ОБЛИЦОВОЧНАЯ ПАНЕЛЬ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области производства строительных материалов, а именно отделочных панелей, и может быть использовано в производстве отделочных материалов, применяемых как для наружной, так и внутренней отделки зданий и помещений, преимущественно коммунального и производственного назначения.
Известна (RU, патент 2016912) двухслойная высокопрочная коррозионно-стойкая сталь, состоящая из основного слоя, содержащего углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, фосфор, серу, железо и плакирующего слоя, содержащего углерод, кремний, марганец, хром, никель, железо, причем основной слой дополнительно содержит молибден, алюминий и ниобий.
Известное техническое решение предназначено для изготовления нагруженных сварных конструкций, эксплуатирующихся в широком температурном интервале (до -60°С) в условиях повышенного коррозионного износа под воздействием морской воды и других агрессивных сред. Одной из областей использования является изготовление емкостей - хранилищ для транспортировки и хранения агрессивных жидкостей. Оно полностью непригодно для создания декоративных отделочных материалов, в том числе и из-за высокой себестоимости.
Известна (RU, патент 2102688) двухслойная металлоконструкция, содержащая подложку из высокопрочной конструкционной легированной стали, при этом на указанной подложке дополнительно размещена пластина из среднепрочного или высокопрочного титанового сплава при соотношении толщины пластины из титанового сплава (А) и толщины стальной подложки (В), составляющей А/В 0,5 1,0. В предпочтительном варианте реализации стальная подложка выполнена из высокопрочной конструкционной торсионной стали толщиной 4,3÷5,3 мм, а размещенная на ее внешней стороне пластина титана выполнена из титанового сплава толщиной 2,5÷4,0 мм.
Известная металлоконструкция применима для создания защитных приспособлений (броневая защита) и не предназначена для изготовления декоративных отделочных материалов из-за высокой стоимости и значительной массы образца единичной площади, что потребует дополнительных расходов для создания крепления подобной пластины к стене помещения или здания.
2
Известна (RU, патент 2215655) двухслойная металлическая конструкция, который предназначена для использования в качестве антикоррозионных покрытий оборудования в установках для производства химической продукции, состоящая из первого слоя в виде металлической пластины из нержавеющей стали и второго слоя, наваренного на первый, причем металлическая пластина имеет толщину 2-30 мм и площадь поверхности, превышающую 0,1 м, а наваренный слой имеет толщину 0,5-6 мм из металла или сплава металлов нержавеющих сталей, предназначенных для установок химического производства.
Известна (RU, патент 2225793) плакированная коррозионно-стойкая сталь, состоящая из основного слоя из углеродистой или низколегированной стали и, по крайней мере, одного плакирующего слоя из коррозионно-стойкой хромистой стали, с прочностью сцепления слоев не ниже прочности стали основного слоя, отличающаяся тем, что коррозионно-стойкая сталь плакирующего слоя содержит углерод, марганец, кремний, хром, серу, фосфор, железо и неизбежные примеси. При этом толщина получаемой пластины составляет примерно 10 мм.
Наиболее близким аналогом разработанной конструкции можно признать (RU, патент 66383) металлическую облицовочную панель, содержащую металлическое основание с декоративными элементами на его лицевой поверхности, причем основание выполнено из нержавеющей стали, а декоративные элементы - в виде углублений на ее лицевой поверхности, которые заподлицо или до уровня, расположенного не более чем на 0,14 мм от плоскости лицевой поверхности, заполнены способом изготовления порошковых покрытий краской соответствующего цвета.
Недостатком известной облицовочной панели можно признать ее достаточно высокую себестоимость, обусловленную использованием значительного количества дорогостоящей нержавеющей стали.
Техническая задача, решаемая посредством разработанного технического решения, состоит в разработке нового вида металлических отделочных панелей, применяемых для облицовки внутренних помещений производственного и коммунального типа.
Технический результат, получаемый в результате реализации разработанной конструкции, состоит в упрощении крепления металлоконструкции к стене за счет уменьшения массы металлоконструкции при равной толщине и при сохранении их антикоррозионных и прочностных характеристик свойств.
Для достижения указанного технического результата по первому варианту реализации предложено использовать металлоконструкцию - облицовочную панель, выполненную двухслойной, причем первый слой выполнен из материала, выбранного из группы, содержащей сплавы железо-хром, железо-никель, железо-никель-хром, железо-никель-алюминий, железо-алюминий, железо-ванадий, алюминий-хром, алюминий-хром-магний, алюминий-кремний, алюминий-титан, алюминий-цинк, титан, а также и алюминий и его сплавы толщиной от 30 до 400 мкм, а второй слой выполнен из материала, выбранного из группы, содержащей сплав железо-углерод, алюминий и его сплавы, толщиной от 200 до 2000 мкм при ширине 300-2000 мм. Слои могут быть соединены различным образом. В частности, слои могут быть соединены наплавлением, совместной прокаткой и диффузионным отжигом в печи или наливом. Указанный перечень не ограничивает возможные варианты соединения слоев. В предпочтительном варианте реализации первый слой, т.е. лист, выполненный из коррозионностойкого материала, может быть выполнен рельефным. Рельеф преимущественно выполнен в виде набора выпуклых элементов и впадин, причем глубина рельефа предпочтительно не превышает 95% толщины указанного слоя. Рельеф может быть выполнен любым известным методом создания рельефных элементов на поверхности металлического листа: химическим или электрохимическим травлением, лазерной гравировкой, фрезерованием, струйной обработкой с применением абразивов, прокаткой, обработкой абразивными кругами и/или металлическими щетками и т.д.
Для достижения указанного технического результата по второму варианту реализации предложено использовать металлоконструкцию - облицовочную панель, которая выполнена двухслойной, причем первый слой выполнен из материала, выбранного из группы, содержащей сплавы железо-хром, железо-никель, железо-никель-хром, железо-никель-алюминий, железо-алюминий, железо-ванадий, алюминий-хром, алюминий-хром-магний, алюминий-кремний, алюминий-титан, алюминий-цинк, титан, а также и алюминий и его сплавы толщиной от 30 до 400 мкм, а второй слой выполнен из материала, выбранного из группы, содержащей сплав железо-углерод, алюминий и его сплавы, толщиной от 0,2 до 2,0 мм, при этом слои соединены посредством клеевого соединения при ширине металлоконструкции от 300 до 2000 мм. Клеевое соединение может выполнено на основе эпоксидных смол, полиэфирных смол, полиуретана, структурных акриловых клеев типа Permabomd, цианакрилатных клеев типа Kosmofen. Указанный перечень не ограничивает возможные варианты используемых клеев. Толщина клеевого слоя зависит от вида используемого клея, а также от способа его нанесения. В предпочтительном случае реализации, как и по первому варианту, первый слой, т.е. лист, изготовленный из коррозионностойкого материала, может быть выполнен рельефным. Рельеф преимущественно выполнен в виде набора выпуклых элементов и впадин, причем глубина рельефа предпочтительно не превышает 95% толщины указанного слоя. Рельеф может быть выполнен любым известным методом создания рельефных элементов на поверхности металлического листа: химическим или электрохимическим травлением, лазерной гравировкой, фрезерованием, струйной обработкой с применением абразивов, прокаткой, обработкой абразивными кругами и/или металлическими щетками и т.д.
Для изготовления металлоконструкции - облицовочной панели по второму варианту реализации предварительно обезжиривают соединяемые поверхности металлических слоев, наносят, по меньшей мере, на одну из них слой клея и соединяют склеиваемые поверхности, причем слой клея наносят с исходной толщиной, обеспечивающей получение клеевого слоя между соединяемыми слоями толщиной 0,002-2 мм. Обезжиривание осуществляют любым известным из уровня техники методом, подходящим для данного случая использования. Тип клея подбирают исходя из последующего использования металлоконструкции. Клей наносят любым известным из уровня техники способом (кистью, валиком, распылением, валиками и т.д.).
Указанный технический результат по обоим вариантам реализации разработанной металлоконструкции достигается за счет замены части основания более легком металлическим сплавом. Для закрепления разработанной металлоконструкции на любом носителе (стене или потолке) используют крепления упрощенного и облегченного варианта, что позволяет упростить процесс монтажа металлоконструкций на носителе. При этом наружная часть панели сохраняет все прочностные и антикоррозионные свойства изделия прототипа.
Как было указано выше, для достижения указанного технического результата по первому варианту реализации предложено использовать металлоконструкцию, выполненную двухслойной, причем первый слой выполнен из материала, выбранного из группы, содержащей железо-хром, железо-никель, железо-никель-хром, железо-никель-алюминий, железо-алюминий, железо-ванадий, алюминий-хром, алюминий-хром-магний, алюминий-кремний, алюминий-титан, алюминий-цинк, титан, а также и алюминий и его сплавы толщиной от 30 до 400 мкм, а второй слой выполнен из сплава, выбранного из группы, содержащей сплав железо-углерод, алюминий и его сплавы, толщиной от 200 до 2000 мкм при ширине 300-2000 мм. Металлоконструкция представляет собой двухслойную конструкцию, наружный слой которой, имеющий в основном декоративную функцию, выполнен из коррозионностойкого материала - различных типов нержавеющей стали, различных сплавов алюминия, а также титана, а второй - из среднеуглеродистой стали или алюминия и его сплавов. Соотношение толщин слоев показывает, что основная часть облицовочной панели - это материал с невысокой себестоимостью, а ее внешняя часть, выполненная из дорогостоящего материала, составляет незначительную часть панели и, следовательно, незначительно увеличивает ее себестоимость. Толщина первого слоя определена также возможным нанесением рельефа. В ходе разработки конструкции было экспериментально установлено, что для визуальной различимости рельефного изображения оно должно быть глубиной более 5-28 мкм в зависимости от вида изображения, следовательно минимальная толщина первого слоя должна быть не меньше 30 мкм, исходя из условия: глубина впадин составляет 95% толщины первого слоя. При указанной минимальной толщине первого слоя его прочность, даже при глубине рельефа в 28 мкм, достаточна для сохранения целостности слоя. Указанная максимальная толщина первого слоя обусловлена, с одной стороны, способом сокращения расхода дорогостоящего материала, уменьшения массы первого слоя, чтобы иметь возможность использовать более слабое и, тем самым более дешевое, крепление, как между слоями, так и всей металлоконструкции к основанию, но при этом, с другой стороны, сохранить такое потребительское качество как долговечность металлоконструкции. Кроме того, необходимо учесть технологичность операции соединения двух слоев. Опытным путем было установлено, что толщина первого слоя, отвечающая перечисленным условиям должна составлять не свыше 1500 мкм. Поскольку изготавливаемые металлоконструкции предназначены для широкого и длительного применения, необходимым условием их использования является значительная механическая устойчивость, в том числе, и способность противостоять умышленным и неумышленным механическим повреждениям, а также возможность ремонта поврежденной металлоконструкции. В процессе эксплуатации в качестве облицовочной панели металлоконструкция может испытывать неблагоприятные природные воздействия, воздействия техногенного характера и неблагоприятные воздействия, обусловленные человеческим фактором. При этом для потребителя желательно иметь возможность приведения механически поврежденной панели в прежнее состояние без ее демонтажа. Основными видами механических повреждений являются царапины и вмятины от воздействия механическими предметами, к которым могут быть отнесены абразивные частицы (в том числе, и пыль), а также твердые тела, вошедшие в контакт с поверхностью первого слоя металлоконструкции случайно, по причине неправильного монтажа элементов, находящихся рядом с металлоконструкцией или по злой воле человека (действия вандалов). Экспериментально было установлено, что при толщине 1500 мкм, во-первых практически исключена возможность разрыва первого слоя с обнажением второго слоя, во-вторых, обеспечена возможность ремонта поверхности первого слоя путем подшлифовки его поверхности. Указанная толщина, согласно экспериментальным данным, гарантирует эксплуатацию металлоконструкции в течение не менее 10 лет.
Второй слой выполняет функцию основы, предназначенной как для крепления первого слоя, так и придания жесткости всей конструкции. При выборе его геометрических размеров необходимо учесть следующие факторы: с одной стороны, второй слой должен быть достаточно толст, чтобы придать металлоконструкции необходимую жесткость, с другой стороны, он должен быть минимально толст, чтобы уменьшить массу всей металлоконструкции и упростить крепление металлоконструкции к основанию. Поскольку себестоимость материалов, используемых в качестве материала второго слоя, относительно не высока по сравнению с себестоимостью материалов первого слоя, этим фактором можно пренебречь. Исходя из выше изложенных факторов, экспериментально было установлена, минимальная толщина второго слоя - 200 мкм, а максимальная толщина 2000 мкм. Тонкий слой 200 мкм обусловлен возможностью данного листа держать форму не прогибаться под собственным весом. Эти материалы должны обладать небольшим весом, так как будут использоваться для производства подвесных потолков, чтобы сделать их не опасными для людей в случае падения им на головы. Одновременно экспериментально были определены и предельные значения ширины металлоконструкции. При ширине длине металлоконструкции, выполняющей облицовочной панели менее 90 мм производство металлоконструкций становится нерентабельным из-за достаточно высокой себестоимости единичного участка площади металлоконструкции, а при ширине металлоконструкции более 2000 мм сложно закрепить подобную металлоконструкцию на вертикальной опоре, следовательно, ухудшаются потребительские характеристики произведенной металлоконструкции. Первый и второй слои могут быть соединены любым известным в металлообработке способом. В частности, слои могут быть соединены наплавлением, совместной прокаткой и диффузионным отжигом в печи или наливом. Указанный перечень не ограничивает возможные варианты соединения слоев. Как отмечено ранее, для повышении декоративного эффекта лист, выполненный из коррозионностойкого материала, может быть выполнен рельефным. Рельеф преимущественно выполнен в виде набора выпуклых элементов и впадин, причем глубина рельефа предпочтительно не превышает 95% толщины указанного слоя. Рельеф может быть выполнен в виде геометрического орнамента, а также набора хаотично расположенных по поверхности листа выступов и углублений. Рельеф может быть выполнен любым известным методом создания рельефных элементов на поверхности металлического листа: химическим или электрохимическим травлением, лазерной гравировкой, фрезерованием, струйной обработкой с применением абразивов, прокаткой, обработкой абразивными кругами и/или металлическими щетками и т.д.
В некоторых вариантах реализации разработанной металлоконструкции впадины рельефа могут быть заполнены искусственно или естественным образом твердеющей субстанцией (краска, раствор полимера, порошковый композит и т.д.).
Металлоконструкция по первому варианту реализации разработанного технического решения может быть изготовлена следующим образом.
Первоначально титановую ленту, ширина которой составляет от 90 до 2000 мм, а толщина - от 30 до 400 мкм, используемую для получения первого слоя, очищают от механических загрязнений и обезжиривают. Затем ленту пропускают через разогретые валки, на которые нанесен рисунок требуемого рельефа. Полученный рисунок, а именно - его углубления заполняют жидкой краской и проводят ее термическое отверждение. Лист среднеуглеродистой стали той же ширины обезжиривают, совмещают поверхность листа среднеуглеродистой стали с тыльной стороной титановой ленты и проводят диффузионный отжиг в печи. Затем полученный полуфабрикат разрезают на облицовочные панели по размеру и упаковывают.
Как было указано выше, для достижения указанного технического результата по второму варианту реализации предложено использовать металлоконструкцию, которая выполнена двухслойной, причем первый слой выполнен из сплава, выбранного из группы, содержащей железо-хром, железо-никель, железо-никель-хром, железо-никель-алюминий, железо-алюминий, железо-ванадий, алюминий-хром, алюминий-хром-магний, алюминий-кремний, алюминий-титан, алюминий-цинк, титан, алюминий толщиной от 30 до 400 мкм, а второй слой выполнен из сплава, выбранного из группы железо-углерод, алюминий и его сплавы, толщиной от 0,2 до 2,0 мм, при этом слои соединены посредством клеевого соединения при ширине металлоконструкции от 300 до 2000 мм. Требования, выдвигаемые к первому и второму листу металлоконструкции, аналогичны требованиям, прилагаемым к этим же листам в предыдущем варианте реализации. Требование к используемому клеевому составу состоит в обеспечении прочности клеевого соединения после затвердевания клеевого слоя. Желательно также быстрая скорость отверждения
Клеевое соединение может быть выполнено на основе эпоксидных смол, полиэфирных смол, полиуретана, силикона, структурных акриловых клеев типа Permabomd, цианакрилатных клеев типа Kosmofen. Указанный перечень не ограничивает возможные варианты используемых клеев. Толщина клеевого слоя зависит от вида используемого клея, а также от способа его нанесения.
Для изготовления металлоконструкции по второму варианту реализации предварительно обезжиривают соединяемые поверхности металлических слоев, наносят, по меньшей мере, на одну из них слой клея и соединяют склеиваемыми поверхностями, причем слой клея наносят с исходной толщиной, обеспечивающей получение клеевого слоя между соединяемыми слоями толщиной 0,002-2 мм. Обезжиривание осуществляют любым известным из уровня техники методом, подходящим для данного случая использования. Тип клея подбирают исходя из последующего использования металлоконструкции. Клей наносят любым известным из уровня техники способом (кистью, валиком, распылением и т.д.).
Достижение указанного технического результата основано следующими экспериментальными данными.
Минимально допустимая толщина облицовочной панели, выполненной из нержавеющей стали, - прототипа по экспериментальным данным автора составляет от 0,4 до 4,0 мм. При использовании меньшей толщины при технологически приемлимых размерах и рентабельности выпуска облицовочная панель не обладает механической прочностью, достаточной для ее применения при размещении панели на стенах или потолке.
3
3
3
Разработанная конструкция содержит от 0,2 до 2,0 мм стальной основы, имеющей практически ту же плотность, что и нержавеющая сталь (примерно, 7,8-7,9 г/см), и от 0,03 до 1,5 мм более легкого сплава или по меньшей мере, сплава с плотностью, не превышающей плотность нержавеющей стали (плотность алюминиевых сплавов составляет примерно 2,65-2,8 г/см, плотность сплава железо-никель не превышает 7,8 г/см). Следовательно, даже при использовании в качестве материала коррозионно стойкого слоя сплава железо-никель масса облицовочной панели уменьшается величину от 15 до 50%.
2
Реальная масса панели - прототипа площадью 1 м составит при толщинах от 0,4 мм (минимально допустимая) до 4 мм (максимальная) от 3,2 кг до 32 кг.
3
3
Для сравнения взяты самый легкий вариант (оба слоя выполнены из алюминиевого сплава плотностью 2,7 г/см), самый тяжелый вариант (оба слоя выполнены из сплавов с плотностью 7,8 г/см) и промежуточные варианты.
2
Для самого легкого варианта панели разработанной конструкции (первый слой - алюминиевый сплав толщиной 30 мкм (0,000003 м), второй слой - алюминиевый сплав толщиной 200 мкм (0,00002 м)) масса панели площадью 1 м составляет 0, 062 кг.
Для варианта панели (первый слой - железо-никель толщиной 30 мкм, второй слой - алюминиевый сплав толщиной 200 мкм) масса панели составляет 0,078 кг.
2
Для варианта панели (первый слой железо-никель толщиной 30 мкм, второй слой - железо - углерод толщиной 200 мкм) масса панели площадью 1 м составляет 0,18 кг.
2
Для варианта панели (первый слой - алюминиевый сплав толщиной 1500 мкм, второй слой - алюминиевый сплав толщиной 2000 мкм) масса панели площадью 1 м составляет 9,4 кг.
2
Для варианта панели (первый слой - алюминиевый сплав толщиной 1500 мкм, второй сплав - железо-углерод толщиной 2000 мкм) масса панели площадью 1 м составляет 19,7 кг.
2
Для варианта панели (первый слой - железо-никель толщиной 1500 мкм, второй слой железо-углерод толщиной 2000 мкм) масса панели площадью 1 м составляет 27,3 кг.
Очевидно, что при равных толщинах при одинаковых прочностных и антикоррозионных характеристиках заявленное техническое решение имеет при прочих равных характеристиках меньшую массу.
3
Клеевой слой при его удельной плотности приближающейся к 1 г/см влияния на массу панели не оказывает
В любом варианте реализации разработанной металлоконструкции, представляющей собой облицовочную панель, обеспечено достижение указанного технического результата.