Композитный материал

Полезная модель относится к области строительства, а именно к покрывным тепло-, шумо- и виброизоляционным материалам и изделиям из них, которые могут быть использованы для тепловой изоляции или шумо- или виброизоляции технологического оборудования в сфере строительства, машиностроения, авиации, космоса, железнодорожного транспорта, в том числе трубопроводов, емкостей, стен домов, кровли, транспортных средств и др.
Шумоизоляционных или шумопоглощающих материалов на сегодняшний день существует и представлено на рынке огромное количество. Они имеют различные характеристиками и устанавливаются тоже по-разному. Наиболее востребованными из всех шумо-,тепло- или виброизоляционных материалов являются композитные материалы, они имеют хорошие физические изоляционные свойства. Композитный материал или композит - искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с четкой границей раздела между ними. Они положительно зарекомендовали себя в разных областях и с разных сторон. Композитные материалы создаются искусственным путем и состоят из двух и более слоев разного состава. При этом эти материалы имеют сравнительно небольшую толщину. Композитные материалы удобны в установке, подходят как под покраску, так и под отделку.
Такие комбинированные изоляционные материалы подразделяют на натуральные и синтетические. В рамках нестоящей полезной модели речь идет о синтетических композитных материалах, созданных на использовании пенополиэстра, пенополиэтилена, пенополистирола, пенополиуретана или пенополипропилена.
Так в JPH 1122046 описана лента для соединения теплоизолирующих панелей. Описана слоистая структура, включающая комбинацию водонепроницаемого слоя в виде пленки из полиэтилентерефталата или т.п., расположенного на одной поверхности основы из вспененного материала из смолы, поливинилхлорида или т.п., чувствительного к давлению клейкого слоя (например, бутилкаучук), размещенного на поверхности слоя водонепроницаемой пленки, и бумаги, удаляемой перед использованием ленты.
В US 2003082387 описан изоляционный материла, предназначенный для использования на участках поверхностей сложной формы. Комбинированный материал представляет собой комбинацию слоя, состоящего, в основном, из целлюлозных волокон (например, глянцевая, эластичная бумага или другие типы бумаги), слоя полимерной резины (например, может быть использовано: полипропиленовые гомополимеры и сополимеры, полиэтилены высокой плотности и линейные полиэтилены низкой плотности) и слоя полиэтилена низкой плотности, имеющего высокий индекс расплава в герметизирующего слоя.
В DE 3019187 раскрыт изоляционный материал, включающий комбинацию алюминиевой фольги и вспененного полиэтилена с клеевым слоем, который защищен бумагой, удаляемой перед использованием материала.
В US 2006078699 раскрыт изоляционный материал, представляющий 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. Теплоизоляционную панель, предпочтительно, образована из волокон, таких как полимерные волокна, неорганические волокна, стеклянные волокна, текстильные стекловолокна, минеральной ваты, или их комбинации.
В качестве прототипа использовано известное решение, касающееся изготовления теплогидроизолятора и шумопоглотителя с использованием ленты ПСТ. 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 легкоотделяемой 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. Полиолефиновая термоусадочная пленка - это многослойный материал на основе двухосноориентированного полиолефина. Как правило, 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 (ст. "Лента ПСТ", выложенная на сайте "ЛИКК" в сети Интернет в режиме он-лайн доступа по адресу: http://likk.ru/samoklejashiesja_lenty/polimernye_lenty/polietilenovie_lenti/lenta_PCT/, обнаружено в январе 2017 г.).
Таким образом, известный композитный материал представляет собой слоистую структуру, первый слой которой выполнен из полимерной пленки, второй слой выполнен клеевым, а третий слой, закрывающий клеевой слой, выполнен из антиадгезионного пленочного материала, при этом полимерная пленка соединена термически с листом несшитого газонаполненного полиэтилена.
Как правило, все современные тепло-, гидро- и шумоизоляционные материалы имеют трехслойную конструкцию, один их слоев которой всегда клеевой и закрыт легкоснимаемой пленкой, а другой представляет собой структуру, непосредственно обеспечивающую тепло-, гидро- и шумоизоляцию. Материалов с такой структурой достаточно много, но в рамках данной полезной модели используется только один вид такого материала - несшитый вспененный полиэтилен. Его получают методом экструзии с использованием в качестве физического газообразователя такие газы, как фреон, пропан-бутан и изобутан. При получении несшитого пенополиэтилена молекулярная структура самого полиэтилена не изменяется. Материал совместим практически с любыми строительными материалами - древесиной, бетоном, цементом, гипсом, известью и т.д. Немаловажным свойством несшитого полиэтилена является то, что материал химически инертный и экологически чистый. Именно благодаря этим свойствам данный материал получил широкое распространение и пользуется большим спросом. Но такой материал, представленный в виде ленты или листов, имеет один недостаток: он не держит форму на поверхности (повышенная изгибность), и для его закрепления на поверхности необходимо использовать дополнительные средства. Применение механических средств не всегда возможно и сильно усложняет процесс монтажа изоляционного материала. Применение клея позволяет ускорить процесс монтажа и облегчить его, но следует учитывать, что из-за сложной неровной и шероховатой поверхности материала процесс нанесения клеевого слоя становится весьма затруднительной задачей.
Поэтому в прототипе клеевую часть композита сначала наносят на отдельную легкоплавкую полиолефиновую пленку и закрывают клеевой слой снимаемой предохранительной ПЭТ-пленкой. И только после этого приемом прокатки через валки ламинатора производят прикрепление клеевой пленки к несшитому вспененному полиэтилену. После снятия ПЭТ-пленки композитный материал (например, в виде плиты) прижимают клеевой стороной к поверхности. За счет клеевой адгезии плита держится на поверхности.
Недостаток данного решения заключается в том, что применение каучукового клея имеет ограничения по материалам, с которыми склеивается, и по безопасности проводимых работ. Кроме того, имеет ограниченный срок службы, так как имеет естественную вулканизацию и быстро кристаллизуется при нагревании. Клеи на основе синтетических каучуков - это растворы синтетических термопластичных эластомеров в органических растворителях (этилацетате, бензине, бензоле, толуоле, и др.) со специальными добавками для повышения адгезионной прочности и теплостойкости (кумароноинденовых, бутилфенолоформальдегидных и других олигомеров). Кроме того, такие клеи не работают с полиэтиленом, чем и обусловлена необходимость использования промежуточного легкоплавкого слоя типа полиолефиновой пленки. Применение некоторых каучуковых клеев требует использование температур вулканизации до 150°С, что неприемлемо для несшитого вспененного полиэтилена. Рабочая температура усадки полиолефиновой пленки - 110-170°С. А рабочая температура несшитого газонаполненного полиэтилена колеблется от -60 до +75°С. При температуре выше допустимой (около 110°С) пенополиэтилен становится полностью непригоден для использования. Процесс ламинирования, то есть термоплавление между горячими валками ламинатора при процессе соединения двух полимерных материалов, реализуется, как правило, в диапазоне от 90 до 160°С (горячее ламинирование).
Поэтому, известное решение относится к категории сложно реализуемых и не отражает возможности создания композита с теми де свойствами, но из более простых, дешевых и не требующих высоких температур компонентов.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции композитного материала со свойствами тепло-, шумо- и виброизоляции за счет применения термоплавкого полиэтилена и клея группы Pressure Sensitive (склеивающие от механического воздействия прижатием).
Указанный технический результат достигается тем, что в композитном материале, представляющем 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, 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.
При этом в этом композите считается целесообразным, чтобы толщина силиконизированной полиэтилентерефталатной пленки составляла от 12 до 30 мкм, а толщина термоплавкой полиэтиленовой пленки - от 15 до 30 мкм.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - разрез композитного материала.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция нового композитного материала.
Этот композитный материал представляет собой слоистую структуру. В этой структуре первый слой выполнен из полимерной пленки, конкретно, термоплавкой полиэтиленовой пленки 1. Второй слой выполнен клеевым. При этом в качестве клеевого слоя 2 использован слой, нанесенный клеем из группы склеивающихся от механического воздействия прижатием. Такие клеи относятся к клеям постоянной липкости (PSA - pressure sensitive adhesive - чувствительный к давлению адгезив) или, как принято в технической литературе, к клеям группы Pressure Sensitive (склеивающие от механического воздействия прижатием). А третий слой, закрывающий клеевой слой 2, выполнен из антиадгезионного пленочного материала 3, в качестве которого использована силиконизированная полиэтилентерефталатная пленка (ПЭТ-пленка).
При этом полимерная термоплавкая полиэтиленовая пленка 1 термически соединяется с листом вспененного несшитого газонаполненного полиэтилена 4 с помощью горячих валов ламинатора.
Целесообразно, чтобы толщина силиконизированной полиэтилентерефталатной пленки составляла от 12 до 30 мкм, а толщина термоплавкой полиэтиленовой пленки - от 15 до 30 мкм.
Композиционные материалы имеют достаточно большое количество недостатков, которые сдерживают их распространение. Одним из серьезных недостатков является расслаивание - образование трещин в многослойных композитах на границе раздела слоев под действием внешних нагрузок. В данном случае, таким пограничным разделом является поверхность соединения несшитого газонаполненного полиэтилена 4 с полиэтиленовой пленкой 1.
Газонаполненный - иначе его называют несшитый вспененный полиэтилен, в процессе изготовления которого используется большое число физических газообразовательных веществ. Получаются при вспенивании полиэтилена с помощью газового потока (изобутана или разрешенных фреонов). В экструдере под давлением происходит расплав и смешивание полиэтилена со вспенивающим реагентом. При выходе из экструдера за счет уменьшения внешнего давления газ расширяется, и, таким образом получается газонаполненная пена. Так как температура при выходе из экструдера резко падает, вышедшая пузырьковая пена затвердевает, и образуется пенополиэтилен. Несшитый полиэтилен примерно в три раза дешевле физически или химически сшитого ППЭ, но уступает им по стойкости к ультрафиолетовому излучению.
Материалы этой группы изготавливаются по относительно простой технологии разогрева и вспенивания полиэтилена с помощью газового потока. Несшитый пенополиэтилен имеет нестабильную молекулярную среду, так как молекулы полимера не связаны между собой прочными химическими связями. Вследствие этого материал состоит из крупных ячеек-пузырьков, которые составляют от 1 до 2 мм в диаметре. По техническим параметрам он уступает сшитому пенополиэтилену, потому что отсутствие поперечно-связанной молекулярной «сетки» приводит к частым разрывам материала при больших нагрузках. Именно поэтому несшитый пенополиэтилен, не отвечающий предъявляемым требованиям по тепло- и звукоизоляции, применяют, главным образом, как упаковку, а не стройматериал.
2
2
Однако, при использовании несшитого газонаполненного полиэтилена совместно с усиливающим слоем позволяет его рассматривать как материал, достаточный для создания тепло-, шумо- и виброизоляции. В данном случае, таким усиливающим слоем является термоплавкая полиэтиленовая пленка. При ламинировании в диапазоне температур, которые выдерживает несшитый газонаполненный полиэтилен (до +70°С), происходит прочное внедрение полиэтиленовой пленки в структуру верхних слоев несшитого полиэтилена. Специально подобранная термоплавкая пленка-основа легко вплавляется в структуру вспененного несшитого газонаполненного полиэтилена с помощью горячих валов ламинатора, за счет чего исключается вероятность отслоения полиэтиленовой пленки от изоляционной основы. Полиэтиленовая пленка начинает размягчаться с повышением текучести уже при 100°С, а выше 115°С плавится. Для предотвращения горения в полиэтилен вводят вещества, препятствующие его разложению, а также соединения, которые при сгорании образуют негорючие углеводороды или выделяют инертные газы типа N или СО, интенсивно поглощающие тепло, а также снижающие концентрацию горючих продуктов разложения. При ламинировании происходит местный нагрев полиэтиленовой пленки, передача тепла от нее верхним слоям несшитого газонаполненного полиэтилена и приплавление последнего к полиэтиленовой пленке. В результате изоляционная основа надежно прикрепляется к полиэтиленовой пленке, которая становится определяющей в повышении разрывной прочности композита.
Применение клеев из группы Pressure Sensitive позволяет исключить вредное воздействие состава клея на организм человека и повысить биологическую инертность композита. Например, акриловые клеи-эластомеры PSA, в отличие от многих других полимеров, обладают очень высокой стойкостью к окислению. Благодаря высокой прочности они широко используются в самых различных областях. К недостаткам можно отнести достаточно неприятный запах. Это одна из причин, по которой акриловые эластомеры, производимые в форме эмульсии, в продаже в этой форме отсутствуют. Самоклеящиеся ленты на основе акрилатов не обладают запахом, имеют очень хорошие механические свойства, обладают хорошей химической стойкостью. Широко используются в пищевой промышленности и в медицине (http://www.technologywood.ru/skleivanie-drevesiny/akrilovye-elastomery-psa.html). Клей, чувствительный к давлению, является вязкоэластичным материалом, постоянно сохраняющим свои клеящие свойства. Применяются данные материалы для мгновенного склеивания особо твердых поверхностей с использованием давления небольшой величины. Такие клеи или адгезивы, чувствительные к давлению, обычно являются липкими и обеспечивают мгновенное приклеивание при нанесении на субстрат. Для изготовления адгезивов, чувствительных к давлению, пригодны многие полимеры, такие как, например, гомо- или сополимеры сложного эфира акриловой и метакриловой кислоты, системы на основе бутилкаучука, силиконы, уретаны, сложные виниловые эфиры и амиды, олефиновые сополимеры, натуральные или синтетические каучуки и тому подобные. Все PSA являются эластомерами, то есть они обладают вязкоупругими свойствами, характерными для каучуков.
Использование в качестве антиадгезионного материала силиконизированной пленки ПЭТ обеспечивает плотное прилегание к клеевому слою, а также минимизируется вероятность отслоения защитного слоя от полотен вспененного материала большой толщины и с неровной поверхностью. Небольшая толщина антиадгезионной пленки (от 12 до 30 мкм) и пленки-основы (от 15 до 30 мкм) позволяет сократить теплопотери при ламинации, что снижает энергозатраты и увеличивает скорость процесса ламинации.
Силиконизированная пленка ПЭТ удаляется перед фиксацией материала (ленты) на поверхность. Возможно использование материала и без удаления пленки. Например, если прикрепление материала происходит не приклеиванием, а другим способом, или когда материал расположен горизонтально и неподвижно.
Настоящая полезная модель промышленно применима и может быть изготовлена в промышленных условиях с использованием в качестве компонентов полимеров, широко выпускаемых промышленностью.