Композитное полотно и способ его получения, способ непрерывного получения непрерывного полотна с перекрещивающимися слоями, способ непрерывного получения непрерывного полотна с пересекающимися слоями, антибаллистическое изделие, полотно с пересекающимися - RU2115558C1
Код документа: RU2115558C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к композитному полотну. В контексте изобретения под композитным полотном понимают протяженный плоский объект неопределенной длины, который сформирован одним протяженным композиционным слоем, образованным взаимно параллельными волокнами в матрице.
В патентной заявке WO-A-91/12136 описывается протяженная двухслойная композиционная структура, первый слой которой состоит из волокон в матрице, ориентированных вдоль продольного направления структуры, а второй слой состоит из волокон в матрице, которые ориентированы под прямым углом к указанному продольному направлению. Подобная двухслойная структура, в которой волокна в различных слоях ориентированы в различных направлениях, называется далее полотном с перекрещивающимися слоями. Композитное полотно, в котором волокна идут параллельно его продольному направлению, называют далее параллельным полотном. В заявке WO-A-91/12136 второй слой получают, отрезая прямоугольные куски из параллельного полотна, при этом длина указанных кусков практически совпадает с шириной параллельного полотна, и, укладывая указанные куски друг за другом параллельном полотне, при этом волокна оказываются под прямыми углами к продольному направлению указанного волокна. После этого композиционные слои прочно сцепляются друг с другом под действием давления или тепла.
Технически очень сложно точно наложить вышеуказанные отрезанные куски в непрерывном процессе производства таким образом, чтобы куски были расположены под нужным углом и не накладывались друг на друга, в результате чего образуются утолщенные участки, и таким образом, чтобы не оставалось пространства (промежутков) между следующими друг за другом кусками. Более того, неплотно прикрепленные куски композиционного слоя с параллельными волокнами трудно перерабатывать, поскольку они легко разрываются в направлении ориентации волокна. Это, в частности, происходит в том случае, когда композиционный слой является очень тонким с большим содержанием волокна, как при использовании, например, в антибаллистических композициях.
Таким образом, необходимо композитное полотно, помимо уже существующего параллельного полотна, в котором волокна в композиционном слое направлены под углом, отличным от 0o, по отношению к продольному направлению полотна, при этом композитное полотно имеет меньше вышеуказанных недостатков или не имеет их совсем при изготовлении многослойных композитных структур, таких как, например, полотно с перекрещивающимися слоями.
Согласно изобретению цель достигается с помощью композитного полотна, в котором продольное направление образовано состыкованными друг с другом и скрепленными частями полотна, при этом части полотна содержат разделительный слой и поверх него композиционный слой со взаимно параллельными волокнами в матрице, а композиционный слой каждой части полотна ограничен поперечными сторонами, расположенными противоположно по отношению друг к другу и направленными параллельно по отношению к волокнам, при этом части полотна соединены таким образом, что поперечная сторона композиционного слоя каждой части полотна, направлена в сторону и параллельно поперечной стороне композиционного слоя состыкованной части полотна, а волокна в частях полотна расположены под углом α (отличным от 0o) по отношению к продольному направлению композитного полотна, и в котором разделительные слои состыкованных частей полотна соединены друг с другом.
Композитное волокно по изобретению, которое называют далее поперечным полотном, может применяться в непрерывном производстве многослойных композитов при использовании простых методов.
Еще одним преимуществом поперечного полотна является то, что благодаря присутствию разделительного слоя, играющего роль основы, композиционный слой легко поддается обработке, при этом отсутствует риск разрыва композиционного слоя. Это означает, что композиционный слой может быть очень тонким, так что небольшого количества матрицы достаточно для связывания волокон композиционного слоя, в результате чего композиционный слой может иметь более высокое содержание волокон. Это предоставляет преимущества, в частности, для достижения высокой степени защиты в многослойных антибаллистических композитах. Здесь и далее под "разделительным слоем поперечного полотна" в общем случае подразумеваются взаимосвязанные разделительные слои частей поперечного полотна.
Другой важной особенностью поперечного полотна является то, что после удаления разделительных слоев поперечного волокна композиционные слои соединенных частей полотна не имеют перекрытий, так что не возникает локальных утолщений в тем местах, где части полотна соединяются. Преимуществом этого является то, что при изготовлении многослойных композитов возникает меньше проблем. Еще одним преимуществом использования многослойных антибаллистических композитов является то, что свойства защитного слоя не столь заметно изменяются вдоль поверхности многослойного композита, в результате чего указанные многослойные композиты имеют большую величину отношения между низшим уровнем защиты по поверхности и весом на единицу поверхности.
На фиг. 1 приведены варианты изготовления части полотна: a - разделительный слой выступает за все края композиционного слоя и край разделительного слоя у одной поперечной стороны расположен параллельно указанной поперечной стороне, b - края разделительного слоя совпадают с краями композиционного слоя, c - композиционный слой имеет вид параллелограмма с минимальным углом α между сторонами композиционного слоя, а разделительный слой простирается за пределы поперечной стороны, d - разрез по линии I-I части полотна, изображенного на фиг. 1c; на фиг. 2 - параллельное полотно, снабженное разделительным слоем, от которого отрезают части полотна под углом 45o; на фиг. 3 - вариант изготовления поперечного полотна, в котором волокна направлены под углом 45o по отношению к продольному направлению полотна; на фиг. 4 - вариант изготовления поперечного полотна, в котором волокна направлены под прямым углом по отношению к продольному направлению полотна; на фиг. 5 - разрез по линии I-I части полотна, изображенного на фиг. 4; на фиг. 6 - ряд подходящих способов стыковки и скрепления частей полотна; a - части полотна, у которого края разделительного слоя совпадают с поперечными сторонами композиционного слоя, состыкованными с небольшим промежутком между композиционными слоями (части полотна соединены липкой лентой по ширине поперечного полотна), b - части полотна, у которого разделительный слой простирается за пределы одной из поперечных сторон композиционного слоя, состыкованных с небольшим промежутком между композиционными слоями (части полотна соединяются с помощью адгезива, скрепляющего выступающую часть разделительного слоя одной части полотна с разделительным слоем другой части полотна), c - части полотна, у которого разделительный слой простирается за одну из поперечных сторон композиционного слоя и совпадает с другой поперечной стороной, при этом части полотна соединяются таким образом, что композиционный слой одной части полотна накладывается на композиционный слой другой части полотна, (части полотна соединяются с помощью липкой ленты по ширине поперечного полотна), d - части полотна, у которого разделительный слой простирается за одну из поперечных сторон композиционного слоя, соединенных таким образом, что композиционный слой одной части полотна накладывается на композиционный слой другой части полотна. Части скрепляются с помощью адгезива, который наносится между выступающей областью разделительного слоя одной части полотна с разделительным слоем другой части полотна, e - поперечное полотно, изображенное на фиг. 6d, на которое нанесен второй слой, соединяющий части полотна, f - результат после удаления разделительного слоя структуры, изображенной на фиг. 6e; на фиг. 7 - вариант способа соединения частей полотна в виде диаграммы.
Части 7 полотна содержат разделительный слой 8, а на нем композиционный слой 4, образованный взаимно параллельными волокнами 5 в матрице 6, при этом композиционный слой каждой из частей полотна ограничен двумя поперечными сторонами 1 и 2, расположенными напротив друг друга и направленными параллельно волокнам.
Волокна композиционного слоя расположены параллельно друг другу таким образом, что композиционный слой можно разорвать в направлении, параллельном волокнам, и при этом из композиционного слоя вытягивается незначительное количество волокон. Волокна преимущественно располагаются практически прямо.
Стороны 10 и 11 композиционного слоя, которые далее называют продольными сторонами, могут быть произвольными (фиг. 1а). На практике удобнее, если эти продольные стороны располагаются прямо и параллельно друг другу. Композиционный слой каждой части полотна, таким образом, преимущественно имеет форму параллелограмма с минимальным углом α , образованным поперечными сторонами и продольными сторонами (фиг. 1b = 90o, фиг. 1c = 45o).
Преимущество заключается в том, что края 12 и 13 поперечного полотна, образованные продольными сторонами 10 и 11 частей полотна, направлены прямо и параллельно даже в том случае, если угол отличен от 90o (фиг. 3).
Разделительный слой 8 служит в качестве несущей основы для композиционного слоя и для придания поперечному полотну достаточной прочности на разрыв. Разделительный слой должен лишь обладать достаточной адгезией к композиционному слою, чтобы удержать его во время проведения операций обработки поперечного полотна, однако его адгезия не должна быть слишком большой и не препятствовать легкому отрыву разделительного слоя от композиционного слоя после того, как на композиционный слой накладывается второй слой, соединяющий части поперечного полотна. Подходящими материалами для разделительного слоя являются, например, пластические массы, такие, как, например, нейлон, полиэфир или поливинилхлорид. Преимущественно используется парафинированная бумага и крафт-бумага, а лицевая сторона разделительного слоя, обращенная к композиционному слою, снабжается неприлипающим слоем (например, на основе кремнийорганических соединений).
У части полотна разделительный слой может выступать за все стороны композиционного слоя. Предпочтительнее, однако, когда край разделительного слоя параллелен поперечной стороне 1 так, чтобы части полотна плотно прилегали друг к другу (фиг. 1а). На практике на продольных сторонах 10 и 11 край разделительного слоя обычно совпадает с краем композиционного слоя, поскольку части полотна преимущественно вырезаются из параллельного полотна 14 (фиг. 2). Наиболее предпочтительно, чтобы край 9 разделительного слоя каждой части полотна совпадал с поперечным слоем 1 композиционного слоя, как показано на фиг. 1b, c, d. Как указывается далее, преимущество заключается в том, что появляется возможность получить композиционной слой, который не только не имеет перекрытий, но и не имеет промежутков. На поперечной стороне 2 край разделительного слоя преимущественно расположен параллельно указанной поперечной стороне 2. Край разделительного слоя может совпадать с (фиг. 1b) или простираться (фиг. 1c) за пределы поперечной стороны 2 композиционного слоя части полотна. Выбор того, должен ли разделительный слой простираться за пределы поперечных сторон 1 и 2, зависит от предлагаемого способа стыковки и соединения частей полотна с образованием поперечного полотна, что более подробно описывается далее.
Поперечное полотно 3 образовано за счет соединенных друг с другом в продольном направлении частей полотна 7, как показано на фиг. 3-5. Поперечное полотно состоит по крайней мере из двух частей. Верхний предел количества частей полотна т. е. длина поперечного полотна, определяется практическими требованиями, такими, как, например, легкость переработки и вес. Для использования в непрерывном процессе производства длина поперечного полотна преимущественно является очень большой. На практике подобное длинное поперечное полотно наматывают.
Части полотна состыковываются таким образом, что поперечная сторона 1 композиционного слоя каждой части полотна обращена к поперечной стороне 2 композиционного слоя пограничной части полотна и практически параллельна ей. Это означает, что волокна во всех частях полотна направлены параллельно друг другу. Части полотна стыкуются с волокнами в частях полотна под углом α (отличным от 0o) к продольному направлению поперечного волокна. Состыкованные части полотна соединяются друг с другом с образованием связанного поперечного волокна за счет того, что разделительные слои состыкованных частей полотна соединяются в поперечном полотне. С этой целью могут использоваться любые подходящие средства соединения. Подходящими соединительными средствами являются, например, клей, липкая лента с односторонним или двухсторонним покрытием или скобки. На фиг. 3-4 представлены два варианта поперечного волокна. Детали способа стыковки и соединения приведены на фиг. 6a-d.
Поперечную сторону 1 композиционного слоя каждой части полотна можно наложить таким образом, что она будет перекрывать (фиг. 6c, d), примыкать или образовывать промежуток (фиг. 6a, b) с поперечной стороной 2 композиционного слоя примыкающей части полотна. Как указано ранее и как поясняется далее, важной особенностью изобретения является то, что после нанесения второго слоя, соединяющего части полотна, и после удаления разделяющего слоя поперечного волокна получают композиционный слой без перекрытий даже в том случае, если композиционные слои частей полотна в поперечном полотне частично перекрывались. Это поясняется на фиг. 6e,b. Перекрывающаяся часть 15 композиционного слоя располагается между разделительным слоем перекрывающей части полотна и разделительным слоем соединенной с ним перекрывающей частью полотна. После нанесения второго полотна примыкающего слоя 17 (фиг. 6e) к композиционному слою поперечного полотна, приведенного на фиг. 6d, при этом указанный второй слой может принимать на себе функции основы, разделительный слой может быть удален с поперечного полотна (фиг. 6f). Термин "плотно примыкающий" подразумевает, что адгезия между композиционным слоем и вторым слоем 17 сильнее, чем адгезия между композиционным слоем и разделительным слоем, так что разделительный слой может быть удален без отрыва композиционного слоя от второго слоя. Перекрывающаяся часть 15, расположенная между разделительными слоями состыкованных частей полотна может быть удалена вместе с разделительным слоем поперечного волокна (фиг. 6f). Полученный указанным способом композиционный слой не содержит перекрывающихся частей. Аналогичная ситуация возникает в том случае, когда разделительный слой простирается за пределы поперечной стороны 1. Однако это приводит к образованию промежутка в композиционном слое, получаемом на поверхности указанного простирающегося участка разделительного слоя. Конечно, предпочтительнее не только не иметь перекрывающихся частей, но и не иметь промежутков между композиционными слоями. Преимущество этого при использовании в многослойных атибаллистических композитах проявляется в том, что степень защиты по поверхности многослойного композита практически одинакова. В наиболее предпочтительном варианте получения поперечного полотна край 9 разделительного слоя в каждой части полотна совпадает с поперечной стороной 1 (фиг. 1b, c), а поперечная сторона 1 композиционного слоя каждой части полотна перекрывает (фиг. 6c, d) или по крайней мере примыкает к поперечной стороне 2 композиционного слоя состыкованной части полотна. При использовании этого поперечного полотна становится невозможным получить композиционный слой, который не имеет ни перекрывающихся частей, ни промежутков (фиг. 6f). Поскольку на практике практически невозможно наложить композиционные слои так, чтобы они строго примыкали друг к другу, то указанные части полотна предпочтительно состыковываются таким образом, что композиционные слои частично перекрываются. Степень перекрытия по возможности должна быть минимальной с тем, чтобы сократить потери материала.
Части 7 полотна могут соединяться с помощью клейкой ленты 19, которая наносится по ширине поперечного полотна со стороны разделительных слоев состыкованных частей полотна, направленных в сторону от композиционного слоя (нижняя сторона) (фиг. 6a, c). Части полотна могут также соединяться двумя или большим количеством длинных клеящих лент, которые наносятся на нижнюю часть разделительного слоя, при этом их продольное направление параллельно продольному направлению поперечного полотна. Части полотна в том случае, когда края разделительного слоя простираются за пределы поперечной стороны 2, как это показано на фиг. 1c, могут также соединяться с помощью адгезивов 16, которые наносят между указанной выступающей стороной 18 разделительного слоя и разделительным слоем перекрывающейся части полотна (фиг. 6b, d). Если композиционные слои частей полотна перекрываются (как на фиг. 6d), то указанный адгезив можно наносить также на зажатую перекрывающуюся часть 15 композиционного слоя, в результате чего указанная перекрывающаяся часть легче удаляется вместе с присоединенными разделительными слоями. Наиболее предпочтителен тот случай, когда части полотна соединяются с помощью липкой ленты 19, как это показано на фиг. 6a, c. Преимущество заключается в том, что липкую ленту проще и быстрее нанести и она может обеспечить более прочное соединение.
Толщина композиционного слоя преимущественно одинакова во всех случаях, образующих поперечное полотно. Верхний предел толщины композиционного слоя определяется тем требованием, что композиционный слой должен сравнительно легко разрываться в направлении, параллельном направлению волокон. Поскольку длинное поперечное полотно обычно наматывают, то толщина композиционного слоя ограничена также тем требованием, что слой должен быть достаточно легкодеформируемым. Указанный верхний предел зависит кроме всего прочего от выбранного материала матрицы и содержания волокон. По указанным выше причинам толщина композиционного слоя преимущественно составляет менее 2 мм, более предпочтительно менее 1 мм и наиболее предпочтительно менее 0,5 мм. Содержание волокна в композиционном слое может изменяться в пределах от 10 до 95%. Толщину композиционного слоя и содержание волокон выбирают в соответствии с предлагаемыми свойствами, необходимыми для конкретного использования поперечного полотна. Например, в многослойных антибаллистических композитах с целью обеспечения более высокого уровня защиты преимущественно используют большое количество очень тонких композиционных слоев с большим содержанием волокна. Толщина композиционного слоя в этом случае преимущественно составляет менее 500 мкм, более предпочтительно менее 100 мкм и наиболее предпочтительно менее 50 мкм. Содержание волокон в этом случае предпочтительно составляет 40-95%, наиболее предпочтительно 70-95%.
Под термином "волокно" подразумевается протяженный элемент, размер которого в продольном направлении больше размера по ширине и толщине. Термин "волокно", в частности, включает однонитевую и многонитевую пряжу, ленту, полотно, нить, пряжу из волокна и другие протяженные объекты с регулярными и нерегулярными пересечениями.
В качестве волокна в принципе могут использоваться любые природные и синтетические волокна. Например, могут применяться металлические волокна, полуметаллические волокна, неорганические волокна, органические волокна или их смеси. Материал и свойства волокон подбирают в зависимости от требуемых свойств при их использовании. В частности, если они используются в антибаллистических целях, то важно, чтобы волокна обладали большой прочностью на разрыв, большим модулем упругости и высокой способностью поглощать энергию. Волокна преимущественно имеют прочность на разрыв по крайней мере 1,2 ГПа и модуль упругости по крайней мере 40 ГПа.
Подходящими неорганическими волокнами, обладающими большой прочностью на разрыв, являются, например, стекловолокно, углеродные волокна и керамические волокна. Подходящими органическими волокнами, обладающими большой прочностью на разрыв, являются, например, арамидные волокна, жидкокристаллические полимерные волокна и такие волокна, как, например, полиолефины, поливиниловый спирт и полиакрилонитрил, которые можно получить высокоориентированными, в частности, при использовании процесса вытягивания нити из геля.
Обширный перечень и подробное описание волокон, которые могут использоваться для получения поперечного полотна, производится в патентной заявке WO-A-91/12136 (со строки 23 на с.6 до строки 8 на с.12).
Предпочтительно применяют высокоориентированные полиолефиновые волокна. Преимущество указанных волокон заключается в том, что они обладают высокой прочностью на разрыв и в то же время низким удельным весом, а потому они, в частности, особенно полезны для антибаллистических целей.
Подходящими полиолефинами являются, в частности, гомополимеры и сополимеры полиэтилена и полипропилена. Применяемые полиолефины могут также содержать небольшие количества одного или нескольких полимеров, в частности, других алкен-1-полимеров.
Хорошие результаты получены в том случае, когда в качестве полиолефина выбирают линейный полиэтилен.
Под линейным полиэтиленом в контексте изобретения понимается полиэтилен, имеющий не более одной боковой цепи на 100 атомов углерода, преимущественно не более одной боковой цепи на 300 атомов углерода, который может также содержать до 5 мол.% одного или/и нескольких алкенов, которые способны образовывать с ним сополимеры, такие как пропен, бутен, пентен, 4-метилпентен, октен.
Преимущественно применяют полиолефиновые волокна, составленные из полиолефиновых нитей, которые получают по способу вытягивания нити из геля (патенты GB-A-2042414 и GB-A-2051667). Указанный процесс в основном заключается в приготовлении раствора полиолефина с большой характеристической вязкостью, вытягивании нитей из раствора при температуре, превышающей температуру растворения, охлаждении нитей до температуры ниже температуры гелеобразования так, что возникает гель, и вытягивании нитей до, в процессе или после удаления растворителя.
Форму сечения нитей можно подобрать за счет выбора отверстия, через которое осуществляется вытягивание.
Под термином "матрица" подразумевается материал, частично или полностью включающий волокна, который удерживает волокна в определенном положении в композиционном слое. Преимущественно используют полимерные материалы. Полимерный материал матрицы может быть термореактивным материалом или термопластичным материалом или их смесью. Величина относительного удлинения матрицы преимущественно больше, чем величина относительного удлинения волокон. Величина относительного удлинения матрицы предпочтительно составляет от 3 до 500%. Подходящие термореактивные и термопластичные материалы матрицы перечислены, например, в патентной заявке WO-A-91/12136 (со строки 26 на с.15 до строки 23 на с.21). В группе термореактивных полимеров в качестве материала матрицы преимущественно выбирают виниловые эфиры, ненасыщенные полиэфиры, эпоксиды или фенольные смолы. В группе термопластичных полимеров в качестве материала матрицы преимущественно выбирают полиуретаны, поливинилы, полиакрилаты, полиолефины или термопластичные эластомерные блок-сополимеры, такие, как полиизопрен-полиэтилен-бутилен-полистирол или полистирол-полиизопрен-полистирол.
Преимущественно используют материал матрицы, который способен деформироваться и позволяет деформироваться сформированному на нем поперечному полотну или многослойному полотну, например, с целью намотки полотна или для его формования в пресс-форму. Если предполагается, что от матрицы при ее использовании потребуется высокая твердость, так что она уже не может быть деформируемой, то предпочтительным использованием материала является препрег. Препрег представляет собой импрегнирующее средство, которое после обработки может быть превращено в необходимый материал матрицы. Для этих целей преимущественно используют термореактивные материалы.
Изобретение относится также к способу получения поперечного полотна. Указанный способ включает стыковку двух или большего количества частей 7 полотна, при этом части полотна содержат разделительный слой 8 и поверх него композиционный слой 4, образованный взаимно параллельными волокнами 5 в матрице 6, а композиционный слой имеет две поперечные стороны 1 и 2, расположенные противоположно друг другу и направленные параллельно волокнам. Части полотна состыковываются с волокнами под углом α (отличным от 0o) к продольному направлению полотна, при этом поперечная сторона 1 композиционного слоя каждой части полотна располагается параллельно поперечной стороне 2 композиционного слоя состыкованной части полотна. Затем соединяются разделительные слои 8 состыкованных частей полотна.
Преимущественно используют части полотна, в которых край разделительного слоя 9 совпадает с поперечной стороной 1 композиционного слоя (как показано на фиг. 1b, c), и указанные части полотна располагаются так, что они переключают или по крайней мере примыкают к поперечной стороне 2 композиционного слоя состыкованной части полотна. Наиболее предпочтительно, когда в этом случае поперечная сторона 1 размещается с перекрыванием (как на фиг. 6c, d), поскольку на практике очень трудно разместить композиционные слои так, чтобы они точно примыкали друг к другу без риска образования промежутков. Как указано ранее, перекрывающаяся часть 15 композиционного слоя в поперечном полотне в любом случае удаляется после нанесения второго слоя, который соединяет состыкованные части полотна, а разделительный слой удален с поперечного полотна.
Части 7 полотна преимущественно получают, вырезая куски в форме параллелограмма из параллельного полотна 14, которое имеет разделительный слой 8, направленный относительно направлению волокон в параллельном полотне (как показано на фиг. 2). Если в параллельном полотне разделительный слой 8 выступает за пределы поперечной стороны 1 композиционного слоя, то указанную выступающую часть преимущественно удаляют до разрезания параллельного полотна на части полотна с целью получения частей полотна, приведенных на фиг. 1f, c. Отрезанные края образуют продольные стороны 10 и 11 композиционного слоя каждой части полотна (фиг. 3). Длина реза в направлении волокна, т.е. длина поперечных сторон 1 и 2, равняется предполагаемой ширине поперечного полотна, деленной на синус угла. Подобная длина реза преимущественно выбирается таким образом, чтобы ширина поперечного полотна равнялась ширине параллельного полотна. Преимущество заключается в том, что то же самое параллельное полотно может быть объединено с поперечным полотном по изобретению с образованием полотна с пересекающимися слоями.
Стыковку частей полотна с направлением волокон под углом к продольному направлению предпочтительно проводят таким образом, чтобы можно было осуществлять автоматизированное непрерывное производство поперечного полотна.
В предпочтительном варианте осуществления способа по изобретению части полотна наносят на первую ленту конвейера таким образом, чтобы волокна были направлены параллельно по отношению к продольному направлению ленты конвейера, при этом часть полотна вращается на конце ленты конвейера, а вслед за этим она состыковывается и соединяется с предшествующей частью полотна и выгружается на вторую ленту конвейера, размещенную согласованно с первой лентой конвейера. Угол вращения составляет α или 180 + α в зависимости от устройства конвейерных лент и точки вращения части полотна, которая должна быть соединена.
На фиг. 7 в виде диаграммы представлен другой вариант осуществления изобретения, который является наиболее предпочтительным. В этом варианте осуществления способа по изобретению части 7 полотна размещаются на первой ленте конвейера 20 таким образом, что направление волокон параллельно продольному направлению ленты конвейера, при этом каждая часть полотна стыкуется на конце 21 первой конвейерной ленты и соединяется с предшествующей частью полотна и выгружается на вторую ленту конвейера 22, расположенную под углом по отношению к первой ленте конвейера. Преимущество этого способа заключается в том, что устройство для его осуществления проще по своей конструкции, и в том, что соединяемые части полотна уже расположены на первой ленте конвейера в правильном положении для стыковки, в результате чего может быть достигнуто более аккуратное соединение. Угол предпочтительно составляет 90o. Преимущество заключается в том, что устройство для стыковки проще, с точки зрения его разработки. Поперечное полотно предпочтительно наматывается на конце второй конвейерной ленты.
Термин "конвейерная лента" включает все конвейеры, которые удобны для непрерывной подачи частей полотна или выгрузки поперечного полотна.
Части полотна скрепляются соединительными средствами, такими как, например, липкий слой или липкая лента. Их можно нанести на конец 21 (фиг. 7) первой ленты конвейера или заранее в процессе подачи частей полотна на первую ленту конвейера 20. Адгезивы предпочтительно наносят заранее на разделительный слой на поперечной стороне 2 композиционного слоя каждой части полотна. Часть полотна, которую необходимо соединить, далее накладывают и спрессовывают на область предшествующей части полотна, на которую нанесены адгезивы.
Поперечное полотно позволяет помимо всего прочего получить, применяя простые способы и легко приобретаемое обычное оборудование, многослойный композит, такой, как полотно с перекрещивающимися слоями, не имеющий перекрытий или промежутков.
Изобретение относится также к полотну с перекрывающимися слоями, в котором композиционные слои не имеют участков с перекрытиями или промежутками. Выражение "не имеют участков с перекрытиями или промежутками" означает "практически идентичное во всех точках содержание волокон в слое". Благодаря отсутствию перекрытий или промежутков подобное полотно с пересекающимися слоями или получаемые из него многослойные композиты обладают практически идентичной степенью антибаллистической защиты по всей поверхности, а следовательно, высоким соотношением между минимальной степенью защиты по величине поверхности и весом на единицу площади. Минимальная степень защиты является важным параметром, поскольку она определяет минимальный уровень защиты, который может быть гарантирован. Еще одно преимущество заключается в том, что благодаря отсутствию локальных утолщений из такого полотна с перекрещивающимися слоями проще получить многослойные композиты. Например, при состыковывании кусков полотна с перекрещивающимися слоями нет нужды принимать в каждом случае меры предосторожности для того, чтобы предотвратить при состыковывании появление утолщений в тех местах, где возникают перекрытия. Отсутствие утолщений означает, сто в процессе сжатия состыкованных участков полотна с перекрещивающимися слоями с образованием многослойного композита все точки на поверхности композита подвергаются воздействию одинакового давления.
Волокна в полотне с перекрещивающимися слоями преимущественно направлены в первом слое под углом 90o к волокнам во втором слое. Подобные композиты с перекрещивающимися слоями обладают лучшими антибаллистическими свойствами. В случае необходимости два композиционных слоя полотна с перекрещивающимися слоями могут быть разделены друг от друга с помощью промежуточного слоя. Указанный промежуточный слой предпочтительно изготавливается из полимерного материала. Указанный слой может выполнять, например, функцию дополнительного материала матрицы или же играть роль адгезионного покрытия.
Волокна и/или материал матрицы в первом и во втором композиционном слое могут отличаться друг от друга. Одним из вариантов осуществления изобретения является полотно с перекрывающимися слоями, у которого материал матрицы одного слоя имеет или может приобрести в результате последующей обработки больший модуль упругости, чем материал матрицы другого композиционного слоя. Матричным материалом в данном случае предпочтительно является термопластичный материал в одном слое и термореактивный материал в другом слое. Антибаллистические изделия, которые содержат один или большее количество слоев из подобного полотна с перекрещивающимися слоями, обладают как хорошей структурной твердостью, так и хорошими антибаллистическими свойствами.
Полотно с перекрещивающимися слоями можно получить непрерывным способом, например, путем размещения на поперечном полотне 3 другого поперечного полотна или параллельного полотна 14 (как на фиг. 2), при этом композиционные слои направлены друг к другу, и последующего прочного соединения композиционных слоев. Прочное соединение двух композиционных слоев можно осуществить известными способами, например, в обогреваемом автоклаве или под действием давления и/или нагревания, как, например, при каландровании или с помощью других методов получения слоистых материалов. Композиционные слои можно также прочно соединить с помощью слоя адгезива, размещенного между двумя композиционными слоями.
Наиболее предпочтительный способ получения полотна с перекрещивающимися слоями включает нанесение слоя параллельных волокон и некоторого количества материала матрицы на композиционный слой поперечного полотна, при этом направление волокна параллельно его продольному направлению; формование волокон и материала матрицы в композиционный слой, при этом образующийся композиционный слой прочно соединяется с композиционным слоем композитного полотна; отделение разделительного слоя от поперечного полотна.
Преимущество этого способа заключается в том, что при нанесении второго композиционного слоя отпадает необходимость в нанесении разделительного слоя, что приводит к уменьшению производственных расходов. Это предоставляет преимущества, в частности, для антибаллистических композитов, в которых предпочтительно используют большое число тонких слоев. Еще одно преимущество заключается в том, что формование второго композиционного слоя и его прочное присоединение к композиционному слою полотна с перекрещивающимися слоями проводится комбинированно в течение одной стадии процесса.
Слой параллельных волокон может быть сформирован путем ориентирования волокон из рулона с помощью гребенки, в результате чего они приобретают параллельное расположение в одной плоскости, и нанесения их на поперечное полотно. В этом случае можно использовать волокна, на которые предварительно нанесено определенное количество материала матрицы. Предпочтительнее использовать непокрытые волокна и добавлять материал матрицы позже. Это можно осуществить, например, нанесением одного или большего количества пленок материала матрицы на верхнюю и/или нижнюю поверхность волокон или, что более предпочтительно, после ориентирования волокон параллельно в одной плоскости их покрывают неопределенным количеством жидкого вещества, содержащего материал матрицы. Преимущество заключается в том, что достигается более быстрая и лучшая адгезия между композиционными слоями. Жидким веществом может быть, например, раствор, дисперсия или расплав материала матрицы или препрега. Если используют раствор или дисперсию материала матрицы, то формование композиционного слоя включает также испарение растворителя или дисперсионной среды. Наиболее предпочтительно использовать водную дисперсию материала матрицы. Водная дисперсия обладает низкой вязкостью. Преимуществом этого является то, что волокна хорошо пропитываются. Еще одним преимуществом является то, что данная дисперсионная среда, вода, нетоксична, а поэтому ее можно испарять на открытом воздухе. Из нанесенного слоя затем с помощью известных методов формуют композиционный слой и прочно скрепляют два композиционных слоя. Эту операцию предпочтительно осуществлять при повышенной температуре, и в этом случае материал матрицы может течь между волокнами и прилипать к композиционному слою поперечного полотна. Температура предпочтительно превышает температуру размягчения или температуру стеклования материала матрицы, но не превышает температуру плавления волокон. Затем нанесенный слой впрессовывают в композиционный слой поперечного полотна. После того как композиционные слои прочно соединились друг с другом, разделительный слой можно удалить от поперечного полотна.
В приведенном выше способе поверх второго слоя может быть одновременно нанесен дополнительный слой, который может прочно соединить с ним при осуществлении этой же стадии процесса. Например, взяв в качестве исходного поперечное полотно и полотно с пересекающимися слоями в качестве дополнительного слоя, можно получить в одну стадию четырехслойный композит с пересекающимися слоями.
Поперечное полотно и полотно с пересекающимися слоями по изобретению можно использоваться в многослойных композитах. Многослойные композиты можно получить по непрерывному процессу из двух или большего количества поперечных полотен, параллельных полотен или полотен с пересекающимися слоями, размещая их друг над другом, преимущественно из рулона, с использованием или без использования разделительного слоя, и прочно скрепляя их известным способом, например, под действием давления и/или тепла. Подобные многослойные композиты обладают тем преимуществом, что они не имеют участков с перекрытиями или промежутками, в результате чего они особенно пригодны для использования в антибаллистических целях.
Реферат
Изобретение относится к композитному полотну. Полотно в продольном направления образовано состыкованными и соединенными частями полотна. Указанные части полотна содержат разделительный слой и расположенный на нем композиционный слой, образованный взаимно в основном параллельными волокнами в матрице. Композиционный слой каждой части полотна скрепляется двумя поперечными сторонами, расположенными противоположно друг другу и продолжающимися параллельно волокнам. Части полотна состыковываются таким образом, что поперечная сторона композиционного слоя каждой части полотна обращена к поперечной стороне композиционного слоя состыкованной части полотна и параллельна ей. Волокна в частях полотна расположены под углом α (отличным от 0o) по отношению к продольному направлению композиционного полотна. Изобретение относится также к способу получения указанного композитного полотна, к способу непрерывного получения непрерывного полотна с перекрещивающимися слоями, к способу непрерывного получения непрерывного полотна с пересекающимися слоями, к антибаллистическому изделию, к полотну с пересекающимися слоями непрерывной длины и многослойному композиту. Описываемое композитное полотно можно использовать для непрерывного производства многослойных композитов. Композиционный слой композитного полотна при составлении многослойного композита не образует областей с перекрытиями или промежутками, что исключает возникновение локальных утолщений в тех местах, где они соединяются. 8 с. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил.
