой модификации. Установлено, что обработка в термокамере в широком температурно - временном интервале (Т= 150 — 250°С, т — 2 — 10 мин) приводит к получению изотропных по плотности материалов с выраженной ориентацией волокон по вертикали, неплотным их переплетением и наличием характерных «склеек» в местах подплавления полипропиленовой оболочки.

4. Показана возможность использования нового валкового устройства для получения материалов с градиентом плотности по толщине и регулируемой пористостью. Установлено, что при содержании в смесках до 20 % БКВ, температуре 175°С и скорости движения материала 12—15 м/мин формируется структура с выраженным подплавленным поверхностным слоем без изменения морфологии пористости в объеме полотна.

5. Выявлено влияние способа и режимов термообработки на развитие в композитах усадочных деформаций и изменение их объемной плотности. Установлено, что объемная плотность материалов, обработанных в термокамере, составляет от 0,08 до 0,15 г/см3, минимальная усадка — 10 — 15 % характерна для образцов, содержащих 10 % БКВ, полученных при температуре 175°С в течение 2 мин. Увеличение содержания БКВ, температуры и времени для этого способа нежелательно из-за роста усадки до 30%. Применение валкового устройства, независимо от содержания в смесках БКВ, позволяет получать композиты с усадкой до 10% и объемной плотностью от 0,1 до 0,3 г/см .

6. Доказана зависимость поглощающей способности материалов от их объемной плотности. Показано, что, независимо от метода обработки, рецептурно-технологических факторов и природы сорбата, максимальная поглощающая способность материалов достигается только в диапазоне объемной плотности от 0,09 до 0,15 г/см . Выявлены условия получения таких материалов для каждого метода термообработки.

7. Установлено, что при применении термокамеры максимальной прочностью 6,6 МПа обладают образцы, содержащие 40 % БКВ, обработанные при Т— 250°С в течение 2 мин. Валковое устройство позволяет получать холсты с аналогичными показателями уже при 10 %-ном содержании БКВ при Т — 175°С; v~ 12 м/мин. Установлено, что для обоих методов термообработки повышение прочности материалов вызвано подплавлением полипропиленовой оболочки БКВ, точечным адгезионным скреплением волокон смески, увеличением числа и площади контактов волокон в единице объема, а при обработке на валковом устройстве — дополнительным наличием поверхностного подплавленного слоя со стороны контакта с горячим валом.

8. Показано влияние сорбата на прочность и деформируемость нетканых материалов. Полотна с низким содержанием БКВ (< 20 %), обработанные в камере, теряют прочность под влиянием сорбата и деформируются ступенчато, включая перемещение волокон с фрикционным зацеплением с последующим перераспределением на1рузки на зоны адгезионных контактов. Материалы, прошедшие валковое устройство, не зависимо от состава и режимов обработки, имеют стабильный показатель прочности под влиянием поглощенной жидкости и деформируются как единое целое.

9. Установлено, что обработка материалов в термокамере в малой степени влияет на анизотропию их деформационно-прочностных свойств, заложенную на операциях формирования холста. Имеющая место дополнительная ориентация волокон при движении материала через валковое устройство и их фиксация в плоскости, параллельной обогреваемому барабану, напротив, нивелируют изначальную поперечную ориентацию волокон и позволяют получать градиентные по плотности и практически изотропные по деформационным характеристикам материалы.

10. Выявлены и предложены оптимальные составы и технологические параметры получения волокнисто-пористых композиционных нетканых материалов, сочетающих высокую поглощающую способность (12 г/г) и механическую прочность (6,9 МПа). Наиболее предпочтителен способ термоскрепления на валковом устройстве. Оптимальная концентрация бикомпонентных волокон 10 %, температура обработки 175°С при скорости движения материала 12 м/мин.

1. Мальнев С. А. Нетканые Материалы Текст.: //Технический текстиль. — 2007.-№15.-С. 22-25.

2. Назаров Ю. П., Коньков П. И., Кирилин Е. М., Зеленов В. П., Афанасьев В. М. Технология производства нетканых материалов Текст.: — М.: Легкая индустрия, 1970. 236 с.

3. Krema R., El-Hadidy Abel М. Die raumliche Struktur von Vliesstoflen. Teil 2. Die Lage der Faser in Baum Text.: Textil technik, 1983. - T.33. - № 6. - P. 322,324,362-365.

4. Перепелкин К. E. Структура и свойства волокон Текст.: — М.: Химия, 1985.-208 с.

5. Пакшвер А. Б. Свойства и особенности переработки химических волокон Текст.: — М.: Химия, 1975. — 496 с.

6. Перепелкин К. Е. Волокна химические Текст.: В кн.: Химическая энциклопедия. -М.: БСЭ, 1988. 1 т. - С. 413 - 416.

7. Гусев В. Е. Химические волокна в текстильной промышленности Текст. М.: Легкая индустрия, 1971. — 408 с.

8. Blazej A., Shuta Sh. Vlastnosti Textilnich Text.: Vlakien Bratislava: Alfa, 1982.- 432 p.

9. Warner S.B. Fiber ScienceText.: — Englewood Chiffs: Prentice Hall, 1995. — 316 p.

10. Morton W.E., Hearle J.W.S. Physical Properties of Textile Fibres Text.: -The Textile Institute, Manchester, 1993. 725 p.1.. Fourne F. Synthetic Fibers Text.: — Munchen: Carl Hanser Ferlag, 1999. — 810 p.

11. Гусев В. К., Тульгук 3. Д., Спицина Т. В. Бикомпонентные волокна и нити Текст.: / Под ред. А.С. Чеголи. — М.: Химия, 1986. 104 с.

12. Перепелкин К.Е. Прошлое, настоящее и будущее химических волокон Текст.: М.: МГТУ, 2004. - 204 с.

13. Айзенштейн Э. М. Химические волокна — сырье для нетканых материалов Электронный ресурс.: //Технический текстиль. — 2001. — №1.

14. Айзенштейн Э. М. О состоянии производства и применения химических волокон в России и странах бывшего Союза Электронный ресурс.: //Химические волокна. — 2000. — № 4.

15. Nonwovens World Электронный ресурс.: — okt.-nov. 2000.

16. Chem.Fibers Int Электронный ресурс.: -2000.- № 1-6. .20. Chem. Fibers Int [Электронный ресурс]: — 2000.— № 7.

17. Химическая энциклопедия Текст.: — М.: Советская энциклопедияI

18. Большая Российская энциклопедия), 1988. — т. 1. — С. 225 — 226; 1992. — т. 3 — С. 377 379; С. 603 - 604; С. 605 - 607; С. 622 - 623; 1995. - т. 4. - С. 48. - 50.

19. Перепелкин К. Е. Легпромбизнес Текст.: // Директор. — 2001. — № 10. -С. 28-29;- №11.- С.34-35.

20. Перепелкин К. Е. Текст.: //Химические волокна. 2001- № 5. - С. 8-19.

21. Ed. J.C. Masson Acrilic Fiber Text.: — Technology and Application. N.-Y./ Basel. Hong Cong: Marcel Dekker, Inc., 1995. — 388 p.

22. Серков А. Т., Скоробогатых В. В., Радишевский М. Б. и др. Хлопкоподобные вискозные волокна Текст.: — М.: Химия, 1987. — 192 с.

23. Regenerate cellulose fibres. Ed. С. Woodings Text.:— Cambridge: Woodhead Publ. Ltd., 2000. 224 p.

24. Ed. S.K. Mukhopadhyay Advances in Fibre Science Text.: — Manchester, The Textile Institute, 1992. 218 p.

25. Айзенштейн Э. M. Выпуск нетканых материалов за рубежом Текст.://Текстильная промышленность. 2003. - № 1. — С. 45-48.

26. Chem. Fibers Int Электронный ресурс.: 2004. - №2 (54). - S. 66, 70, 79, 92,93.

27. Chem. Fibers Int Электронный ресурс.: 2004. - №3 (54). - S. 141,152, 168.

28. Технологические проблемы производства химических волокон Текст.: — V Международный симпозиум по химическим волокнам, т.2. — 1990.-212 с.

29. По данным Ассоциации индустрии гигиены Электронный ресурс.

30. Айзенштейн Э. М. C-Airlaid: бикомпонент — волокно будущего или настоящего? Электронный ресурс.: // Технический текстиль. — 2006. — №14.

31. Айзенштейн Э.М. Производство бикомпонента в России. Вопросы исходного сырья для производства бикомпонентных волокон в компании «Си Айрлайд Электронный ресурс.

32. Чадова Т. В. Исследование влияния волокнистого состава и структуры на физико-механические свойства композиционных нетканых материалов Текст.: Дис. канд. техн. наук: 05.16.06. — Владивосток, 2004. 179 с.

33. Перепелкина М. Д., Щербакова М. Н., и др. Механическая технология и оборудование производства нетканых материалов Текст.: — М.: Легкая индустрия, 1973. 535 с.

34. Сухарев М. И. Свойства нетканых текстильных материалов и методы их исследования Текст.: — М.: Легкая индустрия, 1969. — 155 с.

35. Назаров Ю. Т., Афанасьев В. М. Нетканые текстильные материалы Текст.: — М.: Легпромбытиздат, 1987г. -278с.

36. Панков С. П. Об одной современной тенденции в развитии технологии химических волокон Текст.: //Хим. волокна —1995 г. -№2.

37. Besso M. M., Gillberg G.E., Stuetz D. E. Contributions of binder and fiber to nonwoven properties Text.: Tex. Res. J. - 1982. - №9. — p. 587 - 597.

38. Вайншенкер В. А., Бернштейн M. X. Влияние толщины и длины химических волокон и метода их формирования на свойства иглопробивных нетканых материалов ЩШИТЭИЛегпром Текст.: // Текст, промышленность. - М., 1970. - № 9. - С. 3 - 10.

39. Roadway or runway, nonwovens voll on Text.:// «Textile word». — 1978. -vol. 128.-№9.- p. 79 -98

40. Назаров Ю. П. Влияние длины волокон на прочность и неровноту по прочности иглопробивных нетканых материалов Текст. // Текстильная промышленность. М.: ЦНИИТЭИЛегпром. - 1973. - №29. - с. 23 - 29.

41. Косова Р. А. Зависимость свойств иглопробивных нетканых материалов от длины и толщины перерабатываемых волокон. Текст. // Текстильная промышленность. М.: ЦНИИТЭИ-Легпром. — 1967. — №2. - с. 23 - 29.

42. Голубятникова А. Т., Горяинова Т. С., Жильцова Г. В. и др. Исследование непродовольственных товаров: Учеб. пособие для товаровед. Фак. Торг. Вузов Текст. / М.: Экономика, 1982. - 384 с.

43. Moffett К. Modern bilders technigul of nonwovens Text.: — Modem Textile Magazine. 1956. -№ 10. - p. 37, 62.

44. Горчакова В. M., Устинова Е. Т., Воюцкий С. С. Влияние на механические свойства нетканых материалов природы, диаметра и длины волокна в холстике Текст. // Известия вузов. Технология легкой промышленности. — 1968. — № 5. — с. 20-24.

45. Колесников 3. Н., Новиков П. В., Конькова Т. А. Отделка нетканых текстильных материалов Текст.: М.: Легкая индустрия, 1978 — 92 с.

46. Charles Y. Shimalla, John С. Whitewell. Thermomechanical Behavior of Nonwovens Text.//Tex. Res. J. — 1976. — № 6, 7.

47. Бабаев М. А. Исследование основных факторов, влияющих на прочность закрепления волокон нетканых иглопробивных полотен Текст.: Дис. . канд. техн. наук. 05.19.08.- Утв. 1.04.81; К 260823. -М, 1980 132с.

48. Катунскис Ю. Ю. Разработка метода и прибора для исследований деформаций сдвига тканей Текст.: Дис. канд. техн. наук., 1975.

49. Милюкайте-Гульбинене А. Б. Исследование характеристик сдвигатканей, дублированных с поролоном Текст.: Дис.канд. техн. наук В.м.,1974: защищена в г. Каунас. Политехи, институте им. Снечкуса.

50. Шишков И. П. Влияние регенерированных химических волокон и заводской оленьей шерсти на свойства и назначение нетканых материалов Текст.: Дис.канд. техн. наук: 05.19.08. —Новосибирск, 1991.-175 с.

51. Афанасьева Р. Ф. Гигиенические основы проектирования одежды для защиты от холода Текст. — М., «Легкая индустрия», 1977.

52. Шустова JL Г. Оценка потребительских свойств и уровня качества многокомпонентных иглопробивных нетканых подкладочных материаловобувного назначения Текст.: Дис . канд. техн. наук. 05.19.08. Утв.1111.87; 048 70010282. Москва, 1987 -217 с.

53. Башков А. Способы формирования волокнистых холстов для нетканых полотен Электронный ресурс.// В мире оборудования. — 2005. — № 7 (58).

54. Башков А. Аэродинамический способ формирования холста Электронный ресурс. //В мире оборудования. 2005. — № 8 (59).

55. Озеров Б. В., Гусев В. Е. Проектирование производства нетканых материалов Текст.: -М., 1984. 176 с.

56. Бершев Е. Н., Смирнов Г. П., Заметга Б. В., Назаров Ю. П., Корпев В. Н. Нетканые текстильные полотна Текст./ Справоч. пособие. — М., 1987.

57. Барабанов Г. А., Бурибаева И. Н. Прогнозирование прочности иглопробивных материалов из химических волокон Текст.//Технология текстильной промышленности — 1999 г. — № 4.

58. Бершев Е. Н., Курицина В. В., Куриленко А. И., Смирнов Г. П., Технология производства нетканых материалов Текст.: — М., 1982. —203 с.

59. Савицкая Е. Е., Горчакова В. М Рекомендации нетканщикам Электронный ресурс.// Технический текстиль. — 2002. — № 4.

60. Айзениггейн Э.М Текст. //В мире оборудования. 2004. - № 12-01 (41-42).-с. 14-18.

61. Айзеннггейн Э.М Текст. // Текстильная промышленность 2003. — № 1-2.-с. 45-48.

62. Дедов А. В., Бабушкин С. В., Платонов А. В., Кондратов А. П., Назаров В.Г. Текст.// Химические волокна. — 2001. — №5. — 56-58 с.

63. Севостьянов А. Г. Методы и средства исследования механико-технологических процессов текстильной промышленности Текст. — М.: Легкая индустрия, 1980. — 315 с.

64. Воюцкий С. С. Физико-химические основы пропитывания и импрегнирования волокнистых материалов дисперсиями полимеров Текст. -М.: Химия, 1969. — 336 с.

65. Сизиков В. С. Математические методы обработки результатов измерений Текст. — М.: Политехника, 2005. — 240 с.

66. Michael W., Schmit Т. Regel К Text. //K-Zeitung. январь 2004г., раздел Технологии и материалы. — с. 7-8.

67. Исследования по созданию нового ассортимента, совершенствованию технологических процессов и улучшения качества нетканых материалов Текст.: Сб.научн. трудов/ под ред. к.т.н. Б.В.Заметта. М,:ЦПИИТЭИ-легпром, 1988.

68. Жихарев А. П. Свойства материалов Текст. / Учеб. пособие. Часть 1. — М.: 2001.-с. 75.

69. Wyatt N., Goswami В. Structure Properties Relations hips in their Mally Bonded Nonwoven Fabrics Text.//C and Y. Coat. Fabr. 1984 vol. 14. № Ю. — p. 100-123.

70. Engineering properties of fiber for nonwoven fabrics Text.//Nonwovens Ind. — 1983. —№4, 18.-p. 18,21-22.

71. Иванова E. А. Изучение деформаций тканей, возникающих при деформировании деталей одежды Текст.: Дис.канд. техн. наук М., МТИЛП, 1963.- с. 165.

72. Корицкий К. И. Методы проектирования свойств тканей новых структур Текст. / Научные труды, М.: ЦНИИХБИ, 1961. с. 28 - 34.

73. Модестова Т.иА. Деформация растяжения тканей в различных направленияхиТекст./ Научные труды, М.: МТИЛП, 1959. — вып. 12. — с. 34 -51

74. Модестова Т. А., Бузов Б. А. К вопросу о методике определения некоторых показателей формовочных свойств тканей Текст.// РШУЗ Технология легкой промышленности. —1960. — №1. — с. 124 137.

75. Модестова Т Д., Бузов Б. А. Определение формовочной способности тканей Текст./ Научные труды. — М.: МТИЛП. —1962. — вып. 22. — с. 107.

76. Капкаев А. Прогнозы развития рынков технического текстиля Электронный ресурс.// Информационный портал ЛегПромБизнес, «Текстиль». — 2002. — № 2.

77. Маркова Б. А., Сурнина Н. Ф. Переработка химических волокон и нитей Текст./ Справочник М.: Легпромбытиздат, 1989. - 783 с.

78. Горчакова В .М., Сергеенков А. П. Производство нетканых материалов способом термоскрепления Текст. / Конспект лекций. — М.: МТИ, 1991.- с. 63.

79. Краенов Д. С. Практикум по физике и химии полимеров Текст. — М.: Химия,1987. — 320 с.

80. Андрианова Г. П. и др. Химия и физика высокомолекулярных соединений в производстве искусственной кожи, кожи и меха Текст. — М., Легпромбытиздат, 1987. — 464 с.

81. Копылов А. И., Андрианова Г. П., Андрианов А. В. О критерии анизотропии деформационных свойств искусственных кож Текст.// Кожевенно-обувная промышленность. — 1984. — №1. — с. 41-43.

82. Конохова С. В., Мухамеджанов Г. К., Сутягина Т. Ф. Текст.: //Технический текстиль. — 2002. №1. - с.13-15.

83. Бершев Е. Н., Семенов В. А. Моделирование механических процессов производства нетканых материалов Текст. — JL: 1983. —103 с.

84. Модестова Т. А., Бузов Б. А. К вопросу о методике определения некоторых показателей формовочных свойств тканей Текст. // РШУЗ Технология легкой промышленности. — 1960. — №1. — с. 124 137.

85. Модестова Т. Д., Бузов Б. А. Определение формовочной способности тканей Текст. / Научные труды М.: МТИЛП, 1962. вып. 22. - с. 107-114.

86. Модестова Т .А., Бузов Б. А. К вопросу об изменении геометрии ткани при растяжении Текст.:// ИВУЗ «Технология легкой промышленности». -1963.-№3.-с. 156-157.

87. Модестова Т. А. О деформации равноплановых тканей при одноцикловом растяжении в различных направлениях Текст. // ИВУЗ «Технология легкой промышленности». — 1965. — № 1. — с. 16 — 24.

88. Модестова Т. А. К вопросу об изменении геометрии ткани при одноцикловых нагрузках, прикладываемых в различных направлениях Текст./ /ИВУЗ «Технология легкой промышленности» . 196 . - № 2. - с. 14-20.

89. Кукин Г. Н., Соловьев А. Н. Исследование релаксации деформации растяжения в текстильных нитях Текст.: Научные труды МТИ, 1956. — №17. -с. 142-145.

90. Архангельский М. П. Сравнительное исследование методов определения упругих свойств текстильных материалов и выбор методов определения Текст.: Отчет № 63 по теме № 40 за 1951 г. ЦНИИШелка.

91. Павлова М. И. К вопросу проектирования тканей Текст.: Научные труды МТИ, 1954, т. 12. с. 4 - 7.

92. Назаров Ю. Т., Афанасьев В. М. Нетканые текстильные материалы Текст. — М.: Легпромбытиздат, 1987. -278с.

93. Голикова Л. А., Кукин Г. Н., Аскадский А. А. О расчете деформации текстильных нитей в процессе их релаксации Текст./ Научные труды МТИ, Легкая индустрия, 1969, т.22, с. 27-37.

94. Сухарев М.И. Свойства нетканых текстильных материалов и методы их исследования Текст. — М.: Легкая индустрия, 1969. — 155 с.

95. Лабораторный практикум по технологии нетканых материалов Текст. / Под ред. Барабанова. — М., 1988. — 45 с.

96. Жихарев А .П. Свойства материалов Текст. / Учеб. пособие., часть 1. -М., 2001.-c.75.

97. Неклюдова С. А. Разработка методов оценки и исследование анизотропии свойств льносодержащих тканей ири смятии Текст.: Дис. . канд. техн. наук. 05.19.01. СПб., 2000 - 197с.

98. Ашкенази Е .К., Панов Э. В. Анизотропия конструкционных материалов Текст.— Л.: «Машиностроение», 1972.— 216 с.

99. Ашкенази Е. К. Анизотропия машиностроительных материалов Текст. — Л.:«Машиностроение», 1962. — 112 с.

100. Ашкенази Е. К. Прочность анизотропных древесных и синтетических материалов Текст. — М.: Лесная пром., 1966. — 165 с.

101. Соловьев А. Н., Кирюхин С. М. Оценка качества и стандартизация текстильных материалов Текст. —М.: «Легкая индустрия», 1974.

102. Варковецкий М. М. Количественное измерение качества продукции в текстильной промышленности Текст. М.: Легкая индустрия,1976. — 103 с.

103. Додонкин Ю. В., Кирюхин С. М. Ассортимент, свойства и оценка качества тканей Текст. М.: Легкая индустрия, 1979. — 192 с.

104. Лифиц И. М., Леженин Е. Д., Меркулова А. И. и др. Исследование непродовольственных товаров Текст. / Учеб. Пособие для студентов вузов, обуч. по спец. 1732 «Товароведение и орг. торговли непрод. товарами». 2-е изд., перераб. - М.: Экономика, 1988.

105. Амброладзе Ц. Н. Разработка и совершенствование методов оценки и нормирование показателей качества фильтровальных иглопробивныхнетканых материалов Текст. : Дис.канд. техн. наук. 05.19.01.-Москва,1993- 158 е.: ил. библиогр.: с.142 - 150.