МНОГОСЛОЙНЫЙ ПОЛИМЕРНО-ТЕКСТИЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК B32B27/40 

Изобретение относится к промышленности пластмасс и касается разработки многослойного полимерно-текстильного материала, обладающего высокими адгезией полимерного покрытия к текстильной основе и прочностью сварных соединений герметичных надувных изделий, изготовленных из него, а также способа его получения.

Наиболее близким техническим решением по конструкции многослойного полимерно-текстильного материала и способа его получения является Патент РФ №2265684, согласно которому многослойный материал включает текстильную основу, адгезионный слой на основе раствора в диметилформамиде (ДМФА) полиэфируретановой (ПЭУ) композиции и лицевое покрытие на основе раствора в ДМФА ПЭУ композиции в виде 2-4-х слоев, нанесенные на лицевую или на лицевую и изнаночную стороны при соотношении слоев готового материала по массе 1,0:0,1-0,2:0,7-2,0 или 1,0:0,2-0,4:1,0-2,0, а способ получения полимерно-текстильного материала включает нанесение адгезионного слоя из раствора ПЭУ композиции в ДМФА с вязкостью 50-70 П на лицевую или на лицевую и изнаночную стороны текстильной основы, сушку, с последующими нанесением лицевого покрытия из раствора ПЭУ композиции в ДМФА с вязкостью 150-250 П на лицевую или на лицевую и изнаночную стороны текстильной основы в виде 2-4-х слоев с промежуточной сушкой каждого слоя при соотношении слоев готового материала по массе соответственно: 1,0:0,1-0,2:0,7-2,0 или 1,0:0,2-0,4:1,0-2,0.

Однако данная конструкция многослойного полимерно-текстильного материала не обеспечивает длительность функционирования изделий из него в связи с нарушением герметичности сварных соединений из-за отслаивания полимерного покрытия от текстильной основы.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение связи полимерного покрытия с основой (адгезия) и прочности сварного шва многослойного полимерно-текстильного материала и способ его получения.

Техническая задача решается тем, что в многослойном полимерно-текстильном материале, содержащем текстильную основу, адгезионный слой на основе ПЭУ композиции и лицевое покрытие на основе ПЭУ композиции в виде 2-4-х слоев, нанесенных на лицевую или на лицевую и изнаночную стороны, в качестве текстильной основы он содержит полиэфирную (ПЭ) ткань, на поверхности которой вакуумным напылением осажден сплав, содержащий, мас.%: 68,2 Fe, 2,0 Mn, 11,6 Ni, 17,5 Cr, 0,7 Ti в количестве 1,0-2,0 г/м², при соотношении слоев при прямом методе получения материала по массе соответственно: текстильная основа:адгезионный слой:лицевое полимерное покрытие 1,0:0,25-0,57:0,60-0,86 для одностороннего покрытия или 1,0:0,40-0,86:0,75-1,28 для двухстороннего покрытия, а при обратном методе получения - 1,0:0,20-0,43:0,35-0,71 для одностороннего покрытия или 1,0:0,35-0,57:0,50-1,0 для двухстороннего покрытия, а в способе получения многослойного полимерно-текстильного материала, включающего нанесение адгезионного слоя из раствора ПЭУ композиции в ДМФА на лицевую или на лицевую и изнаночную стороны текстильной основы, сушку с последующим нанесением лицевого покрытия из раствора ПЭУ композиции в ДМФА на лицевую или на лицевую и изнаночную стороны в виде 2-4 слоев с промежуточной сушкой каждого слоя, используют ПЭ ткань, которую предварительно обрабатывают плазмой воздуха в течение 60-180 с, силе тока разряда 0,4 А и давлении 50 Па с последующими вакуумным напылением в течение 60 с, силе тока разряда 0,35 A и давлении 50 Па сплава, содержащего, мас.%: 68,2 Fe, 2,0 Mn, 11,6 Ni, 17,5 Cr, 0,7 Ti до привеса 1,0-2,0 г/м², нанесением прямым или обратными методами адгезионного слоя из раствора с динамической вязкостью при 20°C 40-50 П, а лицевое покрытие наносят прямым или обратным методами из раствора с динамической вязкостью при 20°C 150-190 П, с получением соотношения слоев при прямом методе получения материала по массе соответственно: текстильная основа:адгезионный слой:лицевое полимерное покрытие 1,0:0,25-0,57:0,60-0,86 для одностороннего покрытия или 1,0:0,40-0,86:0,75-1,28 для двухстороннего покрытия, а при обратном методе получения - 1,0:0,20-0,43:0,35-0,71 для одностороннего покрытия или 1,0:0,35-0,57:0,50-1,0 для двухстороннего покрытия.

Известны различные методы нанесения полимерного покрытия на текстильные основы, в том числе и из раствора (коагуляция, прямой или обратный и т.д.).

По данному техническому решению использовали прямой и обратный методы нанесения полиэфируретановых покрытий, принципиальные схемы которых приведены в «Производство искусственных кож», пер. с немецкого, под редакцией к.т.н. А.А.Касьяновой, инж. Н.Ю.Водолаги, Москва, Легпромбытиздат, 1986 г., с.124-128.

Как известно (Патент РФ №2027810; Surface modification of polyester films by RF plasma, Gupta В.; Hilbom J.; Hollenstein C.; Plummer C.J.G.; Houriet R.; Xanthopoulos N. Journal of Applied Polymer Science, vol.78, num.5, 2000, p.1083-1091), предварительная плазменная обработка текстильных материалов изменяет поверхностный состав тканей, а в случае ПЭ тканей приводит к образованию на их поверхностях полярных кислородсодержащих групп типа -ОН, -OОН, -С=O, способствующие росту капиллярности текстильных материалов и их поверхностных энергий и обеспечивающие при вакуумном напылении сплава осаждение различных ионов на модифицированную поверхность ткани, что, в конечном счете, влияет на значительный рост показателей прочности связи нанесенного полимерного покрытия с металлизированной поверхностью ткани и прочности сварного шва.

Плазмохимическую обработку образцов полиэфирных тканей в лабораторных условиях проводили на плазмохимической установке УПМ-500, принципиальная схема которой представлена на фиг.1.

Обрабатываемый образец ПЭ ткани 1 помещается на столик 2 рабочей камеры 3. В рабочей камере создается вакуум посредством форвакуумного насоса 2НВР-5ДМ 4, режимы работы которого контролируются блокировочным вакуумметром 5 и ротаметром 6. Плазмообразующий газ (воздух) поступает из баллона 7, а после плазмохимической обработки остатки выпускаются через клапан разгерметизации 10. Плазма газа образуется за счет электродов 8, на которые от источника 9 подается рабочий ток. После плазмохимической обработки образца ПЭ ткани, электроды (угольные) заменяются на металлические, состоящие из сплава состава, мас.% 68,2 Fe, 2,0 Mn, 11,6 Ni, 17,5 Cr, 0,7 Ti, проводят его вакуумную металлизацию.

Измерение углов смачивания полиэфирных пленок, которые использовались в качестве модельных объектов, для исследования изменения поверхностной энергии полиэфирных тканей в ходе плазмохимической обработки, проводили с помощью микроскопа ММИ-1, принципиальная схема которого представлена на фиг.2.

Каплю жидкости 11 (вода и глицерин) помещали на обработанную в плазме полиэфирную пленку 12. Столик 13 с помощью ручки 14 помещали на уровень оптической оси объектива 15. При помощи ручки 16 наводили фокус. В окуляре 17 вращали шкалу 18 таким образом, чтобы ось Y была касательной к капле. По шкале окуляра 19 определяли угол смачивания.

Поверхностную энергию, полярную и дисперсионную составляющие поверхностной энергии пленки вычисляли по формуле Фаукса-Юнга:

Cosθ+1=2[(σ^d _ж)^1/2·(σ^d _ж)^1/2+(σ^p _ж)^1/2·(σ^p _m)^1/2]/σ_ж, где σ^d _m и σ^p _m - дисперсионная и полярная составляющие поверхностного натяжения, а их сумма - поверхностная энергия σ_m=σ^d _m+σ^p _m.

В данном техническом решении используют:

ПЭУ растворы

Таблица 1 Свойства ПЭУ растворов (ТУ 6-55-221-1085-2003) №№ Наименование показателя Значение Витур Р-0512 (лицевой) Витур Р-0113 (лицевой) Витур Р-0014 (адгезионный) 1 2 3 4 5 1 Внешний вид Однородная прозрачная или опалисцирующая вязкая жидкость от бесцветного до желтого цвета без посторонних включений и гелеобразных частиц 2 Массовая доля полимера в растворе, %, в пределах 24-30 29-31 29-31 3 Вязкость динамическая при 25°C, П 30-60 60-80 60-80

Диметилформамид ГОСТ 20289-74 Ткани лавсановые ГОСТ 332-91

В таблице 2 приведены общие данные многослойных полимерно-текстильных материалов, полученных по предлагаемому техническому решению, по массам полимерных покрытий и конструкциям многослойных полимерно-текстильных материалов.

Таблица 2 Конструкции многослойных полимерно-текстильных материалов №№ п/п Наименование показателя Способ Прямой (Пр) Обратный (Об) Одностороннее покрытие* Двухстороннее покрытие* Одностороннее покрытие** Двухстороннее покрытие** 1 2 3 4 5 6 1 Поверхностная плотность ПЭ тканей, г/м² 70-200 70-200 70-200 70-200 2 Масса нанесенного адгезионного слоя, г/м² 40-50 60-80 30-40 40-70 3 Масса нанесенного лицевого покрытия, г/м² 60-120 90-150 50-70 70-100 4 Соотношение слоев ткань:адгезионный слой:лицевой слой 1,0:0,25-0,57:0,60-0,86 1,0:0,40-0,86:0,75-1,28 1,0:0,20-0,43:0,35-0,71 1,0:0,35-0,57:0,50-1,0 * - далее по тексту Пр₁ и Пр₂ ** - далее по тексту Об₁ и Об₂

В таблице 3 приведены режимы плазменной обработки воздухом и вакуумного напыления сплава на поверхность ПЭ ткани.

Таблица 3 Режимы плазменной обработки воздухом тканых поверхностей и вакуумного напыления сплава №№ п/п Наименование показателя Примеры Плазма воздуха Вакуумное напыление 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 Время, с 60 90 120 150 180 60 60 60 60 60

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2 Сила тока разряда, А 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 3 Давление, Па 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 4 Поверхнастная плотность ПЭ,                       ткани г/м² 70 106 131 150 200 70 106 131 150 200 5 Поверхнастная энергия ПЭ ткани после обработки плазмой                       воздуха*,   48                   эрг/см² 45   53 60 70 - - - - - 6 Привес напиленного                       сплава, г/м² - - - - - 1,0 1,2 1,5 1,8 2,0 * Необработанные ткани имеют поверхностную энергию - 37 эрг/см².

Увеличение экспозиции (времени выдержки ткани в плазме воздуха) и силы тока разряда при одновременном снижении или увеличении давления при вакуумном напылении и обработке плазмой воздуха поверхности ПЭ ткани приводит к ускорению процессов окисления и изменению фактуры ткани, а при вакуумном напылении - повышению ее жесткости.

Испытание материала проводили согласно ГОСТам:

Масса 1 м² ГОСТ 17073-71 Воздухопроницаемость ГОСТ 8973-77 Водопроницаемость ГОСТ 22944-72 Прочность связи покрытия с основой ГОСТ 17317-71 Прочность сварного шва ГОСТ 3813-72

Предлагаемое изобретение иллюстрируют примеры.

Пример 1.

Предварительные операции подготовки ПЭУ композиций для адгезионных и лицевых слоев, а также режимы сушки описаны в прототипе на с.4-5.

Полиэфирную (ПЭ) ткань с поверхностной плотностью 70 г/м² предварительно обрабатывают плазмой воздуха в течение 60 с, силе тока разряда 0,4 А и давлении 50 Па (поверхностная энергия 45 эрг/см²), с последующими вакуумным напылением сплава состава, мас.%: 68,2 Fe, 2,0 Mn, 11,6 Ni, 17,5 Cr, 0,7 Ti с привесом осажденного сплава на поверхности ткани - 1,0 г/м², нанесением адгезионных слоев Пр₁, Пр₂ в количестве 40 и 60 г/м² соответственно и адгезионных слоев Об₁, Об₂ в количестве 30 и 40 г/м² соответственно из раствора ПЭУ композиции с динамической вязкостью при 20°C 40 П на лицевую или на лицевую и изнаночную стороны, сушкой, нанесением лицевых покрытий Пр₁, Пр₂ в количестве 60 и 90 г/м² соответственно и Об₁, Об₂ в количестве 50 и 70 г/м² соответственно в виде 2-х тонких штрихов на лицевую или на лицевую и изнаночную стороны, с промежуточной сушкой каждого слоя из раствора ПЭУ композиции с динамической вязкостью при 20°C 150 П при соотношении слоев готовых материалов по массе Пр₁ - 1,0:0,25:0,60, Пр₂ - 1,0:0,40:0,75, Об₁ - 1,0:0,20:0,35 и Об₂ - 1,0:0,35:0,50 (см. Таблицу 2). Свойства готовых материалов представлены в таблице 4.

Примеры 2-5.

Аналогично примеру 1 предварительно ПЭ ткани обрабатывают плазмой воздуха и вакуумным напылением сплава, технологические режимы которых представлены в таблице 3, с последующим нанесением адгезионных и лицевых слоев. Характеристика полученных материалов дана в таблице 4, а в таблице 5 приведены свойства готовых материалов.

При изготовлении конструкций материалов с двухсторонним покрытием (Пр₂, Об₂) на изнаночную сторону наносят адгезионный слой и лицевое полимерное покрытие в 1 слой, диапазоны масс нанесения которых представлены в таблице 2.

Таблица 4 Характеристики материалов №№ п/п Наименование показателя   Примеры Прототип Обработка ткани плазмой воздуха (Патент РФ №2265684) 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 7 8 1 Поверхностная плотность               ткани, г/м² 60-150 70 106 131 150 200 2 Поверхностная энергия, эрг/см² 37 45 48 53 60 70 3 Привес напыленного сплава, г/м²             4 Динамическая вязкость при 20°C адгезионного               слоя, П 50-70 40 50 50 40 50 5 Динамическая вязкость при 20°C лицевого               покрытия, П 150-250 150 160 170 180 190 6 Количество 2-4 Пр₁ - 2 Пр₁ - 3 Пр₁ - 4 Пр₁ - 3 Пр₁ - 2   слоев   Об₁ - 2 Об₁ - 3 Об₁ - 4 Об₁ - 3 Об₁ - 2   полимерного   Пр₂ - 1 Пр₂ - 2 Пр₂ - 3 Пр₂ - 2 Пр₂ - 1   покрытия на лицевой   Об₂ - 1 Об₂ - 2 Об₂ - 3 Об₂ - 2 Об₂ - 1   стороне ткани             7 Соотношение слоев 1,0:0,1-0,2: 0,7-2 (Пр₁) или 1,0:0,2-0,4:1,0-2,0 (Пр₂) Пр₁ - 1,0:0,25: 0,60 Пр₂ - 1,0:0,40:0,75 Пр₁ - 1,0:0,40:0,75 Пр₂ - 1,0:0,65:1,0 Пр₁ - 1,0:0,57:0,86 Пр₂ - 1,0:0,86:1,28 Пр₁ - 1,0:0,57:0,86 Пр₂ - 1,0:0,86:1,28 Пр₁ - 1,0:0,25:0,60 Пр₂ - 1,0:0,40:0,75       Об₁ - 1,0:0,20:0,35 Об₁ - 1,0:0,35:0,50 Об₁ - 1,0:0,43:0,71 Об₁ - 1,0:0,43:0,71 Об₁ - 1,0:0,20:0,35       Об₂ - 1,0:0,35:0,50 Об₂ - 1,0:0,45:0,75 Об₂ - 1,0:0,57:1,0 Об₂ - 1,0:0,57:1,0 Об₂ - 1,0:0,35:0,50

продолжение Таблицы 4 №№ п/п Наименование показателя Прототип (Патент РФ №2265684) Примеры Вакуумное напыление ткани 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 7 8 1 Поверхностная плотность ткани, г/м² 60-150 70 106 131 150 200 2 Поверхностная энергия, эрг/см² 37 - - - - - 3 Привес напыленного               сплава, г/м² - 1,0 1,2 1,5 1,8 2,0 4 Динамическая вязкость при 20°С адгезионного               слоя, П 50-70 50 40 50 50 50 5 Динамическая               вязкость при   150 160 170 180 190   20°С лицевого покрытия, П 150-250           6 Количество 2-4 Пр₁ - 2 Пр₁ - 3 Пp₁ - 4 Пр₁ - 3 Пр₁ - 2   слоев   Об₁ - 2 Об₁ - 3 Об₁ - 4 Об₁ - 3 Об₁ - 2   полимерного   Пр₂ - 1 Пр₂ - 2 Пр₂ - 3 Пр₂ - 2 Пр₂ - 1   покрытия на лицевой стороне ткани   Об₂ - 1 Об₂ - 2 Об₂ - 3 Об₂ - 2 Об₂ - 1 7 Соотношение слоев 1,0:0,1-0,2:0,7-2 (Пр₁) или 1,0:0,2-0,4:1,0-2 (Пр₂) Пр₁ - 1,0:0,25:0,60 Пр₁ - 1,0:0,40:0,75 Пр₁ - 1,0:0,57:0,86 Пр₁ - 1,0:0,5:0,86 Пp₁ - 1,0:0,25:0,60       Пр₂ - 1,0:0,40:0,75 Пр₂ - 1,0:0,65:1,0 Пр₂ - 1,0:0,86:1,28 Пр₂ - 1,0:0,86:1,28 Пр₂ - 1,0:0,40:0,75       Об₁ - 1,0:0,20:0,35 Об₁ - 1,0:0,35:0,50 Об₁ - 1,0:0,43:0,71 Об₁ - 1,0:0,43:0,71 Об₁ - 1,0:0,20:0,35       Об₂ - 1,0:0,35:0,50 Об₂ - 1,0:0,45:0,75 Об₂ - 1,0:0,57:1,0 Об₂ - 1,0:0,57:1,0 Об₂ - 1,0:0,35:0,50

Анализ представленных материалов показывает, что предварительная обработка ПЭ ткани плазмой воздуха повышает прочность соединения ткани с полимерным покрытием и прочность сварного шва на уровне прототипа, в то время как вакуумная металлизация сплавом, содержащим химические элементы различных групп периодической системы Д.И.Менделеева способствует образованию активных центров различной химической природы, взаимодействие которых с полимерным покрытием приводит к значительному повышению показателей прочности связи полимерного покрытия с тканью и прочности сварного шва и обеспечивает высокий комплекс эксплуатационных свойств изделий из предлагаемого многослойного полимерно-текстильного материала. Кроме того, экспериментальные данные показали, что уменьшение массы полимерного покрытия приводит к проявлению дефектов ткани в покрытии, а увеличение - к повышению веса изделий, что не целесообразно при их эксплуатации, т.е. предложенные конструкции полимерно-текстильных материалов - оптимальны и обеспечивают расширение ассортимента при изготовлении различных герметичных надувных изделий с высоким комплексом эксплуатационных свойств.

Изобретение относится к производству пластмасс и может быть использовано для изготовления герметичных надувных изделий. Материал в качестве текстильной основы содержит полиэфирную ткань, на поверхность которой вакуумным напылением осажден сплав, содержащий, мас.%: 68,2 Fe, 2,0 Mn, 11,6 Ni, 17,5 Cr, 0,7 Ti в количестве 1,0-2,0 г/м², адгезионный слой на основе полиэфируретановой композиции и лицевое покрытие на основе полиэфируретановой композиции в виде 2-4-х слоев, нанесенных на лицевую или на лицевую и изнаночную стороны, при соотношении слоев готового материала по массе: текстильная основа:адгезионный слой:лицевое покрытие 1,0:0,25-0,57:0,60-0,86 для одностороннего покрытия или 1,0:0,40-0,86:0,75-1,28 для двухстороннего покрытия при прямом методе получения и 1,0:0,20-0,43:0,35-0,71 или 1,0:0,35-0,57:0,50-1,0 при обратном методе получения. Полученный прямым и обратным методами материал обладает повышенными показателями прочности соединения полимерного покрытия с тканью и прочности сварного шва, что обеспечивает длительную эксплуатацию различных герметичных надувных изделий из него. 2 н.п. ф-лы, 5 табл., 5 пр., 2 ил.

1. Многослойный полимерно-текстильный материал, содержащий текстильную основу, адгезионный слой на основе полиэфируретановой композиции и лицевое покрытие на основе полиэфируретановой композиции в виде 2-4 слоев, нанесенных на лицевую или на лицевую и изнаночную стороны, отличающийся тем, что в качестве текстильной основы он содержит полиэфирную ткань, на поверхность которой вакуумным напылением осажден сплав, содержащий, мас.%: 68,2 Fe, 2,0 Mn, 11,6 Ni, 17,5 Cr, 0,7 Ti в количестве 1,0-2,0 г/м², при соотношении слоев при прямом методе получения материала по массе соответственно: текстильная основа: адгезионный слой: лицевое полимерное покрытие 1,0:0,25-0,57:0,60-0,86 для одностороннего покрытия или 1,0:0,40-0,86:0,75-1,28 для двухстороннего покрытия, а при обратном методе получения - 1,0:0,20-0,43:0,35-0,71 для одностороннего покрытия или 1,0:0,35-0,57:0,50-1,0 для двухстороннего покрытия.

2. Способ получения многослойного полимерно-текстильного материала, включающий нанесение адгезионного слоя из раствора полиэфируретановой композиции в диметилформамиде на лицевую или на лицевую и изнаночную стороны текстильной основы, сушку с последующими нанесением лицевого покрытия из раствора полиэфируретановой композиции в диметилформамиде на лицевую или на лицевую и изнаночную стороны в виде 2-4 слоев с промежуточной сушкой каждого слоя, отличающийся тем, что в качестве текстильной основы используют полиэфирную ткань, которую предварительно обрабатывают плазмой воздуха в течение 60-180 с, силе тока разряда 0,4 А и давлении 50 Па с последующим вакуумным напылением в течение 60 с, силе тока разряда 0,35 А и давлении 50 Па сплава, содержащего, мас %: 68,2 Fe, 2.0 Mn, 11,6 Ni, 17,5 Cr, 0,7 Ti до привеса 1,0-2,0 г/м², адгезионной слой наносят прямым или обратным методом из раствора с динамической вязкостью при 20°C 40-50П, а лицевое покрытие наносят прямым или обратным методом из раствора с динамической вязкостью при 20°C 150-250 П с получением соотношения слоев при прямом методе получения материала по массе соответственно: текстильная основа: адгезионный слой: лицевое полимерное покрытие 1,0:0,25-0,57:0,60-0,86 для одностороннего покрытия или 1,0:0,40-0,86:0,75-1,28 для двухстороннего покрытия, а при обратном методе получения - 1,0:0,20-0,43:0,35-0,71 для одностороннего покрытия или 1,0:0,35-0,57:0,50-1,0 для двухстороннего покрытия.