Исследование свойств мембранных материалов, разработка рекомендаций по их эксплуатации

Федеральное агентство по образованию

Омский  государственный институт сервиса

Факультет_    _ХТФ_________________

Кафедра ___ССиЭК____________________ 
 

Допущена к  защите                                                     Защищена с оценкой

_________________                                                   _________________      «___»_______200_ г.                                                   «___»______200_ г.     
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА (ПРОЕКТ)

по  материаловедению

на тему: «Исследование свойств мембранных материалов, разработка рекомендаций по их эксплуатации » 
 
 

                                                                       Выполнил (а) студент(ка)

______Сэ-81___________ 

               (группа)

Мамугина  Н.В__________ 

        (Ф.И.О., подпись)

Проверил______________

                    (должность)

Иванцова  Т.М._________

        (Ф.И.О., подпись) 

Омск  2010г.

Содержание

Введение……………………………………………………………………….4

1 Классификация и свойства мембранных материалов

      1.1. Категории мембран по строению…………………………………6

      1.2. Виды и свойства мембранных материалов………………………7

2 Технологии мембранных тканей  Gore-Tex

     2.1. Структура мембраны……………………………………………..12

      2.2 Разновидности материалов GORE-TEX®……………………….14

      2.3 Оценка качества мембранных материалов………………………20

      2.4 Сфера применения………………………………………………...22

3 Недостатки мембранных материалов ………………………………...….23

4 Исследование свойств мембранных материалов

      4.1 Характеристика объекта исследования………………………….25

     4.2 Определение устойчивости окраски к разным видам воздействия……………………………………………………………..….…26

      4.3 Определение прочностных характеристик………………….…...31

     4.4 Определение воздухопроницаемости……………………………34

     4.5 Определение паропроницаемости……………………………..…36

Вывод и рекомендации…………………………………………………...….38

Заключение……………………………………………………………………39

Библиографический список………………………………………..…….…..40

Приложение А - Образец испытуемого материала……………….…….…..42

Приложение Б – Пробы после испытания на устойчивость окраски к различным физико-химическим воздействиям……………………………..43

Приложение В - Пробы после испытания мембранного материала на разрыв и удлинение…………………………………………………………………...…45

Приложение Г - Дефект отслоения мембраны от материала………………46 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     Данная тема достаточно актуальна в настоящее время, так как       исследуемый материал  начал использоваться в легкой промышленности не так давно и его недостатки и преимущества недостаточно изучены.             

     Целью курсовой работы является  исследование свойств мембранных материалов, разработка рекомендаций по эксплуатации и уходу за ними. 

Задачи:

            - изучить виды  и свойства мембранных материалов

            - выявить преимущества  и недостатки мембранных материалов

            - провести физико-механические испытания

- дать рекомендации  по эксплуатации и уходу за изделиями из мембранных материалов 

Объект исследования: мембранный материал из синтетических нитей 
 
 
 
 

1. Классификация и  свойства мембранных  материалов 

     В 1969 году Боб Гор открыл особый способ обработки политетрафторэтилена (тефлона), и это послужило отправной  точкой применения полимеров в текстильной  промышленности. Первая ткань под  названием GORE-TEX появилась в 1978 году. В основе технологии лежит простой  процесс – тефлон растягивается  механическим путем до состояния  микропористой мембраны, которую  можно классифицировать как тянущую  полукристаллическую пленку. Производится мембрана путем экструзии под  давлением. Сырье вытягивается под  температурой, немного меньшей температуры  плавления, дальше от температуры стеклования, для предотвращения кристализации, часто в присутствии ароматических  углеводородов, которые создают  поры за счет образования микрокапель. Гидрофобные свойства тефлоновой мембраны означают, что жидкость отталкивается  от пор, в то время, как водяной  пар проходить сквозь них может. На рисунке 1 видна структура мембраны в виде трехмерной полимерной сетки с порами. [1] 

                     

     Рисунок 1 – структура  мембраны

1.1 Категории мембран по строению.

 
 

     По  строению мембраны ткани делятся  по принципу, какая мембрана используется: беспоровая, поровая и комбинированная.

     Беспоровые  мембранные материалы -   однородны и не содержат пор. В них влагозащита и пароотведение происходят благодаря разной функциональности поверхностей: внешний (гидрофобный) слой мембраны отталкивает влагу из окружающей среды, а внутренний (гидрофильный) впитывает испарения тела и транспортирует их наружу. 
 Они долговечны, не требуют бережного ухода, исправно работают в широком диапазоне температур. В чем недостатки? Поначалу может показаться, что изделия промокают, но это, как раз те самые испарения, которые скапливаются на внутренней части изделия. Т. е. они начинают дышать медленнее, но в процессе эксплуатации иногда по дышащим свойствам превосходят поровые.

     Поровые мембранные материалы  – это мембраны, которые работают по следующему принципу: мембрана (плёнка) содержит мельчайшие отверстия (поры), диаметр которых меньше диаметра капли воды, но больше  размера молекулы водяного пара. Таким образом, капли воды не могут проникнуть сквозь неё внутрь, а испарения от тела в виде водяного пара свободно выходит наружу за счёт разницы парциального давления на внешней и внутренней поверхности ткани.

     В чем преимущество поровых мембран? Они  быстро начинают «дышать», т. е. выводят испарения, как только человек начинает потеть (при условии, что есть разница в парциальных давлениях водяного пара внутри и снаружи куртки, т. е., когда есть движущая сила).

     В чем недостатки? Эта мембрана достаточно быстро  теряет свои свойства. По мере засорения пор снижаются пароотводящие  свойства ткани. Поэтому, рекомендуется  специальный уход за изделием из мембранной ткани. При неправильной стирке куртка может начать протекать. Особенно сильно этот недостаток может проявиться, если Вы не особый любитель ухаживать за своими вещами (использовать специальные DWR спреи, моющие средства для мембранных тканей и т. д.).

     Комбинирование  мембранные материалы  – это когда  ткань верха покрыта с внутренней стороны поровой мембраной, а поверх поровой мембраны имеется еще тонкое покрытие (т.е. беспоровая полиуретановая мембранная пленка). Эта ткань имеет все преимущества поровых и беспоровых мембран, избегая недостатков. Но, это очень дорогой материал, поэтому немногие фирмы используют данную мембрану в своих изделиях…[2]

1.2 Виды и свойства мембранных материалов

 
 

     По  конструкции мембранные ткани делятся  на: двухслойные, трехслойные и так  называемые «двух-с-половиной»-слойные.

Двухслойный материал– это ткань верха, к которой с изнаночной стороны нанесена (специальным образом) мембрана. Данная ткань в изделиях всегда используется с подкладкой, т.к. подкладка обеспечивает должную защиту мембране от засорения и механического повреждения.

Трехслойный материал выглядит как ткань с мелкой сеткой с изнанки. По сути дела – это ткань верха + мембрана + трикотажная сетка, склеенные в одну структуру по специальной технологии ламинирования. Трикотажная сетка с изнанки обеспечивает защиту мембраны, как от механических повреждений, так и от засорения. А, что самое главное, в трехслойных изделиях, использование подкладки отпадает. В итоге имеем: мегалегкую ткань + мобильность + небольшой объем изделия и максимум функциональности.

«Двух-с-половиной» слойный мембранный материал  –  новинка на рынке. Это обыкновенная двухслойная мембранная ткань, с тончайшим защитным напылением изнутри, которое осуществляет функцию третьего слоя, защищая мембрану от повреждений.  Такие изделия получаются максимально легкими – не нужна подкладка, а вес защиты намного меньше, чем у трёхслойных материалов.

О производителях мембранных тканей.

     Обычно  в топовых, трехслойных или двухслойных  вещах, достойные бренды используют мембранные ткани производства таких  фирм как W.L.Gore and Associates, Inc. (США) (Gore-tex, Gore-tex XCR и т. д.), Toray (Япония) (Dermizax, Entrant HB), Event (США, производится в Японии), Unitika (Япония). Это – лидеры в области технологий производства мембранных тканей, страны с высоким уровнем развития технологий.  

Водоотталкивающее покрытие – DWR

 

Рисунок 2 - водоотталкивающее  покрытие – DWR

     Посмотрите  – капельки не впитываются, а лежат на ткани, скатываясь в шарики! Это DWR (Durable Water Reppelence) покрытие, не позволяющее воде проходить даже через верхний слой ткани (то есть впитываться в нее). На ткани с DWR покрытием вода, скатывается в шарики и легко скатывается. Главный недостаток этого покрвтия в том, что со временем оно исчезает (смывается), а на ткани появляются мокрые пятна (при контакте с водой), но это вовсе не значит, что изделие промокает, так как мембрана все равно воду не пропустит, однако некоторый дискомфорт присутствовать может. Образовавшийся слой воды сверху не даст работать мембране, какой бы хорошей она не была. Кроме этого, в поровых мембранах, в этом случае, возможно прохождение воды через мембрану. Избежать стирания покрытия DWR Вам поможет специально разработанные средства с этим самым DWR покрытием (NIKWAX, например), продающиеся в магазинах, торгующих экстремальной одеждой. [2]

О фактуре ткани

          Rip Stop – обычно используют для топовых, дорогих вещей. Это название способа плетения ткани, которая по своему строению напоминает сетку или соты, как показано на рисунке 3. То есть, в этой фактуре используются как тонкие, так и толстые нити, что позволяет изготавливать прочный и, в тоже время, легкий материал.

Рисунок 3 - способ плетения Rip Stop 

     Twill плетение также часто используют в сноубордической одежде. Это приятный на ощупь гладкий материал, имеющий отличные прочностные характеристики. В последние пару лет очень многие бренды стали представлять в своих коллекциях одежду из джинсовой ткани (Denim) с мембраной. [2,3]