Самоклеящийся полимерный композит

Полезная модель относится к многослойному композиту с адгезионным слоем постоянной липкости и полимерной теплоизоляционной вспененной основой, обладающему дополнительным разделительным слоем между адгезивным слоем и вспененной основой, устраняющему миграцию адгезионного слоя в поверхность разделительного слоя, предотвращающему снижение адгезии клеевого слоя, повышающему адгезию клеевого слоя к разделительному слою, повышающему площадь контакта между многослойным композитом и монтажной поверхностью, увеличивая тем самым адгезию между ними, а также создающему возможность раздельного производства составляющих частей композитного материала и их временного хранения, а термическую сборку композитного материала осуществить на любом производстве, обладающим ламинатором с горячим валом, при сохранении высокого уровня воспроизведения теплошумоизоляционных и монтажных свойств многослойного композита.
Композитные материалы или композиты - это искусственно созданные неоднородные материалы, состоящие из двух или более компонентов, объединенных в единое целое с четкой границей раздела между отдельными компонентами.
Настоящая полезная модель относится к самоклеящимся полимерным композитам, которые находят применение как теплошумоизоляция и пароизоляция в области строительства, а также могут быть использованы в сфере машиностроения, авиации, железнодорожного транспорта, в том числе для теплоизоляции трубопроводов, емкостей, стен домов, кровли, салонов транспортных средств и др.
Такие композитные материалы наиболее востребованы из-за удобства монтажа, хороших изоляционных свойств, стойкости к атмосферному воздействию, расширенного ассортимента различных лицевых покрытий и армирующих слоев.
Известен композитный материал, описанный в RU 107528U1 - Самоклеящийся материал, содержащий слой бумажной основы, защитный слой и расположенный между ними клеящий слой, отличающийся тем, что бумажная основа со стороны, противоположной защитному слою, соединена посредством синтетического клея с полимерной пленкой, на поверхность которой, обращенную к бумажной основе, нанесен посредством напыления слой зеркального металла.
Также известен изоляционный материал, раскрытый в патенте DE 3019187 А1, 23.07.1981, включающий комбинацию алюминиевой фольги и вспененного полиэтилена с клеевым слоем, который защищен бумагой, удаляемой перед использованием материала.
Эти два решения не могут быть трансформированы в самоклеящийся теплоизоляционный композитный материал с раздельным производством его составляющих частей, поскольку не имеет термопластичного сборочного слоя и не соответствует поставленной цели термической сборки двух составных частей.
Известно решение, описанное в патенте RU 2561076 С2 - которое относится к области строительства, в частности к материалам изоляции кровельных конструкций, и касается изоляционной мембраны с барьером против миграции пластификатора. Изоляционная мембрана содержит следующую слоистую структуру: а) пленка, содержащая поливинилхлорид; b) первый адгезив; с) полиэтилентерефталатная пленка; и d) второй адгезив. Указанные слои расположены в последовательности: а), b), с) и d). Изобретение позволяет осуществлять наклеивание поливинилхлоридной мембраны на большую поверхность без проблем, возникающих вследствие миграции пластификатора из пленки ПВХ в адгезив.
Предполагается, что разделительные пленки могут быть изготовлены в виде одного слоя или в виде нескольких слоев.
Несоответствие данного изобретения поставленной цели заключается в возможности осуществления сборки со вспененной полимерной основой только менее прочным клеевым способом за счет применении разделительной пленки из полиэтилентерефталата для разделения двух клеевых слоев. Такая конструкция требует нанесения двух клеевых слоев, что делает ее экономически не выгодной для производства дешевых самоклеющихся теплошумоизоляторов. Кроме того, для временной защиты второго клеевого слоя, требуется еще одна антиадгезионная пленка, для удаления которой в процессе нанесения композита на НПЭ, требуется дополнительное удаляющее и наматывающее эту пленку устройство, что требует оснащения ламинатора дополнительным функциональным блоком, т.е. дополнительных финансовых вложений и не выгодно заводам-производителям теплоизоляционных композитов.
В патенте US 2006078699 А1, 13.04.2013 раскрыт изоляционный материал, представляющий собой слоистую структуру, включающую, в том числе комбинацию водонепроницаемого слоя (нескольких слоев) из алюминиевой фольги или полиэфирной пленки, чувствительного к давлению клейкого акрилового слоя и теплоизоляционную панель, соединяемых с помощью слоя клея на водной основе (при высыхании образует прочную адгезионную связь), а также внешнего покрывающего слоя из нетканого материала.
Теплоизоляционная панель образована из волокон, таких как полимерные волокна, неорганические волокна, стеклянные волокна, текстильные стекловолокна, минеральной ваты, или их комбинации.
Представленное решение не соответствуют поставленной задаче обеспечения раздельного производства клеевых компонентов композитного материала и НПЭ на разных предприятиях, их временного хранения (отсутствие антиадгезионного лайнера на клеевом слое) и последующей термической сборке этих компонентов на любом предприятии, обладающем ламинатором.
Известно решение, касающееся изготовления теплогидроизолятора и шумопоглотителя с использованием ленты ПСТ, производства ООО «Электрома». Данная лента представляет собой клеевой слой, нанесенный на специальную легкоплавкую полиолефиновую пленку. Способом горячей ламинации лента переносится на поверхность несшитого полиэтилена. Клеевой слой (на основе синтетического каучука) закрыт тонкой легко отделяемой ПЭТ-пленкой, которая в отличие от бумаги плотно прилегает к поверхности вспененного материала и надежно защищает клей от попадания пыли и грязи во время хранения и транспортировки. Таким образом, получают трехслойный тепло-, гидро- и шумоизоляционный материал, пригодный к прикреплению к основе - листу из вспененного несшитого полиэтилена.
"Лента ПСТ", выложена на сайте "ЛИКК" в сети Интернет по адресу: http://likk.ru/samoklejashiesja_lenty/polimernye_lenty/polietilenovie_lenti/lenta_РСТ/.
Из описания полезной модели №175358, зарегистрированной на ООО «Электрома» (авторы Мелешко К.А и соавторы) известно, что в качестве легкоплавкой полиолефиновой пленки в ленте ПСТ используется полиолефиновая термоусадочная пленка - это многослойный материал на основе двухосноориентированного полиолефина. Как правило, он состоит из трех или пяти слоев (например, полипропилен + полиэтилен + полипропилен или полипропилен + три слоя ЛПЭНП (линейный полиэтилен низкой плотности) и слой полипропилена). Под воздействием температуры хорошо сжимается. При этом лента ПСТ декларируется как дающая возможность монтажа самоклеящейся ленты непосредственно на заводах по производству вспененных материалов, что значительно сокращает транспортные расходы и снижает себестоимость конечного продукта.
В этом аналоге предлагаемой ПМ клеевой слой нанесен на полиолефиновую термоусадочную пленку на основе двухосно ориентированного полиолефина (например, полипропилен + полиэтилен + полипропилен или полипропилен + три слоя ЛПЭНП и слой полипропилена).
Недостаток данного решения заключается в том, что слой из комбинации полипропилена с полиэтиленом для нанесения каучукового клея постоянной липкости не может быть использован при производстве композитного материала, включающего основу из несшитого пенополиэтилена, поскольку термически соединить разнородные материалы - полипропилен (находящийся на внешних сторонах слоя для нанесения клея) и несшитый пенополиэтилен невозможно из-за большой разницы в температуре плавления этих материалов и отличия в их кристаллической структуре. Кроме того, тепловой поток, необходимый для нагрева полипропиленовой составляющей клеевой подложки до температуры ее плавления +170°С, проходящий сквозь антиадгезионную пленку из полиэтилентерефталата и слой клея-расплава, прежде чем расплавится полипропилен, вызовет сначала деструкцию клея, а затем и расплавления значительной части НПЭ основы композитного материала, температура плавления которого 95-98°С. В случае замены материала легкоплавкой полиолефиновой пленки на полиэтилен, это устройство становится полностью подобным ПМ №175358 от 06.04.2017 г., описанном ниже и обладающим аналогичными недостатками.
Известно решение, описанное в патенте на ПМ № RU 38675 U1 от 10.07.2004 г. Слоистый материал, выполненный в виде размещенных последовательно и скрепленных друг с другом слоев из вспененного полимерного материала и клея, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным слоем полимерной пленки, размещенным между слоем из вспененного полимерного материала и слоем клея, и скреплен со слоем из вспененного полимерного материала.
Недостаток данного решения заключается в том, что понятие «полимерный материал», примененное к слою, размещенному между слоем из вспененного полимерного материала и клеевым слоем, а также понятие «вспененный полимерный материал», не раскрывает необходимого и достаточного технического решения для поставленной задачи устранения миграции клеевого слоя в слой «полимерного материала», расслоения компонентов ПМ при сборке, увеличения адгезии клея к разделительному слою между клеем и вспененным материалом, а также возможности раздельного производства НПЭ и клеевого блока, состоящего из антиадгезионной пленки, клеевого слоя постоянной липкости и термоплавкой пленки и последующего надежного термического соединения обеих частей на предприятиях, обладающих простейшими ламинаторами с горячим валом.
Известно решение, выложенное в сети Интернет на сайте ООО «СВ-Тейпс» по адресу:
:
http://sv-tapes.ru/products/?cat=3&id=21&show=sub.
Это решение описывает продукцию: «Термосвариваемые самоклеющиеся ленты ТСМ 121 и ТСМ 131 - это специализированные клеепереносящие материалы для производства изоляции, нанесение которых подразумевает расплавление нижнего полимерного слоя (на основе полиэтилена) и сваривание его со вспененным полиэтиленом на ламинаторе горячего типа».
Недостаток данного решения заключается в том, что понятие «полимерный слой на основе полиэтилена» не раскрывает необходимых условий для качественной сварки ленты ТСМ 121 и ТСМ 131 со вспененным полиэтиленом на ламинаторе с горячим валом, устраняющим миграцию адгезионного слоя в поверхность полиэтиленового разделительного слоя, обеспечивающим сохранение высокой адгезии полученного композитного материала к монтажной поверхности и воспроизведение результатов сварки ТСМ с НПЭ при реально возникающих отклонениях параметров технологического режима.
В качестве прототипа использовано известное решение, описанное в патенте на ПМ №175358 от 06.04.2017 г. (авторы Мелешко К.А. и соавторы), независимая часть которого составлена следующим образом:
Композитный материал, представляющий собой слоистую структуру, первый слой которой выполнен из полимерной термоплавкой пленки, второй слой выполнен клеевым, а третий слой, закрывающий клеевой слой, выполнен из антиадгезионного пленочного материала, при этом полимерная пленка соединяется термически с листом несшитого газонаполненного полиэтилена, отличающийся тем, что полимерная термоплавкая пленка выполнена полиэтиленовой, в качестве антиадгезионного пленочного материала использована силиконизированная полиэтилентерефталатная пленка, а в качестве клеевого слоя использован клей из группы склеивающихся от механического воздействия прижатием, при этом полимерная термоплавкая полиэтиленовая пленка термически соединяется с листом вспененного несшитого газонаполненного полиэтилена с помощью горячих валов ламинатора.
Критический в этой конструкции элемент - полимерная термоплавкая пленка, которую в прототипе ПМ обозначают как полиэтиленовую. Несмотря на то, что это определение претендует на «родовое понятие», оно не позволяет реализовать прототип ПМ в изделие с функциональными свойствами, необходимыми для его эксплуатации, путем термического соединения рулона или листа вспененного несшитого полиэтилена с композитным блоком, состоящим из полимерной термоплавкой пленка, клеевого слоя и антиадгезионного пленочного материала. Обозначим этот блок как «ТКА».
Такое термическое соединение обычно производится на предприятиях - производителях вспененного полиэтилена, или на любом другом производстве, использующим готовый блок ТКА, выполненный в виде рулона пленки, для термического соединения ТКА с рулонным несшитым пенополиэтиленом (НПЭ) различной толщины, с целью придания ему свойств самоклеющейся теплоизоляции.
Композитные полимерные самоклеющиеся материалы имеют достаточно большое количество недостатков, которые возникают в процессе производства или монтажа у потребителя и сдерживают их распространение.
Первым из серьезных недостатков является расслаивание, т.е. образование трещин в многослойных композитах на границе раздела слоев под действием внешних нагрузок (в частности при намотке композитного материала в рулон сразу после термического соединения ТКА и НПЭ, а также при монтаже самоклеющегося композитного материала на монтажную поверхность). Пограничным разделом, на котором часто наблюдается расслоение, является поверхность соединения несшитого газонаполненного полиэтилена с полиэтиленовой термоплавкой пленкой - основой для нанесения клея-расплава в конструкции ТКА.
Несшитый пенополиэтилен (НПЭ) имеет нестабильную молекулярную структуру, так как молекулы полимера не связаны между собой прочными химическими связями, образующими кристаллическую решетку, как у пленки из полиэтилена низкого давления (ПНД). Вследствие этого материал состоит из крупных ячеек-пузырьков, которые составляют от 1 до 5 мм в диаметре. По техническим параметрам он уступает сшитому пенополиэтилену, потому что отсутствие поперечно-связанной молекулярной решетки приводит к частым разрывам ячеек-пузырьков материала при внешних нагрузках. Именно поэтому поверхность НПЭ имеет повышенную шероховатость и волнистость, что ограничивает ее применение в качестве основы для нанесения монтажного клеевого слоя, требующего для надежного соединения с монтажной поверхностью максимально возможной площади контакта.
Газонаполненный, иначе его называют несшитый вспененный полиэтилен (НПЭ), в процессе изготовления насыщается газом (изобутаном). Это помогает уменьшить поверхностное натяжение экструдируемого полиэтилена при формировании полимерной пены, но отрицательно сказывается на адгезии клеевого слоя, в дальнейшем наносимого на НПЭ. Известно, что смачивание твердой поверхности любой жидкостью, в том числе и клеем-расплавом, тем больше, чем выше поверхностное натяжение такой поверхности, обусловленное высокой энергии молекул в поверхностном слое.
Термопластичная пленка, разделяющая НПЭ и клеевой слой, и обладающая достаточной величиной поверхностного натяжения для смачивания ее клеем-расплавом, необходима ввиду большого количества незамкнутых ячеек на поверхности НПЭ. При отсутствии такой пленки наблюдается диффузии клея в глубину материала, перетекание клея-расплава с вершин шероховатостей во впадины и внутрь открытых ячеек, что как следствие приводит к уменьшению адгезионных свойств самоклеющегося материала и отслаиванию композитного материала от монтажной поверхности.
Под термином «термопластичный» подразумевается полимер, который может быть многократно размягчен за счет нагревания и отвержден при охлаждении в пределах температурного диапазона, на который данный полимер рассчитан. При этом он может переходить из кристаллического в аморфно-кристаллическое состояние или, при превышении температуры плавления, переходить в полностью аморфное состояние. В нашем случае пленка, разделяющая НПЭ и клеевой слой, не должна полностью переходить в аморфное состояние при термическом соединении ТКА с НПЭ, сохраняя относительную прочность.
По своей структуре и свойствам (несмотря на то, что используется один и тот же мономер), ПЭВД (ПЭНП или LDPE) и ПЭНД (ПЭВП или HDPE) отличаются, и, соответственно, применяются для различных задач.
Основной причиной, вызывающей различия в их свойствах, является разветвленность макромолекул: чем больше разветвлений в цепи, тем выше эластичность и меньше кристалличность полимера. Разветвления затрудняют более плотную упаковку макромолекул и препятствуют достижению степени кристалличности 100%; наряду с кристаллической фазой всегда имеется аморфная, содержащая недостаточно упорядоченные участки макромолекул. Соотношение этих фаз зависит от способа получения ПЭ и условии его кристаллизации. Оно определяет и свойства полимера. Пленки из ПЭНП в 5-10 раз более проницаемы (для растворителей), чем пленки из ПЭВ.
https://plastinfo.ru/infomiation/articles/42/#:~:text=%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D1%8D%D1%82%D0%B8%D0%BB%D0%B5%D0%BD%20%E2%80%94%20%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%BC%D0%B5%Dl%80%2C%20%D0%BD%D0%B5%D0%BF%Dl%80%D0%BE%D0%B7%Dl%80%D0%B0%Dl%87%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%BE%20%D0%BF%Dl%80%D0%B8%20%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%Dl%82%Dl%83%D1%80%D0%B0%D1%85%20%D0%B2%D1%8B%D1%88%D0%B5%2060
По химической стойкости ПЭВП также превосходит ПЭНП, особенно по стойкости к маслам и жирам.
С увеличением плотности растворимость в органических растворителях уменьшается, как и проницаемость по отношению к растворителям.
Различные свойства HDPE по сравнению с LDPE обусловлены его высокой плотностью. При одинаковой толщине изделия из HDPE жестче и их поверхность тверже. Температура плавления на 20°С выше, и вследствие более плотной структуры молекулы непроницаемость для водяного пара, кислорода, углекислого газа и ароматических веществ, а также химическая стойкость лучше, чем у LDPE.
Из справочника химика известно, что полиэтилен растворяется при нагреве в ароматических углеводородах.
https:www.chem21.info/article/180634/
Ароматические углеводороды - это углеводороды, молекулы которых содержат одно или несколько бензольных колец.
К таким углеводородам относится и клей-расплав постоянной липкости на основе синтетического каучука.
Как пример, приведен один из составов клея-расплава постоянной липкости, использованный авторами настоящей полезной модели для нанесения клеевого слоя ТКА:
Похожий состав клея постоянной липкости приведен в авторском свидетельстве SU 1707043 А1: Клеевой состав содержит, мас.ч.: синтетический изопреновый каучук 60-90, дивинил-стирольный термоэластопласт 40-6С, глицериновый эфир гидрированной живичной канифоли 70-100, трансформаторного масла 1-3.
https://findpatent.ru/patent/170/1707043.html.
Бутадиен-стирольный термоэластопласт, также как и дивинил-стирольный термоэластопласт, необходимые для обеспечения постоянной эластичности клеевого слоя, состоят из полимерных повторяющихся блоков, содержащих бензольное кольцо:
https://ru.m.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D1%83%D1%82%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%B5%D0%BD-%D1%81%D1%82%D0%B8%D1%80%D0%B1-%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B5%D0%BA%D0%B0%D1%83%D1%87%D1%83%D0%BA%DQ%B8
Бензольные кольца содержит также эфир глицериновый талловой канифоли, входящий в состав клея-расплава постоянной липкости как компонент, придающий ему липкость (адгезию).
https:www.sinref.ru/000_uchebniki/04410_leso_proizvodstvo/021_tehnolog_leso_himich_proizvodstv7005.htm.
Исходя из состава клея-расплава постоянной липкости на основе синтетического каучука, и свойств ПЭВД следует, что клей-расплав при нагреве до температуры, превышающей точку плавления ПЭВД, может являться растворителем ПЭВД в диапазоне температуры плавления ПЭВД (98-110°С) и жидкой фазы клея-расплава (150-210°С), что подтверждается на практике, при термическом соединении частей композитного материала.
Глицериновый эфир талловой канифоли (ГЭТК), по данным ООО «НПП «ХимСпецСнаб», имеет температуру размягчения 70-85°С (для сорта Б и А), что делает его наиболее легкоплавким компонентом в клее-расплаве (http://himspecsnab.ru/product.php?product=egtk), поскольку переработку бутадиен-стирольного термоэластопласта (БСТЭ) осуществляют при температурах 140-190°С (https://present5.com/tep-na-osnove-poli-butadienblok-stirola-sakovich-olga/).
При контакте с нагретым до температуры плавления слоем ПЭВД, ГЭТК первым проникает в межмолекулярную аморфную структуру ПЭВД и, механически перемешиваясь с ней, образует эвтектику, кристаллизующуюся при температуре более низкой, чем температура кристаллизации каждого из веществ, входящих в состав смеси (ПЭВД с ГЭТК). Соответственно, температура плавления твердой эвтектики - самая низкая для данной смеси компонентов.
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%B2%D1%82%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0
ГЭТК, являясь катализатором процесса плавления ПЭВД при более низкой температуре, чем изначальная для ПЭВД, ускоряет процесс взаимного растворения в ПЭВД бутадиен-стирольного термоэластопласта (БСТЭ). Этот процесс начинается в момент разогрева слоя ПНВД клеем-расплавом, а заканчивается через несколько часов, несмотря на краткость контакта горячего вала ламинатора с защищенной ПЭТФ поверхностью композитного материала при его термическом соединении с НПЭ. Длительный процесс остывания и кристаллизации сплава ПЭВД с ГЭТК и БСТЭ вызван последующей за нагревом и сжатием горячим валом ламинатора плотной намоткой композитного материала в рулон. При этом в остывающих слоях композитного материала, оказавшихся между соседними, теплоизоляционными слоями композита, продолжается перемешивание аморфной фазы ПЭВД-ГЭТК-БСТЭ. На практике время остывания до приобретения расплавленной зоной фазы полной кристаллизации, составляет от 8 до 12 часов, благодаря хорошим теплоизоляционным свойствам НПЭ.
За это время изначальный клеевой слой из клея-расплава теряет значительную часть ГЭТК, отвечающего за адгезию, и часть БСТЭ, отвечающего за эластичность. В смеси с охладившимся и отвердевшим ПЭВД эти компоненты не могут выполнить своего назначения - обеспечения адгезии композитного материала к монтажной поверхности и сохранения постоянной эластичности (необходимой для улучшения контакта с микронеровностями монтажного слоя). Оставшаяся в клеевом слое незначительная часть ГЭТК также не сохраняет изначальной адгезии клея-расплава.
Таким образом, становится очевидным, что разделительная пленка, состоящая только из ПЭВД, не может выполнить своего назначения - сохранения высокой адгезии композитного материала к монтажной поверхности и возможности термоконтактной сварки ТКА с НПЭ.
Очевидно, что и пленка, выполненная только из ПЭНД, не может выполнить функцию разделительного барьера, поскольку при термическом соединении ее с НПЭ необходимо будет нагреть ПЭНД до температуры плавления (125-135°С), пропуская тепловой поток через клеевой слой и пленку ПЭТФ. Из практики известно, что для этого температура горячего вала ламинатора должна быть в диапазоне 250-300°С, что приведет к деструктивным изменениям в клее-расплаве, а также к чрезмерному расплавлению и сжатию слоя НПЭ, прилегающего к разделительному слою, приводящему в негодность весь композитный материал.
Первый этап производства композита заключается в изготовлении ТКА - нанесении клея расплава постоянной липкости на антиадгезионную ПЭТ пленку и запечатывание клеевого слоя полиэтиленовой термопластичной пленкой. После этого ТКА поступает на заводы, производящие НПЭ.
На следующем этапе производства композита - приварке ТКА к НПЭ на ламинаторе горячего типа, происходит местный нагрев полиэтиленовой термопластичной пленки (клеевой основы), передача тепла от нее верхним слоям несшитого газонаполненного полиэтилена и приплавление последнего к клеевой основе. При этом тепловой поток, идущий от горячего вала ламинатора, на пути к клеевой основе преодолевает тепловое сопротивление антиадгезионной пленки и клеевого слоя. В результате НПЭ прикрепляется к клеевой основе, которая становится определяющей в повышении разрывной прочности композита и повышении адгезии самоклеющегося композита к монтажной поверхности за счет выравнивания поверхности НПЭ и увеличения площади соприкосновения.
Процесс ламинирования, то есть термоконтактная сварка термопластичных материалов между собой под действием давления горячего вала ламинатора, реализуется, как правило, в диапазоне от 160 до 190°С на горячем валу ламинатора.
Однако при реальном производстве композита по ПМ №175358, учитывая большое разнообразие состояния НПЭ, поступающего на операцию соединения с ТКА (толщина НПЭ, размер ячеек - величина поверхностной шероховатости НПЭ, степень его дегазации, наличие в сырье для экструзии НПЭ антипиренов, термостабилизаторов и антискользящих и антикоррозионных добавок, а также учитывая температуру горячего вала ламинатора, скорость протяжки материала между валами, величину зазора между валами, температуру в производственном помещении и пр.), чрезвычайно сложно осуществить стабильный разогрев полиэтиленовой термоплавкой (как указано в формуле ПМ №175358) пленки-основы композитного материала и прилегающей к ней поверхности НПЭ точно до температуры плавления в процессе их термического соединения между валами ламинатора, что часто приводит:
1 - либо к недостаточному разогреву границы соединения НПЭ с термоплавкой полиэтиленовой пленкой - клеевой основой, приводящему к недостаточной прочности сварного шва, что является явным браком;
2 - либо к перегреву термоплавкой полиэтиленовой основы, ее полному расплавлению, термической усадке НПЭ и миграции клеевой массы в расплавившийся полиэтилен.
Во втором случае композит теряет способность надежно приклеиваться к монтажной поверхности из-за потери необходимой высокой адгезии, ослабления прочности поверхности НПЭ, теряющей выравнивающий и скрепляющий ее слой из полиэтиленовой пленки, последующей усадочной деформации всего композитного материала, что ведет к сокращению поверхности соприкосновения композита с НПЭ и ослаблению адгезии композита к монтажной поверхности.
Поэтому известное решение относится к категории сложно реализуемых и не отражает возможности надежного воспроизводства композита с переменными параметрами НПЭ, обладающего стабильно качественными результатами сборки его составляющих частей из-за трудно воспроизводимых условий нагрева и соответствующей этому нагреву скорости протяжки ТКА совместно с НПЭ между валами ламинатора.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, выраженного в предотвращении миграции адгезионного слоя в поверхность разделительного слоя, повышении адгезию клеевого слоя к разделительному слою, увеличении площади контакта между многослойным композитом и монтажной поверхностью, повышении адгезию между ними, а также осуществлении термической сборки композитного материала на любом производстве, обладающим ламинатором с горячим валом, при сохранении высокого уровня воспроизведения теплошумоизоляционных и монтажных свойств многослойного композита в условиях расширенного допуска основных технологических параметров процесса термосварки, влияющих на качество конечного продукта, что выражается в снижении процента брака на операции приварки ТКА к НПЭ, что достигается путем преобразования полимерной термоплавкой пленки в разделительный диффузионный барьер, состоящий из двух слоев полимера с различной температурой плавления и:
1. - образующего барьер против миграции клея-расплава в расплавленный слой разделительного барьера, прилегающий к НПЭ;
2. - барьер, способный пропускать через себя тепловой поток, необходимый и достаточный для расплава границы между НПЭ и обращенным к НПЭ слоем разделительного барьера, имеющим среднее значение температуры плавления между температурой плавления НПЭ и слоем разделительного барьера, обращенным к клеевому слою. При этом слой барьера, обращенный к клеевому слою, сохраняет свою аморфно-кристаллическую структуру, препятствуя миграции компонентов клея-расплава к поверхности НПЭ;
3. - внешняя поверхность слоя разделительного барьера, обращенная к клеевому слою, за счет сохранения кристаллической структуры, обладает достаточной поверхностной энергией, необходимой для обеспечения хорошей смачиваемости этой поверхности клеем-расплавом на основе синтетического каучука;
4. - сам двухслойный барьер, сохраняя прочность и эластичность, способствует повышению величины адгезии всей конструкции композитного материала к монтажной эксплуатационной поверхности за счет укрепления поверхности композитного материала и увеличения площади контакта, выравнивая, за счет своей целостности, рельеф и микронеровности поверхности НПЭ.
5. Существенное значение для максимального проникновения теплового потока сквозь двухслойный барьер имеет соотношение толщин слоев разделительного барьера - тонкий слой ПЭНД, обладающий более высокой теплопроводностью, чем ПЭВД, и более толстый слой ПЭВД, принимающий тепловой поток и образующий расплав вместе с поверхностным слоем НПЭ, прилегающим к слою из ПЭВД. Соотношение толщин слоев ПЭНД/ПЭВД предпочтительно от 1/3 до 1/5.
Таким образом, предлагаемая полезная модель представлена как:
Самоклеящийся полимерный композит, представляющий собой слоистую структуру, первый слой которой выполнен из полимерной термопластичной пленки, второй слой выполнен клеевым, а третий слой, закрывающий клеевой слой, выполнен из антиадгезионного пленочного материала, при этом полимерная термопластичная пленка соединяется термически со слоем несшитого рулонного пенополиэтилена, отличающийся тем, что полимерная термопластичная пленка выполнена из двух слоев полиэтилена, отличающихся между собой и слоем несшитого пенополиэтилена температурой плавления, при этом первый слой термопластичной пленки с меньшей температурой плавления соединен с пенополиэтиленом, а второй слой термопластичной пленки с большей температурой плавления обращен в сторону клеевого слоя.
Конструкция полезной модели изображена на фиг. 1,
где 1 - антиадгезионная пленка, в которой: 1а - пленка ПЭТФ и 1b - антиадгезионное покрытие пленки ПЭТФ;
2 - слой клея-расплава постоянной липкости на основе синтетического каучука;
3а - слой термопластичной пленки с наибольшей температурой плавления и теплопроводностью,
3b - слой термопластичной пленки с температурой плавления и теплопроводностью, меньшей, чем у слоя 3а;
слой 3а совместно со слоем 3b образуют двухслойный диффузионный барьер;
4 - слой несшитого пенополиэтилена с минимальной из всех компонентов композитного материала температурой плавления и теплопроводностью.
При этом ТКА состоит из суммы слоев 1, 2, 3а и 3b, расположенных в этой последовательности.
Предлагаемый в данной ПМ двухслойный диффузионный барьер может быть выполнен методом соэкструзии из двух марок полиэтилена, согласованных между собой по показателю текучести расплава и температуре плавления, и представленных в Таблице 1, или из подобных по реологическим характеристикам и предназначенным для получения тонких пленок методом экструзии (включая соэкструзию).
Характер изменения теплового потока при прохождении через композитный материал в момент термического соединения ТКА и НПЭ представлен на фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4, на которых отражены, полученные опытным путем, результаты измерения температур на границах слоев композитного материала в момент термического соединения ТКА с НПЭ в производственных условиях на ламинаторе HLYH-1700 производства Hangzhou Holin Plastic Machine Co Ltd. При этом скорость протяжки композитного материала составила 18 м/мин, а температура на горячем валу задавалась дискретно, что и отображено на фиг. 2, соответствующей температуре горячего вала 185°С, на фиг. 3, соответствующей температуре 190°С и фиг. 4, соответствующей 200°С.
На всех трех фигурах:
1 - антиадгезионная пленка
2 - клеевой слой
а
3 - слой ПНД с показателем текучести расплава в диапазоне 1,8-3,0 г/10 мин и температурой плавления 125-132°С
b
3 - слой ПВД с показателем текучести расплава 4,0 г/10 мин и температурой плавления 103-108°С
4 - слой газонаполненного НПЭ с температурой плавления 95-98°С
5 - температура горячего вала ламинатора
6 - температура начала деструктивных изменений клея-расплава
7 - температура начала плавления ПНД
8 - температура начала плавления ПВД
9 - температура начала плавления НПЭ
10 - характер изменения температуры при прохождении теплового потока от горячего вала к слою 4 (НПЭ)
В результате такого расположения слоев тепловой поток, идущий со стороны клеевого слоя, разогревает слой двухслойного термопластичного барьера, прилегающий к клеевому слою до температуры, не превышающей температуру пластической деформации, а слой, прилегающий к поверхности НПЭ (4) до температуры плавления, переводя его в аморфное состояние, обеспечивая расплавление граничного слоя НПЭ и надежную термоконтактную сварку НПЭ с термопластичным барьером. При такой конструкции композита компоненты клея-расплава не могут мигрировать сквозь барьер, созданный барьерным слоем из ПНД (3а), а выделяющийся из пор НПЭ при нагреве газ не может проникнуть к разделительной границе слоев 2 и 3а, не уменьшает величину поверхностного натяжения слоя ПНД на границе с клеем-расплавом, сохраняя тем самым высокий уровень адгезии между клеем и слоем 3а термопластичного барьера. Сам разделительный барьер, состоящий из двойной полимерной пленки, не теряет своей целостности, создавая на поверхности НПЭ укрепляющий и выравнивающий эту поверхность слой.
Для испытаний самоклеящегося полимерного композита были изготовлены образцы композита ТКА со следующими характеристиками:
1. Слой №1 изготовлен из ПЭТФ толщиной 0,018 по ТУ 5459-055-39160180-00 ООО «Диазоний»;
2. Клеевой слой выполнен из клея расплава на основе синтетического каучука марки TF 7009 производства концерна Forbo (Швейцария), имеющий вязкость 10000 mPa. сек. при температуре нанесения 170°С, температуру начала деструкции 210°С и адгезию к стали порядка 13 Н/см при 20°С;
3. Слои 3а и 3b получены методом соэкструзии на щелевой головке и имеют толщину: слой 3а порядка 0,005-0,008 мм, а слой 3b толщину порядка 0,017-0,020 мм и составляют вместе соэкструзионную пленку толщиной 0,025-0,03 мм и сопротивлением к расслаиванию 220 н/м производства ООО «Промресурс» по ТУ 2245-001-55279928-2001 «Материал пленочный соэкструзионный двухслойный»;
4. Слой 4 состоит из НПЭ толщиной 5 мм, производства ООО «Изодом»
Результаты трех испытаний самоклеящегося полимерного композита, предлагаемого в настоящей модели, представлены в Таб. 2
Как видно из таблицы 2 и соответствующих ей фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4 температура раздела слоев 3b и 4 превышала значение необходимой температуры плавления НПЭ (98-100°С), а температура раздела слоев 2 и 3а не вышла за пределы температуры плавления слоя 3а, что соответствует поставленной задаче получения надежного термокомпрессионного шва между ТКА и НПЭ, и сохранения прочной аморфно-кристаллической структуры слоя 3а, препятствующего миграции разогретого клея-расплава в поры НПЭ.
При этом разница между наибольшим и наименьшим значением температуры поверхности горячего вала составила 15°С, что является достаточным запасом для погрешности в установке требуемой температуры на горячем валу без ухудшения качества термической сборки и обеспечения воспроизведения требуемых результатов при допускаемых отклонениях нормализованных условии технологии. При наклеивании образцов композитного материала на монтажную поверхность из нержавеющей стали, через 24 часа после операции термической сборки, и последующего отделения их от этой поверхности по методу Afera 5001 (адгезия при отрыве под углом 180 град.), величина адгезии составила соответственно 10 Н/см для образца №1 (фиг. 2), 12 Н/см для образца №2 (фиг. 3) и 11 Н/см для образца №3.
При этом прочность соединения НПЭ с ТКА превысила уровень адгезии композита к монтажной поверхности и соответствовала величине силы разрыва самого НПЭ.
Таким образом, достигаются все цели применения настоящей полезной модели, а именно:
1 - устранение миграции компонентов адгезионного слоя, предназначенных для придания клею эластичности и адгезии, в поверхность разделительного барьера, что выразилось в сохранении высокой адгезии к монтажной поверхности;
2 - образование надежного термического соединения плавкого слоя разделительного барьера с поверхностью НПЭ, не уступающего усилию разрыва самого НПЭ;
2 - повышение адгезии клеевого слоя к разделительному барьеру (см. п. 1);
3 - повышение площади контакта между многослойным композитом и монтажной поверхностью, и увеличение тем самым адгезии между ними (см. п. 1);
4 - создание возможности раздельного производства составляющих частей композитного материала и их временного хранения;
5 - осуществление термической сборки композитного материала на любом производстве, обладающим ламинатором с горячим валом, при сохранении высокого уровня воспроизведения теплошумоизоляционных и монтажных свойств многослойного композита в условиях реально возникающих отклонений технологических параметров режима термической сборки (сварки).