Композиционный материал

Полезная модель относится к композиционным материалам на основе нетканых полотен, изготовленных из химических волокон/мононитей или их смеси, которые могут быть использованы в ракетно-космической отрасли или авиастроении в качестве упрочняющих конструкций, а также в жилищном и промышленном строительстве, жилищно-коммунальном хозяйстве, маломерном судостроении. Заявляемый композиционный материал может применяться при производстве корпусов маломерных судов, защитных кожухов, звуко- и теплоизоляции, облицовочных панелей, труб, опор, крепежных конструкций в виде уголков или швеллеров и т.п. Технической задачей заявленной полезной модели является улучшение технических характеристик, повышение экологической и гигиенической безопасности материала для потребителей, снижение материалоемкости конструкционного материала, изготовленного на основе нетканых полотен из полиэфирных, полипропиленовых волокон/мононитей или их смеси. Технический результат заявленной модели выражается в повышении механической прочности на растяжение и изгиб, стойкости к ультрафиолетовому излучению и светопогоде, влагостойкости, экологичности, сокращении компонентов матрицы за счет рационального подбора смеси экологически и гигиенически чистых элементов, составляющих матрицу.

Полезная модель относится к композиционным материалам на основе нетканых полотен, изготовленных из химических волокон/мононитей или их смеси, которые могут быть использованы в ракетно-космической отрасли или авиастроении в качестве упрочняющих конструкций, а также в жилищном и промышленном строительстве, жилищно-коммунальном хозяйстве, маломерном судостроении.

Заявляемый композиционный материал может применяться при производстве корпусов маломерных судов, защитных кожухов, звуко- и теплоизоляции, облицовочных панелей, труб, опор, крепежных конструкций в виде уголков или швеллеров и т.п.

Большинство композитов включают в свой состав матрицу (или связующее) и включенные в нее армирующие элементы (или наполнители). В композитах конструкционного назначения армирующие элементы обычно обеспечивают необходимые механические характеристики материала (прочность, жесткость и т.д.), а матрица обеспечивает совместную работу армирующих элементов и защиту их от механических повреждений и агрессивной химической среды [например, Строим самолет - энциклопедия авиасамоделыцика [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.stroimsamolet.ru/057.php].

Известны композиционные материалы, получаемые с использованием различных армирующих наполнителей и гибридных связующих [см., например, Пат. 2255097. Российская Федерация. Композиционный материал / Кленин Ю.Г. и др.; патентообладатель НЛП «Прикладные перспективные технологии-АпАТэК». - Опубл. 27.06.2005. - Режим доступа: http://www.1.fips.ru; Пат. 2232175. Российская Федерация. Композиционный материал на основе ненасыщенной полиэфирной смолы / Студенцов В.Н., Левкин А.Н., Черемухина И.В.; патентообладатель Саратовский государственный технический университет. - Опубл. 10.07.2004. - Режим доступа: http://www.1.fips.ru].

К числу общих недостатков указанных материалов следует отнести наличие большого количества веществ в составе связующего, в том числе с включением фенолформальдегида, что ограничивает области их использования с точки зрения экологической и гигиенической безопасности для пользователей, а также необходимость термообработки материалов для придания ему необходимых технических характеристик.

Наиболее близким по составу заявленной полезной модели является композиционный материал на основе полиэфирной смолы [Строим самолет - энциклопедия авиасамодельщика [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.stroimsamolet.ru/057.php], который принят за прототип.

Основным недостатком указанного материала являются необходимость экспериментального выбора состава композиции и количественного содержания ее компонентов в зависимости от будущих условий эксплуатации материала. Также к числу недостатков следует отнести использование в качестве армирующего элемента стеклоткани, стеклорогожи, стекломатов и т.д., ухудшающих свои свойства при повышении влажности (до соединения с матрицей), а также низкую устойчивость к перенасыщению смолой. Указанное вызывает необходимость принятия мер, направленных на обеспечение необходимой прочности изготавливаемого композиционного материала, но вызывающих при этом повышение трудоемкости, материалоемкости и стоимости его изготовления.

Технической задачей заявленной полезной модели является улучшение технических характеристик, повышение экологической и гигиенической безопасности материала для потребителей, снижение материалоемкости конструкционного материала, изготовленного на основе нетканых полотен из полиэфирных, полипропиленовых волокон/мононитей или их смеси.

Технический результат заявленной модели выражается в повышении механической прочности на растяжение и изгиб, стойкости к ультрафиолетовому излучению и светопогоде, влагостойкости, экологичности, сокращении компонентов матрицы за счет рационального подбора смеси экологически и гигиенически чистых элементов, составляющих матрицу.

Заявленная полезная модель реализуется следующим образом.

Готовится матрица. В частности, перемешиваются следующие компоненты, имеющие европейские и российские сертификаты экологического и гигиенического соответствия:

- полиэфирная смола POLYLITE/SION516-M855,

- отвердитель NORPOL PEROXIDE 11 из расчета 2% от количества смолы,

- раствор перекиси метилэтилкетона в диметилфталате NORPOL PEROXIDE 1 из расчета 1% от количества смолы;

- упрочняющая дисперсная добавка - частицы вещества размером 20-50 мкм, изменяющего свое агрегатное состояние в интервале температур 50-120°C (например, тонер, наночастицы резины, алюминиевая или бронзовая пудра и др.), из расчета 5-20% от количества смолы.

Следует отметить, что количество смолы в матрице выбирается в зависимости от объемной плотности или пористости нетканого полотна, используемого в качестве волокнистого наполнителя.

Частицы упрочняющей дисперсной добавки обладают поверхностно-активными свойствами и улучшают совмещение наполнителя со связующим. Что касается последнего, то связующее на основе полиэфирной смолы является наиболее предпочтительным, поскольку наилучшим образом взаимодействует с полиэфирными волокнами и является стойким к ультрафиолетовому излучению и светопогоде.

С учетом области использования изделий из заявленного композиционного материала, а именно корпуса маломерных судов, защитные кожухи, звуко- и теплоизоляция, облицовочные панели, трубы, опоры, крепежные конструкции в виде уголков или швеллеров и т.п., определяется структура и технологические способы изготовления волокнистого наполнителя. В любом случае он представляет собой однослойное нетканое полотно с неориентированным расположением химических волокон/мононитей.

Соединение элементов композиционного материала осуществляется путем пропитки выбранного волокнистого материала соответствующим количеством матрицы, для увеличения площади поверхности взаимодействия элементов полученную композицию подвергают прокатке, при этом из нее полностью удаляется воздух, далее подготовленная композиция подвергается статическому нагружению до момента полного затвердевания. После завершения процесса твердения и снятия статического нагружения поверхность полученного композиционного материала подвергается финишной механической обработке.

Данные, подтверждающие достижение заявленной полезной моделью указанных результатов, приведены на фиг. 1-3.

На фиг. 1 представлены характеристики и результаты испытаний образцов нетканых полотен и композиционных материалов.

На фиг. 2 приведен перечень показателей, определяемых при проведении испытаний опытных образцов нетканых материалов технического назначения.

На фиг. 3 приведен перечень показателей, определяемых при проведении испытаний опытных образцов композиционных материалов.

Заявляемый композиционный материал является экологически и гигиенически чистым, влагостойким (водопоглощение менее 1%). Введение в состав композиционного материала указанных добавок в заявляемых количествах увеличивает механическую прочность на 20-45% по отношению к прочности композита без добавления указанных веществ.

Композиционный материал, состоящий из волокнистого наполнителя и матрицы, отличающийся тем, что матрица выполнена из смеси полиэфирной смолы POLYLITE/DION 516-M855, отвердителя NORPOL PEROXIDE 11, раствора перекиси метилэтилкетона в диметилфталате NORPOL PEROXIDE 1, упрочняющей дисперсной добавки, взятых в следующих соотношениях, процент от количества смолы: отвердитель NORPOL PEROXIDE 11-2, раствор перекиси метилэтилкетона в диметилфталате NORPOL PEROXIDE 1-1, упрочняющая дисперсная добавка - 5-20, количество смолы пропорционально пористости волокнистого наполнителя.

РИСУНКИ