Введение

Работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 17.6. «Тканепленочные материалы» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года») [1]. Среди приоритетных стратегических направлений развития материалов и технологий существенная роль отведена разработке полимерных композиционных материалов (ПКМ) [2, 3].

При возникновении аварийных ситуаций на летательных аппаратах жизнь пассажиров и членов экипажа зависит в том числе от свойств материалов, используемых для изготовления средств спасения (трапов, баллонетов, трапов-плотов и других), поэтому разработка новых материалов для средств спасения, отвечающих современным требованиям, имеет большое значение.

В настоящее время при возникновении внештатных ситуаций на высоте ˃100 м для аварийного покидания вертолета члены экипажа используют автоматически надуваемые трапы – баллонеты. Баллонеты, применяемые на вертолетах, изготавливают из прорезиненной ткани, представляющей собой ткань перкаль с покрытием из натурального каучука. Прорезиненная ткань имеет массу 1 м²: 465÷520 г, теплостойкость – не ниже +50°С, температурный предел хрупкости – не выше -50°С. Изготавливают баллонеты прошивным способом, швы проклеивают перкалем и заделывают герметиком [4]. Недостатком данной ткани является низкая прочность связи покрытия с тканью и малый срок службы.

В связи с вышеизложенным разработка новых тканепленочных материалов для изготовления баллонетов, имеющих более низкую массу 1 м², расширенный диапазон рабочих температур и более высокую прочность связи покрытия с тканью, а следовательно, обеспечивающих более высокие требования по срокам службы и условиям эксплуатации, является актуальной задачей [5].

В настоящее время за рубежом при изготовлении надувных спасательных трапов для самолетов широкое применение находят материалы на основе технических тканей полотняного переплетения из нейлона-6,6 с двухсторонним полиуретановым покрытием. Данные материалы отвечают требованиям технического стандарта TSO‑C69c для спасательного оборудования, регламентирующим прочностные и пожаробезопасные характеристики, герметичность, грибостойкость, тепловое и тепловлажностное старение [6].

Требования по пожаробезопасности, предъявляемые к ряду авиационных полимерных материалов декоративно-отделочного и функционального назначения для интерьера и внутренней отделки пассажирских и багажно-грузовых отсеков (панели стен, потолка, пола, перегородок, тепловая и акустическая изоляция, обивка и набивка кресел, ковры, портьеры, шторки, детали приборов, вибропоглощающие материалы, спасательные трапы и др.), не распространяются на материалы, предназначенные для изготовления надувных трапов – баллонетов. Отсутствие обязательных требований по пожаробезопасности материалов для данного типа изделий обусловлено как условиями работы, так и малой численностью экипажа вертолета [7–12].

Материалы и методы

С учетом доступности и оптимального комплекса механических и физических свойств, в качестве тканевой основы выбраны лавсан и капрон [13]. Поскольку в число требований, предъявляемых к материалам для баллонета, входят герметичность и масса 1 м², то при выборе технических тканей руководствовались значениями показателей по воздухопроницаемости и поверхностной плотности.

Для исследований выбрали три варианта тканей из полиамидных нитей (капрон): саржевое переплетение арт. 8482; переплетение атлас арт. 56038, переплетение рогожка 2×2 арт. 56026, а также три варианта тканей из полиэфирных нитей (лавсан): переплетение саржа арт. 5356, переплетение полотно арт. 21699 и арт. 208. Воздухопроницаемость технических тканей составляла соответственно 39; 116; 105; 85; 184; 13 дм³/(м²∙с); поверхностная плотность – соответственно 161; 178; 161; 178; 148; 179 г/м².

В качестве полимерных матриц выбраны:

– полиуретановые каучуки марок СКУ-8А и СКУ-8ТБ, обладающие низкой газопроницаемостью и высокой эластичностью [14];

– смесь этиленпропиленового каучука марки СКЭПТ-40, обладающего высокой эластичностью, морозостойкостью и термостойкостью, с бутилкаучуком марки БК-1675Н, обладающего высокой газо- и паронепроницаемостью, тепло- и химической стойкостью [15];

– силоксановый каучук марки СКТ, обладающий хорошими водостойкими и гидрофобными свойствами, имеющий высокую тепло- и атмосферостойкость [16].

Для исследований изготовлено шесть вариантов экспериментальных полимерных композиций следующих составов:

– варианты 1, 2, 3 – на основе каучука СКУ-8ТБ с содержанием наполнителя ТiО₂ соответственно5; 10 и 15 мас. ч.;

– вариант 4 – на основе каучука СКУ-8А с содержанием наполнителя ТiО₂: 10 мас. ч.;

– вариант 5 – на основе смеси каучука СКЭПТ-40+БК-1675Н с введением ускорителя вулканизации, активатора, наполнителя;

– состав 6 – на основе каучука СКТ с введением катализатора, активатора, наполнителя.

Композиции на основе полиуретановых каучуков СКУ-8ТБ, СКУ-8А и смеси каучуков СКЭПТ-40+БК-1675Н изготавливали на вальцах путем поочередного введения компонентов. Затем проводили растворение смеси. Полноту растворения смеси определяли визуально – раствор не должен содержать комков. Соотношение массы вальцованной смеси к массе растворителя составляло: 1:2,1 – для СКУ-8ТБ; 1:1,5 – для СКУ-8А; 1:2,0 – для СКЭПТ-40+БК-1675Н.

Перед нанесением полиуретановой полимерной композиции на ткань в растворенную смесь добавляли полиизоцианат (ПИЦ) в расчете 100 г ПИЦ на 1000 г полиуретанового каучука.

Полимерную композицию на основе каучука СКТ изготавливали путем поочередного введения и перемешивания компонентов в раствор каучука СКТ.

Изготовлены экспериментальные образцы материала для баллонета на основе:

– полимерных композиций вариантов 1–4 (каучуки СКУ-8А и СКУ-8ТБ) и технических тканей арт. 56026, арт. 8482, арт. 56038, арт. 21699, арт. 5356 и арт. 208;

– полимерных составов 5 и 6 (смеси каучуков СКЭПТ-40+БК-1675Н и каучука СКТ) и технических тканей арт. 5356 и арт. 8482.

Нанесение и формирование двухстороннего полимерного покрытия осуществляли непосредственно на тканях послойно с промежуточной сушкой каждого слоя [17].

Исследование свойств материалов проводили по следующим стандартам:

– масса 1 м² (поверхностная плотность) по ГОСТ 17073;

– разрывная нагрузка по ГОСТ 173160;

– сопротивление раздиранию по ГОСТ 17074;

– устойчивость к многократному изгибу по методике ОАО «НИИРП» МЗ38405712–90;

– воздухонепроницаемость на приборе «Градовец» по методике ОАО «НИИРП» М38-59-221–2002;

– водородонепроницаемость по методике ОАО «НИИРП» М38 Заг 405629–86;

– сохранение герметичности по ММ1-595-20-363–2008.

Испытания на устойчивость к многократному изгибу, воздухонепроницаемость на приборе «Градовец», водородонепроницаемость проводили в ОАО «НИИРП».

Определение воздухонепроницаемости на приборе «Градовец» базируется на поддержании в течение определенного времени избыточного давления воздуха, воздействующего на образец испытуемого материала. Образец Æ505 мм (диаметр рабочего участка 350 мм) размещают между камерой и упорным кольцом технического устройства, зажимают под воздействием избыточного давления воздуха, создаваемого пневмоцилиндром. В рабочую камеру подают воздух до достижения избыточного давления (заданного условиями испытаний) и поддерживаемого в течение времени, заданного условиями испытаний. Утечку воздуха или герметичность контролируют, нанося мыльный раствор на поверхность образца и наблюдая за появлением или отсутствием пузырьков на поверхности образца.

Сущность метода по определению водородонепроницаемости заключается в измерении объемной концентрации водорода, прошедшего за определенный промежуток времени через заданную площадь образца в верхнюю камеру устройства.

Метод по определению сохранения герметичности основан на воздействии заданного избыточного давления, создаваемого внутри герметичного цилиндра, на исследуемый образец материала, закрепленный на лицевой стенке цилиндра, и определении времени, в течение которого избыточное давление внутри испытательного модуля не уменьшается (снижение давления не превышает допустимое значение).

Результаты и обсуждение

Результаты исследования физических свойств экспериментальных образцов тканепленочных материалов для баллонета представлены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты исследования физических свойств опытных образцов материалов

для баллонета

Изготовленные образцы имели массу 1 м² – от 350 до 375 г, привес от покрытия составлял – от 172 до 209 г/м². Меньшей жесткостью и наибольшей эластичностью (пластичностью) обладали образцы с покрытием на основе СКЭПТ+БК-1675Н и СКТ.

Для проведения испытаний на воздухопроницаемость выбраны образцы 6 (ткань арт. 8482+каучук СКУ-8ТБ+15% ТiО₂); 16 (ткань арт. 208+каучук СКУ-8ТБ+15% ТiО₂); 23 (ткань арт. 8482+каучук СКЭПТ+БК-1675Н); 24 (ткань арт. 208+каучук СКЭПТ++БК-1675Н), которые соответственно имели следующие показатели: 683,3; 20,9; 815,5; 3,60 л/(м²·сут). Видно, что меньшей воздухопроницаемостью обладали образцы 16 и 24, которые изготовлены на производственном оборудовании. Результаты исследования их свойств (средние значения) приведены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты исследования свойств тканепленочных материалов для баллонета,

изготовленных на производственном оборудовании

Результаты испытаний показали, что материал, изготовленный на основе полиэфирной ткани арт. 208 и полиуретанового каучука СКУ-8ТБ, имеет высокие прочностные показатели, устойчив к многократному изгибу, воздухонепроницаем при избыточном давлении 0,05–0,15 кгс/см² в течение 60 мин.

Заключения

Проведенные исследования по разработке материала для надувных трапов (баллонетов) для аварийного покидания вертолета членами экипажа показали, что наилучший комплекс свойств имеет тканепленочный материал, изготовленный на основе полиэфирной ткани арт. 208 и полиуретанового каучука СКУ-8ТБ. На основе полученных результатов материал рекомендован к опробованию в составе баллонета пневматического трапа для аварийного покидания кабины вертолета.

В дальнейшем исследования данного материала будут продолжены для подтверждения сохраняемости служебных характеристик при воздействии эксплуатационно-климатических факторов (повышенная температура, влажность, плесневые грибы, воздействие влажного тропического климата и др.) на его свойства, что является важным для материалов данного назначения.