Исследование показателей качества клеевого соединения слоев материалов в пакет

В УО «ВГТУ» разработана технология получения новых видов прокладочных утепляющих материалов, полученных способом термофиксации [1, 2]. Такие материалы нашли применение в строительстве, в машиностроении и в производстве одежды. Однако в любом из направлений данные материалы используются в сочетании с другими, образуя тем самым композиционный материал (пакет), имеющий слоистую структуру. Прочность соединения слоев материалов оказывает непосредственное влияние на физико-механические свойства пакета и изделия в целом. Рассмотрим сочетание слоев на примере изготовления куртки для защиты от механических воздействий. Такое изделие является многослойным, потребительские и эксплуатационные свойства которого в значительной степени зависит от качества применяемых материалов, соответствия их требованиям,    предъявляемым    к    данному ассортименту изделий и научно обоснованного формирования из них рационального пакета. На рисунке 1 представлен пакет, состоящий из слоев используемых материалов.

Для создания пакета изделия используются следующие материалы:

• -    ткань специальная для изготовления костюмов специальных подразделений (поверхностная плотность – 950 г/м², волокнистый состав – хлопок 40 %, полиамид 60 %, толщина – 2,90 мм),

• -    ткань подкладочная «Оксфорд» (поверхностная плотность – 210 г/м², волокнистый состав – полиэстер 100 %, толщина – 0,10 мм),

• -    полотно полиэфирное геотекстильное (ГЕО-300) (поверхностная плотность – 300 г/м², волокнистый состав – полиэфир 100 %, толщина – 1,15 мм),

• -    синтепон (поверхностная плотность – 100 г/м², волокнистый состав – полиэфир 100 %, толщина – 1,40 мм),

• -    флизелин (поверхностная плотность – 30 г/м², волокнистый состав – полиэфир 100 %, толщина – 0,15 мм),

• -    полотно нетканое теплоизоляционное (поверхностная плотность и толщина варьровались, волокнистый состав – отходы кромки грунтовой ткани 50 %, БИК 4DE51Слон, 15 %, ПЭ волокно 6DE64 – 35 %).

Материалы пакета (рис. 1) соединяются двумя способами: клеевым и ниточным. Для скрепления

полос из нетканого теплоизоляционного полотна (поз. 6, рис. 1) с прокладкой из геотекстильного материала (поз. 4, рис. 1) использовался полиамидный клей

NEOTHERM PU-3425 R, характеристика которого представлена в таблице 1.

1 – основная ткань, 2 – первый слой прокладки (полотно геотектильное), 3 – второй слой прокладки (полотно геотекстильное), 4 – флизелин, 5 – клей, 6 – полотно нетканое теплоизоляционное, 7 – межслойная подкладка, 8 – четвертый слой прокладки (полотно геотектильное), 9 – пятый слой прокладки (полотно геотектильное), 10 – шестой слой прокладки (синтепон), 11 – подкладочная ткань

Рисунок 1 – Структура пакета одежды для защиты от механических воздействий

С целью определения прочности клеевого соединения слоев материала в пакете были проведены экспериментальные исследования. Результаты исследований при различных режимах склеивания представлены в таблице 2. Разрывная нагрузка флизелина до эксперимента равна 0,058 кН, разрывное удлинение 16 мм, фольги – 0,032 кН и 14 мм, соответственно. Клей наносился валичным способом на поверхность флизелина и фольги [3]. Испытания проводились согласно ГОСТу 15902.3-79 «Полотна нетканые. Методы определения прочности». Измерения разрывной нагрузки и удлинения в ходе эксперимента снимались, как только разрушался слой флизелина, так как происходил останов машины. При эксперименте размер элементарной пробы при испытании на разрывную нагрузку и разрывное удлинение равен 50×200 мм, при испытании на прочность при раздирании 70×200 мм.

Рассмотрим зависимости разрывного удлинения и разрывной нагрузки от толщины утепляющей

прокладки, от толщины клеевой пленки и при использовании двухстороннего проклеивания.

В таблице 2 представлена зависимость исследуемых показателей от толщины прокладки при ламинировании флизелином при толщине клеевой пленки 0,6 мм. Как видно из таблицы 2, разрывная нагрузка увеличивается для образцов утепляющей прокладки, причем при увеличении толщины полотна разрывная нагрузка увеличивается пропорционально на 18,1 %, 59,5 %, 204,0 %, для толщины 100 мм, 200 мм и 500 мм, соответственно. Что касается разрывного удлинения утепляющего материала, здесь все наоборот, при ламинировании разрывное удлинение увеличилось (табл. 3) на 4,3 мм, на 1,7 мм для образцов толщиной 100 и 200 мм и уменьшилось на 45,9 % для образцов толщиной 500 мм. Это связано с тем, что разрывная машина останавливалась, как только разрушался слой прокладки, а в образцах без ламинации разрыв фиксировался до разрыва самого полотна.

Таблица 1 – Свойства NEOTHERM PU-3425 R

Наименование показателя	Единицы измерения	Значение показателя
Композиция		смесь на основе полиуретанового преполимера
Внешний вид		прозрачный, под ультрафиолетом может быть желтым
Рекомендуемая температура нанесения	℃	110–150
Температура размягчения	℃	60
Вязкость при 140 ℃	мПа	7500
Плотность	г/см3	1,05

Таблица 2 – Результаты испытаний образцов

№ образ-ца	Толщина нетканого полотна, мм / толщины клеевого слоя, мм	Результаты испытаний до склеивания		Результаты испытаний после склеивания			Примечание
		Разрывная нагрузка при разрыве, кН	Разрывное удлинение при разрыве, мм	Разрывная нагрузка при разрыве, кН	Разрывное удлинение при разрыве, мм	Прочность при раздирании, кН
1	200/0,6	0,070	24	0,115	25	0,600	при   испытании прочности    при раздирании     в элементарной пробе произошел разрыв язычка
				0,112	26
				0,108	26
2	500/0,6	0,025	37	0,075	17	0,025	прокладка сдерживала разрыв элементарной пробы  нетканого полотна
				0,075	21
				0,078	22
3	100/0,4	0,350	20	0,215	32	0,025
				0,210	29
				0,195	31
4	100/0,6	0,350	20	0,340	22	0,040	надрыва      как такового не было в основном    шло расслоение полотна
				0,440	25
				0,460	26
При приклеивании флизелина с двух сторон
5	500/0,6	0,025	37	0,850	22	0,028	при раздирании шло раздирание прокладки перпендикулярно срезу пробы
				0,850	25
				0,800	24

Таблица 3 – Зависимость разрывного удлинения и разрывной нагрузки утепляющей прокладки от его толщины

Толщина нетканого материала, мм Результаты по показателям Абсолютное отклонение среднего от значения для образца без ламинации, кН Темп роста, % № испытания без ламинирования 1 2 3 среднее Разрывная нагрузка, кН 100 0,340 0,440 0,460 0,413 0,350 0,063 118,1 200 0,115 0,112 0,108 0,112 0,070 0,042 159,5 500 0,075 0,075 0,078 0,076 0,025 0,051 304,0 Разрывное удлинение, мм 100 22 25 26 24,3 20 4,3 121,7 200 25 26 26 25,7 24 1,7 106,9 500 17 21 22 20,0 37 -17,0 54,1 нетканого материала, равной 100 мм (табл. 4).   образцы, так как необходимо выявить зависимость

Данному исследованию были подвергнуты именно эти   адгезионного слоя, а не самого полотна.

Результаты эксперимента показали, что разрывное удлинение утепляющей прокладки при ламинировании флизелином увеличилось в обоих случаях, но при увеличении толщины клеевой пленки на 0,2 мм удлинение меньше на 31,7 %. Разрывная нагрузка увеличилась для образца с толщиной клеевой пленки 0,6 мм на 18,1 %, а вот для образца с толщиной клеевой пленки 0,4 мм – уменьшилась на 0,143 кН. Прочность на раздирание у этих образцов

увеличилась при увеличении толщины клеевой пленки (табл. 4) и равна 0,015 кН. При ламинировании фольгой разрывное удлинение ПТЗЛТ увеличилось, а вот разрывная нагрузка ПТЗЛТ уменьшилась.

При ламинировании нетканого полотна с двух сторон при одинаковой толщине клеевого слоя – 0,6 мм и толщине полотна 500 мм увеличились значения обоих показателей (табл. 5).

Таблица 4 – Зависимость разрывного удлинения и разрывной нагрузки утепляющей прокладки от толщины клеевой пленки при склеивании

Толщина клеевой пленки, мм	Результаты по показателям					Абсолютное отклонение среднего от значения для образца без ламинации, кН	Темп роста, %
	№ испытания				без ламинирования
	1	2	3	среднее
Ламинирование флизелином
	Разрывная нагрузка, кН
0,4	0,215	0,210	0,195	0,207	0,350	-0,143	59,0
0,6	0,340	0,440	0,460	0,413		0,063	118,1
	Разрывное удлинение, мм
0,4	32	29	31	30,7	20	10,7	153,3
0,6	22	25	26	24,3		4,3	121,7
Ламинирование фольгой
	Разрывная нагрузка, кН
0,4	0,190	0,170	0,180	0,180	0,350	-0,170	51,4
0,6	0,215	0,220	0,175	0,203		-0,147	58,1
	Разрывное удлинение, мм
0,4	32	30	32	31,3	20	11,3	156,7
0,6	35	32	24	30,3		10,3	151,7

Зависимости прочности на раздирание от толщины утепляющего материала по результатам таблицы 2 выявлено не было, вследствие срыва эксперимента, следовательно, можно сделать вывод о том, что данная методика не подходит для определения

раздирающей нагрузки утепляющих материалов такого вида.

Рассмотрим зависимость исследуемых показателей от толщины клеевой пленки при ламинировании флизелином и фольгой, при одинаковой толщине

Таблица 5 – Зависимость разрывного удлинения и разрывной нагрузки утепляющей прокладки от вида ламинации

Вид ламинирования Результаты по показателям Абсолютное отклонение среднего от значения для образца без ламинации, кН Темп роста, % № испытания без ламинирования 1 2 3 среднее Разрывная нагрузка, кН Односторонняя ламинация 0,075 0,075 0,078 0,076 0,025 0,051 304,0 Двухсторонняя ламинация 0,850 0,850 0,850 0,850 0,825 34 пп Разрывное удлинение, мм Односторонняя ламинация 17 21 22 20,0 27 -7,0 74,1 Двухсторонняя ламинация 22 25 24 23,7 -3,3 87,7 однако это меньше по сравнению с образцами, ламинированными с одной стороны, на 13,6 %. Прочность на раздирание увеличилась в обоих случаях. При двойном ламинировании по сравнению с одинарным разница составила 0,03 кН.

Таким образом, результаты эксперимента показали, что при клеевом скреплении слоев материала в пакет склеивание слоев повышает механические свойства полотен независимо от их толщины, однако ламинирование фольгой нецелесообразно (либо нужно выбирать другой тип

фольги с более высокими механическими свойствами), оптимальная толщина клеевой пленки, при которой увеличиваются показатели разрывной нагрузки и разрывного удлинения, равна 0,6 мм, при этом увеличение клеевой пленки на 0,1 мм обеспечивает увеличение прочности полотен на разрыв на 50 %. В случае необходимости максимального увеличения механических показателей утепляющих материалов рекомендуется двойное ламинирование (с двух сторон), что обеспечит увеличение разрывной нагрузки в более чем 30 раз.