Журнал "Воздухоплаватель"

ТКАНИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБОЛОЧЕК ТЕПЛОВЫХ АЭРОСТАТОВ

В статье приводятся характеристики и особенности некоторых тканей, используемых для пошива оболочек тепловых аэростатов в России.
Fabrics, used for manufacturing of hot-air balloon envelopes
Characteristics and peculiarities of some types of fabrics, which are used for manufacturing of hot-air balloon envelopes in Russia, are given in this article.

Тканей, применяемых во всём мире с начала 60-х годов 20-го века до сегодняшнего дня при изготовлении оболочек тепловых аэростатов, великое множество, и так как нельзя объять необъятное, то в статье дан обзор тканей, применяемых для пошива оболочек в СССР и России. Обзор этот, разумеется, не полный и субъективный, т.к. в нём описаны только те ткани, характеристики которых известны автору и которые применялись при изготовлении серий оболочек хотя бы из двух-трёх штук.

История современных российских тепловых аэростатов насчитывает немногим более двадцати лет. С некоторой долей условности все применяемые ткани можно разбить на три группы по свойствам, стране изготовления и времени их применения в конструкции оболочек.

1. 1990-1998 гг. Оболочки шьются в основном из отечественных тканей. Чаще всего используются полиэфирные (лавсановые) ткани с двойным акриловым покрытием Балашовского текстильного комбината с поверхностной плотностью 73-80 г/м2 типа С 22 и С 42. При производстве ткани используется волокно Могилёвского химкомбината. Основное достоинство этой ткани – замечательная стойкость к действию ультрафиолета и к небрежному хранению при повышенной влажности. Оболочки из такой ткани получились «вечными», все они до сих пор успешно проходят проверку на прочность. Автор не знает ни одного случая, чтобы оболочки из этой ткани не прошли периодические испытания на прочность, все они, независимо от налёта, держат проверочное усилие на разрыв 14 кг. Лавсан негигроскопичен, химически стоек и стабилен, не боится биоповреждений. Эластичное акриловое покрытие обеспечивает достаточную прочность ткани на раздирание, т.к. позволяет отдельным волокнам ткани сближаться под действием раздирающей нагрузки и сопротивляться ей совместно. Недостатки этой ткани – относительно большой вес, как правило, неяркие, блёклые цвета и высокая по сравнению с современными тканями воздухопроницаемость, которая изначально сильно менялась в зависимости от цвета, партии и даже конкретного рулона ткани. Кроме того, акриловое покрытие имеет свойство увеличивать воздухопроницаемость в процессе эксплуатации оболочки, особенно при перегревах.

Аналогичными свойствами обладает и отечественная лавсановая ткань Л-10-1029 с акриловым покрытием и поверхностной плотностью 70-75 г/м2, которая использовалась в оболочках производства ДКБА. Ткань изготавливалась Наро-Фоминским текстильным комбинатом из волокна Могилёвского химкомбината и, вероятно, поэтому тоже получилась «вечной». По сравнению с тканью из Балашова, цвета Л-10-1029 более яркие и насыщенные, значение воздухопроницаемости имеет меньший разброс в зависимости от цвета и номера партии, хотя по абсолютным величинам воздухопроницаемость достаточно большая, как и у балашовского лавсана.

Часть оболочек этого периода сшита из специальной английской ткани, которую применял Камерон в своих оболочках, а именно из ткани Carrington N 1053. Эта ткань – каркасированный нейлон с плетением рип-стоп 4х4 мм, односторонним полиуретановым покрытием и дополнительной защитной обработкой фторуглеродом. Ткань относительно лёгкая – 57-62 г/м2, цвета новой ткани яркие, но затем некоторые быстро блёкнут и выгорают при эксплуатации оболочки. Волокно ткани содержит светостабилизаторы, поэтому стойкость к ультрафиолету у неё достаточно высокая. Кроме того, ткань обработана фторуглеродом (фторопластом) для защиты от биоповреждений и дополнительной защиты от ультрафиолета. Ткань имеет очень неплохую для полиуретанового покрытия прочность на раздирание – не менее 5 кг. Недостатки ткани – во-первых, очень большая гигроскопичность. Ткань тянет влагу из воздуха как насос, даже лёжа в сумке. Это создаёт идеальную среду для размножения плесени, которая там со временем обязательно заводится, несмотря на защиту от биоповреждений. Об этом сразу же сообщает неприятный запах, свойственный почти всем старым оболочкам из такой ткани.

Второй существенный недостаток – из-за обработки волокна фторуглеродом адгезия полиуретанового покрытия к волокнам ткани относительно слабая, поэтому в процессе эксплуатации целостность покрытия нарушается, и воздухопроницаемость ткани многократно увеличивается. При этом растёт расход газа, особенно при полёте с полной загрузкой, а ветроустойчивость оболочки снижается настолько, что уже при ветре 5-6 м/сек на оболочке образуются глубокие «ложки» большой площади, и с ней становится очень трудно работать на привязи.

Есть и другие недостатки, а именно – меньшая по сравнению с лавсаном (полиэстером) теплостойкость и со временем постепенная потеря прочности (деструкция) любой нейлоновой ткани, даже при хранении на складе в идеальных условиях. Это связано с химической и физической неустойчивостью полиамидного волокна нейлона (капрона). По этой причине, например, максимальный срок годности отечественных парашютов с куполом из капрона – 20 лет с момента изготовления, независимо от количества применений и условий хранения. Если при изготовлении полиамидного волокна в него добавлялись специальные вещества – стабилизаторы, то скорость деструкции ткани из такого волокна существенно уменьшается. Например, ткань оболочки, изготовленной из Carrington N 1053 в начале 1992 года, до сих пор держит проверочную нагрузку на разрыв 14 кг, что позволяет предположить наличие стабилизаторов в волокнах этой ткани.

Ещё одна ткань, из которой шились оболочки в этот период – отечественная специализированная каркасная (рип-стоп) ткань «Шар-1» обр. 92-200 для производства тепловых аэростатов и парапланов. Ткань выпускалась Наро-Фоминским текстильным комбинатом из полиэфирного (лавсанового) волокна по ТУ 17 РФ 18-87-01-94. Поверхностная плотность ткани 64-70 г/м2, т.е. она легче ткани Балашовского текстильного комбината и наро-фоминского лавсана Л-10-1029. На этом её достоинства заканчиваются.

Недостатков больше. Во-первых, изначально невысокая прочность ткани на разрыв (примерно на 20% меньше, чем у ткани Carrington N 1053) достаточно быстро снижалась в процессе эксплуатации под действием ультрафиолета и нагрева, чего у лавсановой ткани быть не должно в принципе. Трудно сказать, что явилось причиной этого – возможно, недостаточно качественное полиэфирное волокно. Воздуходержащее покрытие наносилось на ткань с явными нарушениями техпроцесса, т.к. оно почти во всех партиях этой ткани не полимеризовывалось до конца и оставалось липким на всё время жизни оболочек. В меньшей степени такие проблемы с покрытием наблюдаются и у ткани Л-10-1029.

Во-вторых, по ТУ 17 РФ 18-87-01-94 воздухопроницаемость новой ткани «Шар-1» была в 15 раз больше, чем у английской ткани Carrington N 1053, которая и сама не была образцом ткани с малой воздухопроницаемостью.

Эти особенности ткани «Шар-1» привели к тому, что ресурс оболочек, изготовленных из неё, оказался относительно небольшим, и в настоящее время практически все эти оболочки выведены из эксплуатации из-за потери прочности ткани.
Очень интересна импортная ткань, которая стала применяться в конце описываемого периода – это специальная ткань для оболочек тепловых аэростатов фирмы Gelvenor Textiles из Южной Африки. Ткань называется LCN273BK-CH, имеет поверхностную плотность 64-68 г/м2 и представляет собой нейлон с плетением рип-стоп 4х4 мм с силиконовым покрытием. Цвета ткани яркие, насыщенные. Силиконовое покрытие на ткани очень стойкое, воздухопроницаемость ткани в процессе эксплуатации не увеличивается. Плетение рип-стоп и эластичность силиконового покрытия обеспечивает высокую прочность ткани на раздирание – не менее 6 кг. Кроме того, силиконовое покрытие хорошо защищает нейлон от действия ультрафиолета и биоповреждений. Колонии плесневых грибков на поверхности оболочек из этой ткани не наблюдались.
Из недостатков этой ткани следует отметить низкую светостойкость светлых красителей в ткани, они сильно выгорают при налёте в 150 часов. Ткань белого цвета при эксплуатации теряет прочность быстрее всего, что, вероятно, вызвано химическим отбеливанием волокон ткани.

Кроме того, ткань LCN273BK-CH очень чувствительна к перегреву: она быстро сереет и обесцвечивается (это маркер перегрева), становится жёсткой и «пергаментной», теряя прочность.

2. 1998-2003 гг. Лавсан с акриловым покрытием Балашовского текстильного комбината уже не выпускается. Зато на рынке появилась применяемая и сейчас ткань Taffeta с полиуретановым покрытием, гладкая и с рип-стопом 4х4 мм, с поверхностной плотностью 75-85 г/м2 и линейной плотностью волокна 185-210 текс (обозначается Taffeta 185Т-210Т PU, чаще всего используется Taffeta 190Т PU). Слово Taffeta означает ткань с полотняным переплетением волокон. Первоначально таффета изготавливалась из нейлона и поставлялась в Россию из Тайваня и Южной Кореи. В странах-изготовителях эта ткань позиционируется как курточно-плащевая, т.е. она не разрабатывалась специально для тепловых аэростатов. В скором времени на рынке появляются и более тепло- и светостойкие южно-корейские таффеты на основе полиэстера.

Положительные свойства таффеты с полиуретановым покрытием – это прежде всего очень стабильные воздуходержащие свойства ткани, воздухопроницаемость которой практически не увеличивается в процессе эксплуатации оболочки. Надо сказать, что с определением воздухопроницаемости у таффеты всё не просто. Так как она, по сути, является плащевой тканью, то и непосредственно воздухопроницаемость в литрах на квадратный метр в секунду, которая присутствует в паспорте на каждый рулон всех специальных аэростатных и парашютных тканей, у этой ткани на заводе-изготовителе не определяется и не нормируется. Вместо воздухопроницаемости указываются водоупорные свойства ткани в мм водяного столба. Опытным путём установлено, что достаточно хорошие воздуходержащие свойства имеет таффета с покрытием не менее чем 1000 мм воды. Сейчас на рынке имеются таффеты с полиуретановым покрытием на 500, 1000, 1500, 2000, 3000, 6000 мм воды и более. Как правило, чем больше значение водоупорности, тем таффета тяжелее из-за более толстой плёнки полиуретана. При этом определить воздуходержащие свойства ткани непосредственно из значений водоупорности нельзя, т.к. воздухопроницаемость ткани, держащей 2000 мм воды, может быть гораздо меньше, чем у ткани с водоупорностью 3000 мм воды, т.к. более толстое и тяжёлое покрытие на 3000 мм воды может быть более пористым. Более того, воздухопроницаемость таффеты даже в одной партии может сильно изменяться в зависимости от цвета ткани, поэтому в случае с таффетой очень желательны приборные измерения воздухопроницаемости всех рулонов ткани, предназначенной для изготовления оболочки. В целом можно сказать, что если изначально воздухопроницаемость таффеты с полиуретаном была малой, то она такой и останется на весь срок службы оболочки аэростата независимо от условий хранения, перегревов и т.п. Цвета ткани яркие, выбор цветов, постоянно имеющихся на складах фирм-поставщиков ткани, достаточно разнообразен.

Недостатки таффеты с полиуретановым покрытием являются продолжением её достоинств. Это прежде всего малая прочность ткани на раздирание и сильная повреждаемость волокон ткани при шитье. Полиуретановое покрытие таффет имеет очень большую адгезию к волокнам ткани, которые оказываются прочно зафиксированными в матрице «ткань-покрытие» и практически изолированными друг от друга. Поэтому при работе ткани на раздирание волокна не могут сблизиться и работать совместно, они воспринимают раздирающую нагрузку и разрываются последовательно, друг за другом. Прочность ткани на раздирание получается низкой, не более 2,0 кг. Разрывы на оболочке могут появиться при зацепе за любую веточку и даже жёсткую прошлогоднюю траву, и имеют склонность к быстрому увеличению по длине. При проколе ткани иглой швейной машинки волокна ткани с таким покрытием не могут уйти из-под кончика иглы вбок – и обрываются. Прорубка ткани получается очень сильной, прочность шва «в замок» снижается до 60-65% от прочности ткани против обычной прочности шва «в замок» 80-85%.

Ещё недостаток – полиуретановое покрытие сильно «дубеет» на морозе, жёсткость ткани при -20°С увеличивается настолько, что уложить оболочку в сумку становится очень трудно. Полиуретановое покрытие таффет одностороннее, и при изготовлении оболочки оно оказывается внутри неё и не защищает волокна ткани от ультрафиолета, влаги и загрязнений.
В этот период времени для изготовления оболочек, помимо уже упомянутых таффет и гельвенора LCN273BK-CH, применялись и другие импортные ткани – например, английский гиперласт Carrington N 2369. Это ткань из высокопрочного нейлонового волокна с силиконовым покрытием и поверхностной плотностью 80-90 г/м2. Помимо замечательной прочности на разрыв, на 50-80% превышающую прочность остальных тканей, применяемых в изготовлении оболочек тепловых аэростатов, гиперласт обладает очень большой прочностью на раздирание – не менее 40 кг! Силиконовое покрытие гиперласта эластичное, его жёсткость на морозе увеличивается незначительно, оболочка убирается в сумку без проблем. Из недостатков гиперласта следует отметить то, что воздухопроницаемость его покрытия со временем растёт, увеличиваясь пропорционально количеству циклов раскладывания-складывания оболочки в сумку, т.е. адгезия силиконового покрытия гиперласта к волокнам ткани недостаточная.

Другая импортная ткань, применяемая в России и созданная специально для оболочек тепловых аэростатов – это 70D Nyl Rip T66 SILICONE производства Westmark Corp., США. Волокно ткани – нейлон, поверхностная плотность 80-90 г/м2. Воздухопроницаемость силиконового покрытия этой ткани, в отличие от английского гиперласта, при эксплуатации оболочки не увеличивается, оставаясь стабильно малой. Прочность на раздирание – вторая после гиперласта, не менее 14 кг. Цвета ткани яркие и светостойкие, за исключением ткани белого цвета, светостойкость которой, как и в случае с тканью гельвенор LCN273BK-CH, заметно меньше. Ресурс оболочек из ткани 70D Nyl Rip T66 SILICONE получается в среднем вдвое больше, чем у оболочек из ткани Taffeta 190T PU 2000 мм. Относительным недостатком этой ткани можно считать лишь её высокую стоимость.

3. 2003-2013 гг. Осенью 2003 года автору пришлось проанализировать опыт интенсивной рекламной эксплуатации оболочки аэростата «Мобильные ТелеСистемы». При её изготовлении в январе 2002 года два верхних яруса от кромки полюсного отверстия, т.е два самых тепло- и светонагруженных яруса, были сшиты из экспериментальной полиэстеровой ткани фирмы Carrington с силиконовым покрытием, которая оказалась в распоряжении автора в общем-то случайно. Остальная часть оболочки шилась из нейлоновой таффеты 190Т с полиуретановым покрытием производства Тайваня и Южной Кореи. Оказалось, что через полтора года нещадной эксплуатации оболочки, в основном в привязном режиме, с перегревами, в сильный ветер или при жаре +45°С, при общем налёте в 170 часов нейлоновая таффета рвалась при проверочном усилии 5-7 кг, а экспериментальный Carrington с силиконовым покрытием без проблем выдерживал 14 кг. Стало очевидно, что «вторую» оболочку МТС, которую заказали на сезон 2004 года, да и все другие оболочки желательно шить из подобной ткани, т.е. из полиэстера с силиконовым покрытием. Осталось понять, где взять такую ткань, т.к. английская фирма Carrington в 2001 году перестала заниматься выпуском технических тканей для аэростатов и парашютов. В надежде решить эту проблему я поехал на ВВЦ, на осеннюю выставку «Технический Текстиль – 2003». Общение с представителями российских текстильных комбинатов ничего не дало. На стенде южнокорейской фирмы DUEK KEUM T C CO LTD увидел образцы полиэстеровой таффеты 210Т (POLY TAFFETA 210T R/S) с непривычно мелким рип-стопом 3х3 мм и полиуретановым покрытием на 3000 мм воды, что тогда тоже было редкостью. Ткань так понравилась, что сразу же решил купить её для пошива оболочки собственного аэростата. Пообщался со специалистами московского представительства этой фирмы и с их помощью с корейцами, и услышал наконец-то, что они готовы попробовать изготовить такую POLY TAFFETA 210Т R/S c силиконовым покрытием, причём пообещали, что удорожание ткани будет не более чем на 30% по сравнению с полиуретановым покрытием.

С этим радостным известием я и вернулся с выставки на родное предприятие. Там мы посидели, подумали и составили техническое задание на ткань Poly TAFFETA R/S 3000 mm silicon, включающее:
- Хорошая адгезия воздуходержащего покрытия ткани. Покрытие не должно отслаиваться от ткани при многократном скольжении слоев ткани друг относительно друга.
- Минимальная повреждаемость волокон ткани при шитье иглой N 130. Снижение прочности на разрыв прошитого иглой N 130 образца ткани не более 20%.
- Устойчивость ткани к истиранию – не менее 2200 циклов.
- Цвет готовой ткани должен точно соответствовать предоставленным образцам.
Основная часть технического задания была написана на английском языке, а на грамотный перевод словесных пожеланий и дополнений моего знания английского уже не хватило, но московские сотрудники корейской фирмы заверили, что они сами всё переведут в лучшем виде. Отправили техническое задание и цвета тогдашнего логотипа МТС в представительство фирмы в Москву и стали ждать ответа. Перед самым Новым годом из Кореи пришёл долгожданный факс. По прочности на разрыв и на раздирание ткань получилась в точности как в ТЗ, а по поверхностной плотности даже легче – 78 г/м2. При этом в московском офисе фирмы особо отметили, что южнокорейские текстильщики готовы делать такую ткань только как курточно-плащевую, а не аэростатную, поэтому измерять воздухопроницаемость ткани в литрах на квадратный метр в секунду они не будут, а готовы проверять и гарантировать показатель водоупорности в 3000 мм воды. Минимальное количество ткани одного цвета – 1000 метров. Всё это в принципе нас устраивало, сделали заказ на ткань красного, синего и желтого цвета, и в феврале 2004 года эта ткань оказалась на предприятии, а в марте из неё сшили вторую оболочку МТС. По имеющимся у автора данным, это была первая в России оболочка, изготовленная из южнокорейской полиэстеровой таффеты с силиконовым покрытием. Позднее из этой ткани сшили для МТС оболочку спецформы «Яйцо» и несколько классических оболочек.

«Первый блин» не получился комом, ткань прошла жёсткую проверку на свето- и теплостойкость длительной эксплуатацией второй оболочки МТС и недельным вылёживанием под жарким июльским солнцем и грозовыми дождями в лесах Красноармейского полигона в бытность этой оболочки уже просто аэростатом «Желтый». Однако в процессе эксплуатации у неё обнаружился существенный недостаток – воздухопроницаемость силиконового покрытия на этой ткани быстро увеличивалась при эксплуатации оболочки, хотя состояния типа «марля», как это бывало с хорошо поработавшей тканью Carrington N 1053, всё же не получалось. Обеспечить стойкость силиконового покрытия на фабрике не смогли, и надо было искать нового поставщика аналогичной ткани.

Такой поставщик появился в начале 2007 года. Им стала фирма, известная всем российским производителям аэростатов, парашютов и парапланов – ООО «Айсберг-Текстиль». Я рассказал коммерческому директору фирмы Ларисе Гуляевой о ткани южнокорейской фирмы DUEK KEUM T C CO LTD и с нетерпением ждал образцов полиэстера с силиконом, которые «Айсберг-Текстиль» заказал на другой фабрике в Южной Кореи. Это была гладкая, без рип-стопа, таффета, изготовленная из полиэстерового волокна с линейной плотностью 190 текс с силиконовым покрытием и поверхностной плотностью 69-
70 г/м2. Проверка воздухопроницаемости ткани показала, что она меньше, чем у гиперласта, и, главное, не увеличивается при многократном складывании ткани и трении образцов друг о друга. Прочность ткани на раздирание получилась не хуже, чем у ткани фирмы DUEK KEUM T C CO LTD – те же 10 кг. Единственное, что вызывало опасения – когда я попробовал нагрузить шов «в замок» из этой ткани нагрузкой в 20 кг на длине 25 мм, то за счёт скольжения волокон ткани, так называемой раздвижки ткани, по линиям действия нагрузки около шва по стежкам образовались зубья из волокон ткани длиной до 10 мм, а сам шов сильно деформировался по ширине. При этом расстояние между строчками шва уменьшилось с восьми миллиметров до двух, и казалось что шов вот-вот разойдётся. Однако он провисел под нагрузкой 20 кг целую неделю – и не разошёлся. Понимая, что при реальной эксплуатации аэростата удельная нагрузка на шов меньше в несколько раз, мы решили рискнуть и сшить из новой ткани оболочку «Баталия» для заказчиков из Кунгура, честно рассказав перед этим о своих опасениях и получив от них «добро» на пошив. Насколько мне известно, «Баталия» была первой оболочкой, сшитой из новой ткани ООО «Айсберг-Текстиль». Она успешно работает с апреля 2007 года по сей день, налетав уже более 500 часов. Позднее в ООО «Айсберг-Текстиль» появилась аналогичная ткань с рип-стопом 4х4 мм.

Эта южнокорейская POLY TAFFETA 190T SILICONE сегодня, по мнению автора, является самой оптимальной по соотношению цена/качество тканью для изготовления оболочек тепловых аэростатов в России. Ткань относительно лёгкая, у неё хорошая прочность на разрыв и раздирание, био-, свето- и теплостойкость, яркие и светоустойчивые цвета. Воздухопроницаемость ткани небольшая и не увеличивается при эксплуатации оболочки. Из недостатков следует отметить, что воздухопроницаемость ткани сильно отличается в разных партиях ткани, для разных цветов в одной партии, и даже в разных рулонах одной партии и одного цвета, поэтому требуется обязательная инструментальная проверка воздухопроницаемости каждого рулона.
Александр Кузин