Аспекты производства композитов на основе стекловолоконной ткани.

Аспекты производства композитов на основе стекловолоконной ткани.

Виды замасливателей.

Синтетические, и природные волокна изначально характеризуются фрикционными и электрофизическими свойствами, которые делают малоэффективной текстильную переработку. Появляется необходимость в модификации поверхностных свойств. Одним из традиционных способов такой модификации является обработка замасливающими и авиважными составами, в результате которой текстильным материалам придаются новые фрикционные и электрофизические свойства.

Процесс замасливания представляет собой процедуру нанесения специального покрытия на поверхность стекловолокон, которая способствует их слипанию, выравниванию сил трения вдоль волокон и нитей, их компактности и таким образом значительно снижает вероятность образования поверхностных микротрещин, которые снижают прочность волокна.  Другой, не менее важной задачей замасливателей, является повышение адгезионных свойств стекловолокна.

Замасливатели в зависимости от назначения непрерывных волокон делятся на технологические (или текстильные) и гидрофобно-адгезионные (или прямые). Текстильные замасливатели защищают нити от истирания и разрушения при ее переработке в текстильные изделия (ткани, геосетки, прошивной материал). Назначения прямых замасливателей (аппретов) – улучшение адгезии поверхности стекловолокна с полимерами в композиционных материалах и стеклопластиках. Волокна могут обрабатываться прямыми замасливателями либо в процессе их получения, либо после термохимического удаления с поверхности волокон текстильного замасливателя.

Величина и равномерность содержания замасливателя на волокне существенно влияет на физико-механические, электрические свойства волокна и способность их к дальнейшей обработке. Недостаточное количество замасливателя, нанесенное на волокно, приводит к малому увлажнению, повышенному трению и обрывности нити. Избыточное нанесение замасливателя на нити приводит к неравномерной намотке паковок и сползанию с них волокон. 

Общие требования, предъявляемые к замасливателям, следующие:

 • обеспечение склейки множества отдельных элементарных волокон друг с другом, т.е. образование первичной нити,  одновременно не допуская склеивания нитей друг с другом на бобине;
 • облегчение процесса размотки и кручения первичных нитей;
 • обеспечение защиты первичной нити от истирания и механических повреждений при прохождении ее через многочисленные направляющие органы текстильных машин;
  • препятствование накоплению статического электрического трения;
 • создавать на нити прочную, эластичную и устойчивую к истиранию пленку, равномерно распределенную по диаметру элементарной нити и ее длине.

Кроме того, замасливатель не должен обладать неприятным запахом и вызывать кожные заболевания.
Последние, так называемые «прямые» замасливатели, не подлежат удалению и улучшают свойства волокна и изделий на их основе, с помощью химических связей они обеспечивают хорошую адгезию, как с поверхностью волокна, так и со связующим.

Наиболее распространенным текстильным замасливателем является «парафиновая эмульсия» (далее – ПЭ), представляющая собой многокомпонентную водоэмульсионную дисперсию содержащую парафин, стеарин, вазелин, трансформаторное масло, препарат ОС-20, закрепитель ДЦУ и воду.
В качестве прямых замасливателей в зависимости от дальнейшего назначения НБВ могут применяться замасливатели № 76, 4С, 4П, 4Э и др., представляющие собой многокомпонентную малоконцентрированную водоэмульсионную дисперсию, характеризующуюся содержанием кремнийорганических соединений аппретов (ГВС-9, АГМ-9 и т.п.) и водную дисперсию ПВА (для 4С, 4П, 4Э).
Замасливатели марок 4”Э”, 4”П”, 76 и A-4I разработаны с целью применения их при выработке стеклянного волокна в качестве склеивающего, предохраняющего от истирания и разрушения материала и для модифицирования его поверхности.

Для приготовления замасливателей используют следующие компоненты:

ПВА – продукт полимеризации винилацетата в водной среде. В пожарном отношении безопасна. Малотоксична.
ДБС – жидкость с эфирным запахом, нетоксична.
ПЭГ-13 или ПЭГ-35 – горючая вазелинообразная масса светло-желтого цвета при 20 ºС вызывает повышенную чувствительность организма, раздражение кожного покрова и верхних дыхательных путей.
ГВС-9 – прозрачная, слегка желтоватая жидкость, токсична. Вызывает раздражение кожного покрова и слизистых оболочек.
АГМ-9 – умеренно опасен, взрывобезопасен, пожароопасен. Раздражает кожу и слизистые оболочки глаз. Средства пожаротушения – кошма, песок. Хранят вдали от отопительных приборов в герметически закрытой таре.
 Уксусная кислота – легковоспламеняющаяся бесцветная жидкость с резким специфическим запахом. При концентрации 30% и выше вызывает ожоги кожи, для глаз опасны растворы концентрации 2% и выше. При концентрации ниже 55% не горюча. Хранят в закрытой таре в помещении, защищенном от действия прямых солнечных лучей и атмосферных осадков.
ОС-20 – смесь полиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов. Вызывает раздражение кожного покрова и слизистых полостей.
Продукт 139-108 – представляет собой полиэтилвинилциклоксан с отношением диметильных и метилвинильных звеньев 4:1, нетоксична, взрывобезопасна, горюча.
Политерпены нестабилизированные – продукт полимеризации терпеновых углеводородов входящих в состав скипидаров. Прозрачная маслообразная жидкость от светло желтого до коричневого цвета без раздражающего запаха.

Силан и Аминосилан выполняют 2 функции - при производстве ткани - небходимы по техпроцессу и заменяют парафин, при оклейке при пропитке ткани смолой повышают адгезию (прилипание) смолы к волокнам на 10-30%для эпоксидных смол. Обычно около 90% прочности несет стеклоткань, связующее работает в напряженном режиме и повышение адгезии его к волокну приводит к такому же повышению прочности конструкции. Силан и Аминосилан как раз аппреты для эпоксидных смол.

Парафиновый замасливатель - его еще называют "ткацкий" придает стеклоткани стойкость к движению подвижных частей ткацкого станка (рапира, челнок) в зависимости от его типа.
Следует учитывать, что при отжиге стеклоткани (парафинового замасливателя) в производственных условиях, недопустимо отклонение от установленной технологии. При повышении температуры отжига свыше 350⁰C часть волокон пережигается и стеклоткань теряет прочность в несколько раз.

Отжиг - крайняя мера. Малейший перегрев и волокно перестает выполнять свою функцию.
На примере эпоксидных стеклопластиков - прочность стеклопластик набирает следующим образом:
При пропитывании эпоксидным связующим происходит термическая усадка, в результате которой нити стеклоткани переходят в натянутое состояние, т. е. как бы становятся "напряженной арматурой". Перегретое стекло в этом случае разрушается и его свойства не отличаются от обычной простыни.

Для отжига парафиновой эмульсии нужен простой станок - с одного конца размотка, с другого намотка, посередине два полированных барабана, нагреваемых до 320 - 350⁰C и натяжной вал. (Парафин возгоняется при температуре более 300 ⁰С - выше - начинают выгорать вещества необходимые для улучшения адгезии). Ткань протягивать со скоростью 2-4 метра в минуту, но не медленнее, чтобы не пережечь.

При выпаривании парафина, последний, весь без остатка, преобразуется в пары и удаляется из стеклоткани, не оставляя после себя никаких следов.

За счет того, что волокна очень тонкие - менее 20 мкм, ткань теряет прочность мгновенно при превышении температуры свыше 350 - 400⁰C, и превращается в тряпку, которая разваливается от прикосновения.

Ткань с парафиновым замасливателем сразу можно использовать для теплоизоляции, а для дальнейшей переработки замасливатель отжигают, и далее наносят аппрет- обычно силановой группы типа ГВС-9. Наиболее известная ткань- Т-11 ГВС -9 -сразу годная для дальнейшей пропитки смолами.

Замасливатель защищает челнок или жутко дорогую рапиру, а не ткань. Рапирный станок в принципе не может работать на парафиновых смазках, только на силане. Рапира ткацкого станка совершенно не похожа на обыкновенную спортивную рапиру. Рапира - это лента из углепластика шириной примерно дюйм и толщиной миллиметр (от ширины станка зависит). В сечении рапира не плоская, а изогнута с большим радиусом. На конце рапиры захват для нити. В исходном состоянии рапира смотана на барабан. Когда зев станка раскрывается, барабан начинает бешено вращаться, а рапира выпрямляясь летит в зев, со скоростью достойной Формулы-1, когда долетит до конца и сбросит нить, барабан меняет направление вращения. 
Прямые замасливатели - их много разных - применяются для дальнейшей переработки - типа производства стеклопластиков на основе полиэфирной смолы, эпоксидной, фенольной и так далее. Их отжигать не требуется, но они более дорогие сами по себе, а также вредные в экологическом плане, да и работать тяжело с ними в процессе производства нити. Но это все идет в основном на ровинговые ткани, на собственно сам ровинг, рубленое волокно. Ткань с сатиновым переплетением и на прямом замасливателе достаточно редкая вещь - типа т-10-14 производства Полоцка.

Замасливатель - это термин. В его качестве него часто применяется парафиновая эмульсия (самый неприятный вариант - отжиг неизбежен), силановый и винилсилановые замасливатели (эти универсальные, дружат и с эпоксидкой и полиэфиркой), крахмальный замасливатель. Есть специальные, номерные, замасливатели.

Самый оптимальный (но не самый дешевый) искать стеклоткань с замасливателем ГВС9. Он универсальный. Такая стеклоткань легко определяется по внешнему виду: она не снежно-белого, а бежевого цвета- это особенность замасливателя. Замасливатель №11 (силан) тоже часто встречается, и он дешевле. Но замасливатель типа ГВС9 немножко склеивает нити ткани, и она не так сильно сыпется при нарезке.

Конструкционные ткани с полотняным плетением равнопрочные по основе и утку на замасливателе №76

Уже порядка трех лет в России делают нормальные мультиаксиалы. Ткань биаксиальную проще пропитать, чем квадроаксиальную по расходу эпоксидной смолы. Квадроаксиал пропитать сложнее чем биаксиал, но при этом быстрее получается набрать толщину. Дело в том, что соединяя ткань - биаксиал (чередуя+-45и0-90), каждый новый слой вы начинаете с сухого, а по квадроаксиалу - все четыре направления пропитываются практически одновременно.
 

Компаунды для пропитки стеклоткани.

 Наиболее пригодным для пропитки стеклоткани компаундом я считаю Эпоксидный компаунд для производства стеклопластиков и углепластиков с высоким модулем упругости Этал-1440Т(Э)V.
Он представляет собой низковязкий двухупаковочный компаунд с высокой жизнеспособностью. Компаунд ЭТАЛ-1440Т(Э)V используется в качестве связующего для производства высокопрочных (с высоким модулем упругости) стеклопластиковых и углепластиковых изделий с повышенной теплостойкостью, получаемых контактныим и вакуумным формованием, намоткой, эксплуатируемых в агрессивных средах - в контакте с холодной и горячей водой, щелочами любых концентраций, растворами солей, кислот (кроме окислителей). Новая модификация компаунда Этал-1440Т(Э)V обладает сниженной экзотермичностью и повышенной жизнеспособностью по сравнению с Этал-1440Т. Компаунд может использоваться для склеивания полярных материалов, нанесения антикоррозионных покрытий, заливки, пропитки и капсулирования электротехнических изделий.

Использовать в качестве составляющей компаунда другой тип смолы, производимой компанией Эпитал, рекомендуется с отвердителем Этал-1440н, который предназначен для отверждения эпоксидных смол и компаундов на их основе при температуре от +10°С. Компаунды на его основе имеют длительную жизнеспособность - 4-5 часов при +20°С.

Этал-1440 обеспечивает теплостойкость отвержденных композиций по Мартенсу до 140°С.

Новый отвердитель не содержит матафенилендиамина - не окрашивает руки при ручном формовании.

Армирующими материалами, при использовании отвердителя Этал-1440н могут служить стеклоткани, стеклосетки различных марок, ПВХ-ткань, углеродная ткань, а также другие ткани, кроме пропиленовой. При выборе армирующего материала должна учитываться его стойкость к химической среде, в которой будет эксплуатироваться изделие, сооружение или конструкция, и способность к пропитке эпоксидным компаундом.

Этал-1440н рекомендован к применению в следующих случаях:

изготовление стеклопластиковых изделий методом контактного формования (детали летательных аппаратов, судов, транспортных средств и пр.);

ремонт и склейка бетонных, металлических и стеклопластиковых изделий;

герметизация и изоляция изделий в электротехнической промышленности методом заливки и пропитки (кабельные муфты, обмотки якорей электродвигателей и пр.);

изготовление клеев и компаундов с повышенной устойчивостью к агрессивным средам (кислотам и щелочам).

изготовление клеев и компаундов, устойчивых к перепадам температуры от -40⁰С до +150°С, стойких к воздействию воды, кислот и щелочей.

 Еще одно дополнение. Для увеличения шероховатости поверхности стеклоткани, пропитанной компаундом, необходимо использовать пинкплай (жертвенный слой) – это технологическая ткань, которая ложится последним слоем на нанесённую эпоксидку и после полимеризации отрывается, снимая глянец смолы (и выбирая излишек). Хорошим вариантом пинкплая на практике является обычная подкладочная ткань.

Эксперт Сивицкий В.Я.