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.
Известно, что любой композиционный материал (композит) состоит из двух или более элементов с четкой границей раздела между ними, причем, как правило, изготавливаются они в виде готовых изделий. Напомним, что согласно действующим нормативным документам к изделиям относится сборочная единица - «Изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными операциями (свинчиванием, сочленением, клепкой, сваркой, пайкой, опрессовкой, развальцовкой, склеиванием, сшивкой, укладкой и т.п.)…» [ГОСТ 2.101-68 «Единая система конструкторской документации. Виды изделий». - М.: Стандартинформ, 2007.]
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 авиасамодельщика [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 НИИ «Прикладные перспективные технологии-АпАТэК». - Опубл. 27.06.2005. - Режим доступа: http://www1.fips.ru].
Наиболее близким по составу заявленной полезной модели является композиционный материал на основе ненасыщенной полиэфирной смолы [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://www1.fips.ru], который принят за прототип.
К числу недостатков указанного материала следует отнести наличие большого количества веществ в составе связующего, в том числе с включением фенолформальдегида, что ограничивает области его использования с точки зрения экологической и гигиенической безопасности для пользователей, а также необходимость термообработки материала для придания ему необходимых технических характеристик.
Технической задачей заявленной полезной модели является улучшение технических характеристик, повышение экологической и гигиенической безопасности материала для потребителей, снижение материалоемкости конструкционного материала.
Технический результат заявленной модели выражается в повышении механической прочности на растяжение и изгиб, влагостойкости, экологичности, сокращении компонентов матрицы за счет выбора структуры и способа изготовления волокнистого наполнителя с учетом требуемых конечных параметров и целевого назначения композиционного материала и 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/DION516-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.
Следует отметить, что количество смолы в матрице выбирается в зависимости от объемной плотности или пористости нетканого полотна, используемого в качестве волокнистого наполнителя.
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.
Данные, подтверждающие достижение заявленной полезной моделью указанных результатов, приведены на фиг. 1-10.
На фиг. 1 представлены характеристики и результаты испытаний образцов нетканых полотен.
На фиг. 2 приведены результаты испытаний образцов нетканых полотен.
На фиг. 3 указаны характеристики образцов композиционных материалов.
На фиг. 4 перечислены характеристики образцов полимерной матрицы.
Фиг.5 содержит результаты испытаний по определению влагоемкости и прочности на разрыв образцов композиционных материалов, изготовленных в виде пластин.
На фиг. 6 представлены результаты испытаний по определению прочности на изгиб образцов композиционных материалов, изготовленных в виде пластин.
На фиг. 7 приведены результаты испытаний по определению прочностных характеристик и водопоглощения образцов полимерной матрицы, изготовленных в виде пластин.
На фиг. 8 указаны соотношения прочностных показателей композитов на нетканой основе и полимерной матрицы для образцов 6 виде пластин.
На фиг. 9 приведен перечень показателей, определяемых при проведении испытаний опытных образцов нетканых материалов технического назначения.
На фиг. 10 приведен перечень показателей, определяемых при проведении испытаний опытных образцов композиционных материалов.
Заявленный композиционный материал является экологически и гигиенически чистым, влагостойким (водопоглощение не более 1% по массе), характеризуется повышенной механической прочностью на растяжение и изгиб по отношению к аналогичным показателям полимерной матрицы по значениям прочности при растяжении на 140-520% и прочности на изгиб на 120-860%.