Площадка для занятий зимними видами спорта и играми
Изобретение относится к области спорта и массовых развлечений и может быть использовано, в частности, при сооружении катков с синтетическим покрытием в виде имитатора льда или снега. Суть изобретения в выполнении указанного синтетического покрытия из низкомолекулярного силоксана, например диметилполисилоксана (PDMS), обладающего высокой термохимической стабильностью, стойкостью к воздействию воды и лишенного такого технологического недостатка, как кристаллизация при медленном охлаждении, что в конечном счете обеспечивает имитатору льда или снега высокую эксплуатационную надежность и улучшенные потребительские свойства.
1 н.п.и 4 з.п.ф-лы.
Полезная модель относится к области спорта и массовых развлечений и может быть использована, в частности, при сооружении катков с синтетическим покрытием.
Для оценки новизны заявленного решения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленной полезной моделью признаков, известных из сведений, ставших общедоступными до даты приоритета полезной модели.
Известно, что лучшим материалом для создания катков является натуральный лед, обладающий уникальным сочетанием свойств. Он достаточно твердый, но уступает по твердости железу и благодаря этому царапается коньком, позволяя зацепиться за поверхность катка, не давая в то же время врезаться коньку слишком глубоко. Таким образом обеспечивается не только возможность скольжения по ледовой поверхности, но и возможность торможения на ней, что особенно важно при проведении тренировочных и учебных спортивных занятий, когда условиям безопасности катания придается повышенное значение. При этом натуральный лед достаточно прочен и, самое главное, обладает высокими антифрикционными свойствами, т.е. низким коэффициентом трения (в данном случае - трения скольжения). При трении конька о лед в зоне их контакта происходит сильный локальный нагрев поверхности льда. В результате лед в указанной зоне плавится, а образовавшаяся вода служит своего рода смазкой, обеспечивающей необходимое скольжение.
Все возрастающая потребность в занятиях спортом заставляет искать новые возможности для создания ледовых площадок. Широко известны катки, основу которых составляет искусственный лед, т.е. лед, получаемый из воды с помощью холодильных установок (см., например, патенты России №№1510484, 2276312, патент США №6,517,442, патент Великобритании №1416700). Для повышения прочности искусственный лед может содержать различные добавки, например влагопоглощающий полимер (см. патент США №5,261,245). Искусственный лед на основе воды в определенном интервале температур имеет оптимальное соотношение твердости и прочности. Имея достаточно низкое сопротивление раздиру, он легко царапается коньком, позволяя зацепиться за поверхность катка при торможении. При этом он имеет низкий коэффициент трения, что связано с образованием микропленки воды при трении конька о лед, что предотвращает перегрев конька. Однако для возведения искусственных катков требуются дорогостоящее и энергоемкое холодильное оборудование, длительные подготовительные и пусконаладочные работы.
В связи с этим более предпочтительными являются синтетические катки, т.е. площадки для катания на обычных коньках, содержащие синтетическое покрытие, имитирующее натуральный лед. Для возведения таких катков не требуется холодильное оборудование. Их можно эксплуатировать в любое время года и при любой температуре.
Известны площадки для занятий зимними видами спорта, представляющие собой жесткое основание (бетон, асфальт и т.п.), на котором смонтировано синтетическое покрытие в виде имитатора льда (см., например, патент США №5,364,548). Последнее обычно содержит прочную твердую основу (подложку) из пластика - материала на основе полимеров (чаще - полиэтилена). При этом основа покрытия может быть выполнена цельной (цельнопластиковые панели фирмы «Интер Айс»), либо армированной (панели фирмы «Викинг Айс» с прослойкой из высококачественной фанеры, препятствующей деформации основы). Для
улучшения антифрикционных свойств поверхность синтетического льда обрабатывается специальной жидкой или легкоплавкой смазкой, например, силиконовым воском (см. патент США №4,310,588).
Известен также каток (см. заявку №2005124696 на выдачу патента России на изобретение, опубликованную 02.10.2007 г.), включающий синтетическое покрытие в виде имитатора льда, представляющее собой прочную основу из полимерных пластин (полиэтиленовых, полиуретановых или полипропиленовых), на верхнюю поверхность которых для улучшения скольжения нанесен слой силиконовой смазки. Для обеспечения возможности торможения на поверхности полимерных пластин выполнен рельеф в виде множества микровпадин с небольшой глубиной (не более 1 мм).
Основным недостатком данного решения, равно как и вышеназванных аналогов, является достаточно высокий коэффициент трения имитирующего лед синтетического покрытия, что не позволяет добиться на полимерном льду такого же скольжения, как и на натуральном. За счет высокого трения о поверхность льда конек может сильно (до 100°С) раскаляться, при этом износ конька возрастает в несколько раз. Кроме того, цельнопластиковый лед из полимерных материалов подвержен деформации за счет линейного расширения (полимерам свойственна хладотекучесть), а армированный фанерой - коробится при изменении влажности. К тому же смазка, наносимая на синтетическое полимерное покрытие, оставляет трудноудаляемые пятна на одежде потребителя. Указанные недостатки обусловливают невысокую эксплуатационную надежность данного аналога, а также низкие потребительские свойства его.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является площадка для занятий зимними видами спорта и играми, включающая синтетическое покрытие в виде имитатора льда или снега, выполненное из этиленкарбоната (см. заявку №2007148988 на выдачу патента РФ на полезную модель, решение о выдаче от 26.02.08 г.).
Этиленкарбонат является низкомолекулярным соединением и представляет собой циклический эфир окиси этилена и угольной кислоты. В отличие от полимерных материалов (высокомолекулярных соединений), способных лишь поглощать энергию, выделяющуюся при трении, и в итоге - разрушаться, этиленкарбонат способен поглощать указанную энергию, переходя из твердого состояния в жидкое. В связи с этим выполненное из него покрытие, имитирующее лед, не подвержено термическому разрушению в зоне контакта с коньком, а сам конек не разогревается до опасной для потребителя температуры, как это происходит при использовании полимерных покрытий. Образующийся при трении в зоне контакта с коньком жидкий этиленкарбонат выполняет роль смазки, аналогичной воде, выделяющейся при катании на натуральном льду, что обеспечивает высокие антифрикционные свойства предлагаемого покрытия.
При торможении покрытие из этиленкарбоната так же, как и натуральный лед, надрезается кромкой конька, что позволяет использовать его для тренировочных спортивных занятий без специальной подготовки поверхности покрытия (без выполнения на нем специальных элементов, обеспечивающих торможение). Следует отметить также низкую пожароопасность этиленкарбоната; к тому же он не оставляет пятен на одежде потребителя.
Однако этиленкарбонат обладает низкой термохимической стабильностью. При высокой температуре или при попадании в среду, содержащую водные растворы щелочей или кислот, он может разлагаться с выделением вредных продуктов. Кроме того, обладая высокой полярностью, этиленкарбонат легко смешивается с водой, что ограничивает область его применения закрытыми помещениями, защищенными от атмосферных осадков. Склонность этиленкарбоната к кристаллизации при медленном остывании вызывает также трудности технологического характера при его использовании, так как для получения гладкого искусственного льда на
основе этиленкарбоната необходимо применять резкое охлаждение последнего.
Указанные свойства этиленкарбоната обусловливают недостаточную эксплуатационную надежность, сложность технологии сооружения, а также ограниченную область применения и невысокие потребительские свойства как выполненного из этиленкарбоната покрытия, так и прототипа в целом.
Полезная модель направлена на решение задачи создания площадки для занятий зимними видами спорта и играми, обладающей высокой эксплуатационной надежностью, простотой технологии сооружения, а также улучшенными потребительскими свойствами за счет выполнения синтетического покрытия из материала, обладающего высокой термохимической стабильностью, стойкостью к воздействию воды и не кристаллизующегося при медленном охлаждении.
Для достижения указанного технического результата в площадке для занятий зимними видами спорта и играми, включающей синтетическое покрытие в виде имитатора льда или снега, последнее выполнено из материала или композиции материалов, входящих в группу низкомолекулярных силоксанов (олигомеров или мономеров).
Кроме этого, заявленное техническое решение имеет ряд факультативных признаков, а именно:
- в качестве материала из группы низкомолекулярных силоксанов может быть выбран диметилполисилоксан (PDMS);
- в качестве материала из группы низкомолекулярных силоксанов может быть выбран октаметилциклотетрасилоксан (D4);
- материал или композиция материалов, из которых выполнено синтетическое покрытие, могут дополнительно содержать цветообразующие добавки;
- в качестве цветообразующей добавки может быть выбран оксихлорид висмута.
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, обладающие такой же совокупностью существенных признаков, как и заявляемое, что, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии предлагаемой полезной модели условию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где представлен разрез по предлагаемой площадке для занятий зимними видами спорта и играми. В качестве конкретного примера выбрана площадка для катания на коньках (каток).
Площадка включает заранее подготовленное металлическое основание 1, на котором сформировано синтетическое покрытие 2 в виде имитатора льда, выполненное из диметилполисилоксана (PDMS), содержащего цветообразующую добавку из оксихлорида висмута, придающую покрытию привлекательный серебристый цвет. Силоксаны представляют собой соединения, содержащие в молекуле чередующиеся атомы кремния и кислорода. По своим физико-химическим свойствам при выборе материала для синтетического покрытия PDMS наиболее предпочтителен. В обычных условиях окружающей среды он представляет собой бесцветную маслянистую жидкость. PDMS нетоксичен, широко используется во всем мире в качестве противовоспалительного компонента в фармацевтической промышленности и медицине (медицинское название - диметикон) в препаратах, назначаемых, в том числе, детям и беременным женщинам; применяется как пищевая добавка Е-900. Он негорюч, химически стабилен. Код экологической безопасности RTECS # 63148-62-9. Температура его плавления изменяется в зависимости от молекулярной массы.
Устройство работает следующим образом.
PDMS как низкомолекулярное соединение (олигомер) способен поглощать энергию, выделяющуюся при трении, переходя из твердого состояния в жидкое. В связи с этим выполненное из него покрытие, имитирующее лед, не подвержено термическому разрушению в зоне
контакта с коньком, а сам конек не разогревается до опасной для потребителя температуры. Это очень важно, т.к. соблюдение правил техники безопасности - одна из главных проблем при практическом использовании синтетического льда.
Образующийся при трении в зоне контакта с коньком жидкий PDMS выполняет роль смазки, аналогичной воде, выделяющейся при катании на натуральном льду, что обеспечивает высокие антифрикционные свойства предлагаемого покрытия. Последние, предотвращая сильный разогрев конька, способствуют меньшему износу его.
При торможении покрытие из PDMS так же, как и натуральный лед, надрезается кромкой конька, что позволяет использовать его для тренировочных спортивных занятий без специальной подготовки поверхности покрытия (без выполнения на нем специальных элементов, обеспечивающих торможение). Температура плавления PDMS может варьироваться в широких пределах в зависимости от молекулярной массы продукта, поэтому выполненное из него покрытие не нуждается в защите от атмосферных осадков. Обладая высокой термохимической стабильностью, PDMS при разложении не образует токсичных продуктов.
Так как при затвердевании PDMS не кристаллизуется, то для получения на его основе искусственного льда или снега нет необходимости в резком охлаждении. Изменяя молекулярную массу PDMS, можно легко регулировать соотношение твердости и вязкости покрытия.
Таким образом, выполнение синтетического покрытия, имитирующего лед или снег, из материала или композиции материалов, входящих в группу низкомолекулярных силоксанов, благодаря вышеописанным физико-химическим свойствам последних, обеспечивает решение поставленной задачи - создания площадки для занятий зимними видами спорта и играми, обладающего по сравнению с прототипом высокой эксплуатационной надежностью и улучшенными потребительские свойствами.
Поскольку лед и снег являются двумя модификациями одного и того же агрегатного состояния воды, из низкомолекулярного силоксана можно получать как стекловидное покрытие - синтетический лед, так и рассыпчатые белоснежные в массе кристаллы с высоким блеском - синтетический снег. Различие в получении синтетического покрытия в виде имитатора льда или снега на основе низкомолекулярного силоксана сводится к технологии их нанесения. При заливке с последующим охлаждением искусственного катка, либо блоков, из которых он может быть выложен, получается синтетический лед. При распылении в достаточно холодной атмосфере - синтетический снег.
Возможность реализации предлагаемой полезной модели с помощью известных технических средств и технологий свидетельствует, по мнению заявителя, о соответствии ее условию «промышленная применимость».
1. Площадка для занятий зимними видами спорта и играми, включающая синтетическое покрытие в виде имитатора льда или снега, отличающаяся тем, что синтетическое покрытие в виде имитатора льда или снега выполнено из материала или композиции материалов, входящих в группу низкомолекулярных силоксанов.
2. Площадка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве материала, входящего в группу низкомолекулярных силоксанов, выбран диметилполисилоксан.
3. Площадка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве материала, входящего в группу низкомолекулярных силоксанов, выбран октаметилциклотетрасилоксан.
4. Площадка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что материал или композиция материалов, из которых выполнено синтетическое покрытие, могут дополнительно содержать цветообразующие добавки.
5. Площадка по п.4, отличающаяся тем, что в качестве цветообразующей добавки выбран оксихлорид висмута.
