Введение

Согласно данным статистики летных происшествий, одной из причин гибели людей на воздушном транспорте является пожар. Можно выделить три основные категории пожаров: на стоянке, в полете и вследствие аварийной посадки [1]. Поэтому одной из основных характеристик полимерных материалов, используемых в авиационной технике, является пожаробезопасность, что отмечено и в других работах [2–3]. Для сведения к минимуму возможности возникновения пожара на борту авиационного судна, к материалам, применяемым на воздушных судах, предъявляются жесткие требования по пожаробезопасности.

Кроме того, для возможности быстрой эвакуации пассажиров и членов экипажа, в случае возникновения серьезной внештатной аварийной ситуации на земле, предусмотрено наличие надувных аварийных спасательных трапов. Необходимость их использования объясняется тем, что аварийные выходы располагаются на высоте ~3–5 м.

На материалы, применяемые для изготовления спасательных трапов (надувной оболочки и дорожки скольжения), распространяются требования международного технического стандарта TSO-C69c, включающие в себя нормы по пожаробезопасности, прочности, грибостойкости и другие [4].

В настоящее время на российских самолетах (Ту-154, Ил-62, Ил-86, Ту-214, Ил-96М, Ту-204) применяются отечественные спасательные средства на основе прорезиненных тканей или зарубежные материалы преимущественно с полиуретановым покрытием. Недостатками отечественных спасательных средств являются большая масса, несоответствие требованиям технического стандарта TSO-C69c по сохранению рабочего давления газа в надувной оболочке при воздействии теплового излучения мощностью 1,7 Вт/см² в течение 180 с, горючести и/или электропроводимости (для дорожки скольжения) [4].

Зарубежные производители используют в качестве силовой основы материала оболочки спасательных трапов ткань из полиамида Nylon-6,6 (найлон), в качестве покрытия с лицевой стороны – композицию на основе алюминизированного полиэфируретана, а с внутренней стороны – на основе полиэфируретана с добавлением антипирена. Так, в качестве дорожки скольжения предлагается использовать многослойный материал, включающий тканевую основу с массой 1 м² 160 г, изготовленную из найлоновой нити линейной плотностью 210 денье, и нанесенные на нее с обеих сторон слои покрытия на основе термореактивного полиуретанового эластомера, содержащие в качестве замедлителя горения антипирен в форме игольчатых кристаллов с длиной зерна ≤100 мкм и содержанием брома в количестве не менее чем 50%, а на внешнюю сторону материала нанесено покрытие, содержащее дополнительно алюминиевый порошок [5]. Известна также ткань, рекомендуемая к применению для дорожки скольжения аварийного трапа и обеспечивающая стекание статического электрического заряда, изготовленная на основе электропроводящих волокон и содержащая углеродные частицы [6].

Среди российских разработок следует отметить токопроводящую ткань, снижающую воздействие электромагнитного излучения, состоящую из переплетенных между собой основных и уточных электропроводных и электроизоляционных нитей [7]. Недостатком данной ткани является отсутствие полимерного покрытия и, как следствие, возможность ожогов от трения при скольжении по трапу, а также низкая устойчивость данного материала к истиранию.

Целью данной работы является проведение расширенных исследований свойств тканепленочного материала марки ВРТ-10, предназначенного для дорожки скольжения спасательного трапа в исходном состоянии, и исследование влияния старения на свойства материала.

Результаты

В ранее представленных работах [8, 9] был обоснован выбор тканевой основы и состава полимерного покрытия, используемых при разработке тканепленочного материала для дорожки скольжения спасательного трапа. В данной статье представлены расширенные исследования свойств тканепленочного материала марки ВРТ-10 для дорожки скольжения, представляющего собой полимерный композиционный материал, изготовленный на основе технической ткани, с двухсторонним антипирированным покрытием и электропроводящим покрытием с лицевой стороны. В состав антипирированного покрытия входят каучук СКУ-8А, фторкаучук СКФ-32, наполнитель TiO₂, антипирены, а в состав электропроводящего покрытия – каучук СКУ-8А, фторкаучук СКФ-32 и углеродный наноструктурированный материал «Таунит-М». Использование углеродных наноматериалов в качестве проводящих веществ отражено и в других работах [10–12].

Для вулканизации полимерных систем использовали сшивающий агент – полиизоцианат.

В качестве основы материала ВРТ-10 выбрана полиэфирная ткань полотняного переплетения с поверхностной плотностью ~180 г/м², разрывной нагрузкой по основе/утку соответственно 2410/2065 Н/50 мм или прочностью при разрыве 48,2/41,3 Н/см (по основе/по утку), удлинением при разрыве 23,3/16,9% (по основе/по утку).

Нанесение двухстороннего полимерного покрытия осуществлялось непосредственно на ткань послойно прямым способом из раствора полимерной композиции с промежуточной сушкой каждого сформированного слоя. Сначала формировали антипирированное покрытие на изнаночной стороне материала, затем – на лицевой до необходимого привеса, после этого на лицевую сторону наносили электропроводящее покрытие. Температура сушки материала 120°С. Вулканизацию покрытия проводили на вулканизующем каландрующем прессе «Бузулук» при температуре 160°С и скорости движения полотна 6 м/мин.

Определение технических характеристик материала ВРТ-10 и оценку его соответствия требованиям стандарта TSO-C69c проводили на партии материала, изготовленного на промышленном оборудовании.

Основными регламентирующими показателями, предъявляемыми к материалам для изготовления дорожки скольжения спасательного трапа, в соответствии с требованиями технического стандарта TSO-C69c, являются: прочность при разрыве по основе/по утку – не менее 340 Н/см; сопротивление раздиранию по основе/по утку – менее 89×89 Н/см; пожаробезопасность – пониженная горючесть в соответствии с требованиями 14 CFR §25.853(а), Приложение F, часть I (а) (1) (ii) от 6 марта 1995 г., max/FS 191a метод 5970; грибостойкость – материалы не должны поддерживать рост плесени; отсутствие статического электричества, т. е. материалы не должны накапливать статическое электричество. Кроме того, для всех материалов воздушных судов актуальна весовая эффективность материала, в данном случае материала дорожки скольжения – минимально возможная поверхностная плотность при сохранении других свойств.

Свойства материала ВРТ-10 в исходном состоянии представлены в табл. 1.

Видно, что тканепленочный материал марки ВРТ-10 в исходном состоянии отвечает требованиям стандарта TSO-С69c по прочностным характеристикам (прочности при разрыве) и имеет высокое значение нагрузки при раздирании.

Материал имеет низкое значение электрического сопротивления, которое не способствует образованию статического электричества в количестве, достаточном для получения искры, приводящей к опасности возникновения пожара.

Требования по горючести материалов, применяемых на воздушном судне, являются обязательными и отражены в отечественных авиационных правилах АП-25, Приложение F, часть 1, и требованиях FAR-25.

Результаты испытания материала ВРТ-10 на горючесть приведены в табл. 2.

Таблица 1

Свойства тканепленочного материала ВРТ-10 в исходном состоянии (средние значения)

Таблица 2

Результаты испытания тканепленочного материала ВРТ-10

толщиной 0,29 мм на горючесть (средние значения)

Проведенные исследования тканепленочного материала ВРТ-10 для дорожки скольжения спасательных трапов показали, что он удовлетворяет требованиям АП-25 по пожаробезопасности и классифицируется по ОСТ 1.900.94–79 как самозатухающий. Необходимая степень пожарной безопасности тканепленочного материала была достигнута благодаря использованию антипиренов в составе полимерного покрытия.

Большое значение для авиационных материалов, используемых при изготовлении средств спасения, имеет их устойчивость к воздействию микологической среды (грибостойкость). Оценку свойств материала ВРТ-10 на грибостойкость проводили
после выдержки в течение 3 мес в средах: при влажности φ=98% и φ=98%+микологическая среда. Обрастание грибами составило 0–1 балл, что указывает на стойкость материала к микологической среде.

Согласно требованиям стандарта TSO-C69c, материалы, используемые для изготовления трапов, проходят испытания на воздействие: температуры ~67–73°С в течение ≥168 ч и охлаждения при 20–22°С – не менее 16 и не более 96 ч; температуры ~56–60°С в течение 50 дней. Материалы должны сохранять первоначальные физические свойства (по крайней мере на 90%) после испытаний на старение.

В данной работе проведены исследования свойств тканепленочного материала ВРТ-10 после следующих воздействий:

– теплового ресурса (ОСТ 6-10-422–78) при температурах: 80°С в течение 200 ч, 100°С в течение 100 и 200 ч;

– циклического перепада температур (ГОСТ 9.707–81) в течение 8 циклов (1 цикл:
-60°С, 1 ч+выдержка при комнатной температуре 0,5 ч+100°С, 1 ч+выдержка при комнатной температуре 0,5 ч);

– тропической камеры (СТП 1-595-20-100–2002) в течение 1 и 3 мес по режиму: 8 ч при 50°С, φ=98%+12 ч при 20°С, φ=98%+4 ч при 20°С, φ=65%.

Результаты испытания прочностных свойств материала ВРТ-10 после вышеперечисленных воздействий, а также после воздействия влажности (φ=98%) и влажности (φ=98%)+микологическая среда приведены в табл. 3.

Таблица 3

Результаты определения прочностных свойств материала ВРТ-10 (средние значения)

Значения сохранения прочности при разрыве материала ВРТ-10 представлены на рис. 1. Прочность материала в основном зависит от используемой под покрытие текстильной основы. В данном случае использовалась полиэфирная ткань. Такие ткани обладают относительно высокой прочностью, большой долей обратимых деформаций, (особенно при малых нагрузках), высокой светостойкостью, низким влагопоглощением, хорошей термостойкостью. Существенное падение прочности ткани начинается после 180°С, температура плавления полиэфирных волокон составляет 218°С. При воздействии повышенных температур происходит размягчение волокон, снижение прочности ткани, но после охлаждения до 20°С прочность ткани восстанавливается. При действии отрицательных температур прочность таких тканей увеличивается, а удлинение уменьшается, при этом волокно не становится хрупким.

Рисунок 1. Сохранение прочности материала ВРТ-10 после воздействия климатических факторов: в исходном состоянии (♦); 80°С, 200 ч (♦); 100°С, 100 ч (♦); 100°С, 200 ч (♦);
-60⇄+100°С (♦); тропическая камера 1 (♦) и 3 мес (♦); выдержка в течение 3 мес при φ=98% (◊) и φ=98%+микологическая среда (♦)

Полученные в ходе испытаний результаты показали, что материал сохраняет ˃90% своих прочностных свойств после всех воздействий, кроме прочности при разрыве по утку после воздействия температуры 100°С в течение 200 ч (сохранение прочности 81,4%). Причем во многих случаях прочность материала фактически осталась без изменения с учетом того обстоятельства, что отечественные стандарты испытаний на тепловой ресурс проводятся в более жестких условиях.

Показатель сопротивления раздиранию снижается после циклического перепада температур на 10–15%, а возрастает после воздействия положительных температур.

Увеличение прочностных свойств материала можно объяснить присутствием в электропроводящем покрытии углеродных наноматериалов, что подтверждается и работами других авторов [11, 13].

Определено влияние непосредственного воздействия температуры на прочность материала. Сущность испытания заключалась в том, что образец выдерживали в течение 15 мин при непосредственном воздействии пониженной и повышенных температур, а затем при данных температурах разрывали. Результаты определения прочностных свойств материала приведены в табл. 4.

Таблица 4

Результаты определения прочностных свойств тканепленочного материала ВРТ-10
при непосредственном воздействии температур на образец в течение 15 мин

Значения сохранения прочности материала ВРТ-10 представлены на рис. 2.

Рисунок 2. Сохранение прочности материала ВРТ-10 при непосредственном воздействии

температуры: в исходном состоянии (♦); -60°С (♦); +80°С (♦); +100°С (♦); +120°С (♦)

Расчетное время эвакуации пассажиров и членов экипажа 3 мин, в связи с этим время 15 мин относится к длительному воздействию температуры. За это время происходит размягчение волокон и, как следствие, снижение прочности ткани, что и показали результаты испытаний: с увеличением температуры происходит более значительное снижение прочности и удлинения при разрыве материала ВРТ-10. Однако остаточное значение прочности материала остается на высоком уровне.

Измерение величины электрического сопротивления (при постоянном токе) образцов проводили на приборах: мультиметр цифровой АРРА-207 и тераомметр Е6-13 – методом «квадрата». Измерения проводятся с помощью квадратной колодки, представляющей собой неметаллическое основание из изолирующего материала, на которое крепятся латунные электроды, а сверху крепится груз. Электроды устанавливают на поверхность измеряемого материала и определяют их сопротивление постоянному току. Измерение проводят в двух взаимно перпендикулярных направлениях (в продольном и поперечном) в каждой точке измерения. Результаты определения электрического сопротивления тканепленочного материала ВРТ-10 методом «квадрата» (СТП 1-595-19-362–2002) после воздействия климатических испытаний приведены в табл. 5.

Таблица 5

Результаты определения электрического сопротивления (метод «квадрата»)

материала ВРТ-10 после климатических испытаний

Видно, что величина электрического сопротивления изменяется незначительно.

Горючестьтканепленочного материала ВРТ-10 после воздействия климатических факторов не изменилась, материал соответствует требованиям 14 CFR §25.853(а), Приложение F, часть I (а) (1) (ii) от 6 марта 1995 г., max/FS 191a метод 5970, удовлетворяет требованиям АП-25 по пожаробезопасности и классифицируется как самозатухающий.

В табл. 6 приведены свойства зарубежных материалов-аналогов – арт. М-11673 фирмы Air Cruisers Company (США) и SFO-3305-6 фирмы Lamcotes (США), а также отечественного материала арт. 51-ЗТ-031 Барнаульского РТИ.

Таблица 6

Сравнительные характеристики тканепленочных материалов длядорожки скольжения

  * По данным научной литературы.

** По результатам испытаний.

По сравнению с применяемым в настоящее время отечественным материалом арт. 51-ЗТ-031 разработанный тканепленочный материал ВРТ-10 отвечает требованиям АП-25 Приложение F, Часть 1 по горючести, требованиям стандарта TSO-С69c по проводимости (электрическому сопротивлению) и имеет более высокое значение прочности (по основе – на 28,5%, по утку – на 4,7%).

Материал ВРТ-10 сопоставим по свойствам с аналогом – материалом фирмы Air Cruisers Company (США) арт. М-11673. Материал №709, SFO-3305-6 фирмы Lamcotec (США) по сравнению с материалом ВРТ-10 имеет меньшую массу 1 м², более высокие прочностные показатели, но не отвечает требованиям стандарта TSO-С69c по электропроводимости.

При изготовлении спасательного трапа приклеивание дорожки скольжения из материала ВРТ-10 к надувной оболочке из материала ВРТ-9 [14]рекомендуется клеем холодного отверждения ВКР-96 [15, 16]. На клеевой шов с лицевой стороны кистью рекомендуется наносить два слоя теплоотражающего покрытия [17].

Заключение

Разработанный тканепленочный материал ВРТ-10 для дорожки скольжения спасательного трапа соответствует требованиям технического стандарта TSO-C69с и нормам АП-25 по пожаробезопасности – горючести, проводимости, прочности и грибостойкости.

Результаты исследований свойств тканепленочного материала ВРТ-10 в исходном состоянии, после климатических и микологического воздействий, подтверждают его работоспособность при температурах от -60 до +80°С.

Авторы статьи выражают благодарность за помощь в работе инженерам II категории Ю.А. Гертер, И.А. Назарову.

ÿ