Волоконнозміцнений композиційний матеріал із вузловим сітчастим армуванням

Реферат: Волоконнозміцнений композиційний матеріал із вузловим сітчастим армуванням містить матрицю та волоконне зміцнення, утворене не менш ніж двома розташованими під кутом одна до одної однаковими чи різними системами волокон або жмутів волокон. При цьому не менш ніж по одному волокну або жмуту волокон не менш ніж двох вказаних систем волокон або жмутів волокон у ділянці або ділянках їх максимального наближення один до одного з'єднані нерухомо. UA 91030 U (12) UA 91030 U UA 91030 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі захисних матеріалів та конструктивних елементів із них і засобів оборони на основі шаруватих удароміцних матеріалів волоконного, зокрема текстильного, зміцнення чи армування із полімерною, металевою, керамічною чи ін. матрицею. Матеріал може застосовуватись, зокрема, для виготовлення конструктивних елементів захисного спорядження, форми одягу, щитів, елементів рятувального і захисного обладнання, транспортних засобів протипожежного, якщо пожежа супроводжується ймовірними вибухами чи розлітанням осколків, антивандального для використання міліцією, рятувальними командами, що працюють у вибухонебезпечних умовах чи при природних катаклізмах, таких як град та ін. призначення, елементів конструкції наземних та повітряних транспортних засобів, зокрема, металевих волоконнозміцнених деталей і елементів конструкції. Відомі композиційні матеріали із волоконним армуванням [1-2]. Текстильний композиційний матеріал за описом аналогу [1] містить два в'язаних полотнища, утворених відповідно двома системами волокон, прошитих між собою волокнами третьої системи волокон, що зменшує взаємний рух і прослизання полотнищ при докладанні навантаження. Вибраний як найближчий аналог текстильний композиційний матеріал [2] містить армуюче волокно і матричний матеріал, армуюче волокно являє собою волоконні жмути чи ниті із індивідуальних волокон, причому волоконна армуюча фаза може бути виконана у вигляді тканини, чи текстильного полотна, в т.ч. може містити систему волокон основи і систему волокон вутка. Проте така структура описаних і інших подібних матеріалів не забезпечує відсутність прослизання і відповідно відносного руху волокон однієї із систем відносно волокон іншої, розташованої під кутом до першої. Отже, при докладанні навантаження перерозподіл напружень на усі системи волокон відбувається завдяки матеріалу матриці, що вимагає високої адгезії волокна і матриці, що насправді досить складно досягти. В основу корисна модель поставлена задача підвищення функціональності, розширення сфери і умов застосування волоконнозміцненого композиційного матеріалу, покращення його захисних протиударних функцій. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що волоконнозміцнений композиційний матеріал, що містить матрицю та волоконне зміцнення, утворене не менш ніж двома розташованими під кутом одна до одної однаковими чи різними системами волокон або жмутів волокон, згідно з корисною моделлю, виконаний так, що не менш ніж по одному волокну не менш ніж двох вказаних систем волокон або жмутів волокон у ділянці або ділянках їх максимального наближення один до одного з'єднані нерухомо. Волоконне зміцнення утворюють системами волокон або жмутів волокон тканого, в'язаного чи трикотажного полотна. Нерухоме з'єднання волокон здійснюється шляхом утворення ними вузлів або шляхом утворення фізичного або хімічного зв'язку між ними у ділянках з'єднання. Одним із варіантів нерухомого з'єднання волокон, згідно з корисною моделлю, є реалізація вузлів таким чином, що волокна утворюють петлі, як проілюстровано на фіг. 1, коли волокно першої системи 1 огинає волокно другої системи 2, послідовно у напрямках донизу направо з тильної сторони, тобто проходячи під волокном, утворюючи перший із нахлистів, позначених колами, такими як 3, а саме нахлист "а", далі наліво з тильної сторони, нахлист "б", далі догори з лицевої сторони самого себе, тобто поверх самого себе, нахлист "в", далі направо з тильної сторони, нахлист "г", далі донизу наліво з тильної сторони самого себе, нахлисти "д" і "є", але з лицевої сторони волокна або жмута волокон другої системи, нахлист "е". Можливим варіантом нерухомого з'єднання волокон, згідно з корисною моделлю, є реалізація вузлів таким чином, що волокна утворюють петлі, як проілюстровано на фіг. 1, коли волокно першої системи 1 огинає волокно другої системи 2 послідовно у напрямках догори направо з лицевої сторони, тобто поверх волокна, утворюючи перший із нахлистів, позначених колами, такими як 3, а саме нахлист "а", далі наліво з тильної сторони, тобто попід волокном, нахлист "б", далі вниз з лицевої сторони волокна чи жмута волокон першої системи, нахлист "в", далі направо з тильної сторони, нахлист "г", далі наліво догори з лицевої сторони волокна другої системи, нахлист "д", але з тильної сторони самого себе, нахлист "е". Заштрихованими колами, такими як 4, позначено на фіг. 1 та фіг. 2 перерізи волокон, в яких вони продовжуються, поєднуючи показані на фігурах вузлові елементи сітки волоконного зміцнення із непоказаною на фігурах частиною сітки волоконного зміцнення. Аналогічного результату можна досягти, пропускаючи волокна дзеркально до описаних напрямів. Наступна затяжка вузла, як показано на прикладах на фіг. 3 та фіг. 4, відбувається із утворенням волокном або жмутом волокон першої системи петлі 1 при наближенні у ділянці 3 одна до одної ділянок "б" і "г" волокна другої системи, що відповідають верхній та нижній ділянкам нахлисту, тобто перехрещування, огинання нахлистом, накладання волокна або жмута волокон другої системи з тильної сторони волокна або жмута волокон першої системи (ділянки волокна, що відповідають нахлистам "б" і "г", позначеним на фіг. 1 та фіг. 2), причому вказана 1 UA 91030 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 петля затягується петлею 2, утвореною волокном або жмутом волокон другої системи. Кінці 4 показаних на фіг. 3 та фіг. 4 елементів волокон або жмутів волокон можуть бути перехрещені або не перехрещені між собою у ділянках 3 та 5. В результаті волокна обох систем утворюють взаємно переплетені петлі, кожна з яких затягує іншу, унеможливлюючи взаємне прослизання волокон у вузлі. Можливими, згідно з корисною моделлю, є будь-які інші варіанти плетення волокон обох систем, які утворюють їх нерухоме з'єднання у вузлах волоконного зміцнення, якими є ділянки максимального наближення волокон обох систем один до одного, причому нерухомість з'єднання не виключає його гнучкості, проте передбачає фактичне унеможливлення взаємного прослизання волокон або жмутів волокон у вузлі. Запропоноване рішення дозволяє забезпечити сумісну роботу усіх систем волокон і перерозподіл напружень при докладанні навантаження між ними не лише за рахунок адгезії матриці і волоконного зміцнення, але і за рахунок формування волоконним зміцненням єдиної силової каркасної сітки всередині матеріалу. Навантаження, докладені до однієї із систем волокон, передаються на інші завдяки їх нерухомому, хоча припустимо гнучкому, з'єднанню у вузлах, що різко знижує вимоги до якості адгезії, хімічного чи фізичного зв'язку волокон і матриці, поверхневого шару між ними. Це відкриває перспективи створення в т.ч. полімернометалевих композитів, композитів із металевою матрицею і вуглецевим волоконним зміцненням чи на основі гібридних волокон навіть при порівняно незначній адгезії вказаних матеріалів. Встановлено, що додатковими механізмами пошкодження запропонованих волоконнозміцнених композиційних матеріалів із вузловим сітчастим армуванням, які сприяють підвищеному енергопоглинанню матеріалу при статичному та динамічному навантаженні являється, у додаток до виривання волокон, продавлювання волокон суміжних волоконних систем через матеріал матриці. Таким чином, корисна модель уможливлює створення нових типів композиційних матеріалів із покращеними функціями роботи при навантаженні, що дозволяє застосовувати їх у ширшому діапазоні експлуатаційних навантажень, в тому числі для захисту від удару. Приклади реалізації. Для виготовлення композиційного матеріалу використали 4 шари волоконного зміцнення із плетенням, проілюстрованим фіг. 1 та фіг. 3, а також плетенням, проілюстрованим фіг. 2 та фіг. 4, на основі жмутів, або пучків, скловолокон і вуглецевих волокон. Укладені шари волоконного зміцнення послідовно залили матеріалом матриці на основі смоли ЭД-20 за ГОСТ 10587-84. Сформовані шаруваті композити піддані затвердінню протягом 48 год. Тестування ударної міцності провели за допомогою установки "aSTanin" ("Acceleration System for Testing of Antidamage Innovations") при швидкостях до 315 м/с із застосуванням сталевого ударника зі -3 -3 -3 сферичною носовою частиною діаметром 4,5·10 м масою 0,3·10 кг та 0,4·10 кг, що імітували пошкоджуючі уламки. Застосування вузлового сітчастого армування дозволило забезпечити підвищення енергопоглинання зразків композиційного матеріалу розміром 100×100 мм на 17,5±5 % у порівнянні із аналогічним матеріалом без застосування вузлового волоконного плетення із поздовжнім укладанням волокон. Проведені експериментальні дослідження підтверджують підвищені експлуатаційні характеристики виготовленого згідно із корисною моделлю матеріалу. Джерела інформації: 1. Патент US 6244077 В1. Multilayer knitted structure and method of producing the same. P. Offermann, G. Hoffmann, U. Engelmann - Опубл. 12.06.2001. - аналог. 2. Патент DE 102011083160 (A1). Textile-reinforced fibre compound and method for the nondestructive testing of fibre orientation and layer structure in components made of textile-reinforced compound materials. M. Andrich, R. Fuesel, L. Voelker, W. Hufenbach - Опубл. 21.03.2013. – найближчий аналог. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Волоконнозміцнений композиційний матеріал із вузловим сітчастим армуванням, що містить матрицю та волоконне зміцнення, утворене не менш ніж двома розташованими під кутом одна до одної однаковими чи різними системами волокон або жмутів волокон, який відрізняється тим, що не менш ніж по одному волокну або жмуту волокон не менш ніж двох вказаних систем волокон або жмутів волокон у ділянці або ділянках їх максимального наближення один до одного з'єднані нерухомо. 2. Волоконнозміцнений композиційний матеріал із вузловим сітчастим армуванням за п. 1, який відрізняється тим, що нерухоме з'єднання волокон виконане шляхом утворення ними вузлів. 2 UA 91030 U 5 10 15 20 25 30 3. Волоконнозміцнений композиційний матеріал із вузловим сітчастим армуванням за п. 1, який відрізняється тим, що нерухоме з'єднання волокон виконане шляхом утворення фізичного або хімічного зв'язку між ними у ділянках з'єднання. 4. Волоконнозміцнений композиційний матеріал із вузловим сітчастим армуванням за п. 1, який відрізняється тим, що волоконне зміцнення утворене системами волокон або жмутів волокон тканого, в'язаного чи трикотажного полотна. 5. Волоконнозміцнений композиційний матеріал із вузловим сітчастим армуванням за п. 1, який відрізняється тим, що нерухоме з'єднання волокон виконане шляхом утворення ними вузлів із огинанням волокном або жмутом волокон першої системи волокна або жмута волокон другої системи послідовно у напрямках донизу направо з тильної сторони, далі наліво з тильної сторони, далі догори з лицевої сторони волокна чи жмута волокон першої системи, далі направо з тильної сторони, далі донизу наліво з тильної сторони волокна або жмута волокон першої системи, але з лицевої сторони волокна або жмута волокон другої системи чи дзеркально до описаних напрямів, із наступною затяжкою вузла із утворенням волокном або жмутом волокон першої системи петлі при наближенні одна до одної ділянок волокна другої системи, розташованих у місцях описаних верхньої та нижньої ділянок проходження волокна або жмута волокон другої системи з тильної сторони волокна або жмута волокон першої системи, причому вказана петля затягнута петлею, утвореною волокном або жмутом волокон другої системи. 6. Волоконнозміцнений композиційний матеріал із вузловим сітчастим армуванням за п. 1, який відрізняється тим, що нерухоме з'єднання волокон виконане шляхом утворення ними вузлів із огинанням волокном або жмутом волокон першої системи волокна або жмута волокон другої системи послідовно у напрямках догори направо з лицевої сторони, далі наліво з тильної сторони, далі вниз з лицевої сторони волокна чи жмута волокон першої системи, далі направо з тильної сторони, далі наліво догори з лицевої сторони, але з тильної сторони волокна або жмута волокон першої системи чи дзеркально до описаних напрямів, із наступною затяжкою вузла із утворенням волокном або жмутом волокон першої системи петлі при наближенні одна до одної ділянок волокна другої системи, розташованих у місцях описаних верхньої та нижньої ділянок проходження волокна або жмута волокон другої системи з тильної сторони волокна або жмута волокон першої системи, причому вказана петля затягнута петлею, утвореною волокном або жмутом волокон другої системи. 3 UA 91030 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4