ТРУДНОГОРЮЧИЙ ПОЛИМЕРНЫЙ КОМПОЗИТНЫЙ МАТЕРИАЛ
LOW-COMBUSTIBLE POLYMER COMPOSITE MATERIAL

Изобретение относится к композициям или материалам на основе высокомолекулярных соединений, в частности, к стекло-минералосодержащим полимерным композициям, применяемым для получения огнестойких конструкций и изделий из полимерных материалов, и может быть использовано, например, в строительстве, электротехнике, транспортном машиностроении.
Известны традиционные слоистые пластики, в которых роль армирующего материала выполняет стеклоткань, уложенная слоями, например, стеклотекстолит ГОСТ 12652-74 (http://docs.cntd.ru/document/gost-12652-74). Однако, эти материалы имеют неоднородную структуру, существенно различающиеся значения физико-механические характеристики в направлениях перпендикулярно и параллельно плоскости укладки слоев.
Известен многослойный комбинированный теплоизоляционный пожарозащитный материал (патент РФ № 2611942, 2017 г.), используемый в текстильной промышленности и содержащий слои тканых и нетканых материалов, отличающийся тем, что тканые и нетканые материалы выполнены из аморфных штапелированных стеклянных волокон и супер-, ультратонких кристаллических керамических волокон. Однако, описанному материалу также не придать произвольную форму ввиду того, что материал получают путем прошивки (без пропитки связующим), поэтому материал не имеет достаточной жесткости.
Известен принятый за ближайший аналог огнестойкий стеклопластик (патент РФ №2015927, 1994 г.), выполненный из слоев стекловолокнистого наполнителя, пропитанного отверждаемым связующим на основе полиэфирмалеинатной смолы, галогенсодержащего антипирена в сочетании с гидроксидом алюминия, трехоксидом сурьмы, оксидом цинка или железа. Применение гидроксида алюминия в качестве огнеупорной добавки позволяет описанному изделию снизить свою горючесть и избежать при возгорании выделению коррозионно-активных газов. Однако, такому изделию невозможно придать произвольную форму с обеспечением стабильности физических свойств в независимости от направления воздействия на стеклопластик, а наличие в составе такого стеклопластика галогеносодержащего антипирена ограничивает его широкое применение из-за токсичности газов, выделяемых при горении материала.
Задачей изобретения является создание трудногорючего полимерного материала с возможностью придания ему произвольной формы при сохранении его стабильных физических свойств.
Поставленная задача решается трудногорючим полимерным композитным материалом, представляющем собой трудногорючий пластик, в состав которого входят ненасыщенная полиэфирная смола, гидроксид алюминия в качестве антипирена и армирующий наполнитель, отличающийся тем, что представляет собой нетканый материал из неориентированных стеклянных волокон, расположенных в хаотическом порядке в объеме материала, содержащий отверждающую систему на основе органических пероксидов, масс. %:
Ненасыщенная полиэфирная смола
20-30
Гидроксид алюминия
40-70
Армирующий материал
10-40
Гидроксид магния
<5
Реологические добавки
<1
Ускоритель
0,1-0,5
Пигментная паста
0,1-1
Органический пероксид
0,5-1
Для получения заявленного компаунда были использованы следующие компоненты:
- ненасыщенные полиэфирные смолы с вязкость от 150 до 350 мПа*с, на ортофталевой, изофталевой и дициклопентадиенвой основе (например Камфест 0103RTM, Polipol 3382, Aropol S60INF60);
- гидроксид алюминия дисперсностью Д50=8-20 мкм;
- гидроксид магния Д50=8-20 мкм;
- реологическая добавка BYK560 (производитель BYK Additives & Instruments);
- армирующий материал представляющий нетканый материал из неориентированных стеклянных волокон (CSM 450, одним слоем комбинированного трехслойного стекломата плотностью 450х500х450 г/м)
- пигментные пасты (производитель ООО «Новый Дом»);
- органический пероксид (Butanox производитель AkzoNobel);
- ускоритель (октоат кобальта 1%).
Составы заявленного компаунда для получения трудногорючего пластика приведены в таблице 1:
№
Состав композита, масс. %:
Смола
Гидроксид алюминия
Гидроксид магния
Техническая добавка
Пигментная паста
Ускоритель
Армирующий материал
Органический пероксид
1
20
40
-
0,5
0,7
0,3
40
0,5
2
20
40
5
0,3
0,5
0,3
35
0,5
3
30
50
3
0,2
0,5
0,3
17
0,5
4
30
60
1
-
1
0,5
10
1
5
20
70
-
-
0,7
0,5
10
0,5
Стеклопластик на основе заявленных составов (Таблица 1) отличается трудногорючестью, которая достигается путем введения в композитный материал гидроксида алюминия в качестве антипирена в количестве 40-70 масс %. Приведенная рецептура позволяет применять технологию инжекции с вакуумированием (метод RTM) для изготовления композитных изделий произвольной формы при сохранении высокой электроизоляционной характеристики изделий, обычно получаемых методом горячего прессования SMC и BMC.
Стоит отметить, что рецептуры в Таблице 1 можно использовать для производства композитных изделий без изготовления полуфабрикатов в виде SMC или BMC препрегов в стадии «B», без применения высоких давлений и температур, что, в свою очередь, необходимо для обычной технологии прямого горячего прессования. Например, для изготовления из SMC требуется давление 5-10 МПа и температура 130-160°С., в случае указанных рецептур достаточно давление 0,1-1 МПа при температуре 25-100°С.
Предложенный композиционный материал имеет повышенные электроизоляционные характеристики благодаря свойствам применяемой ненасыщенной полиэфирной смолы вместо эпоксидных смол, а также повышенную огнестойкость, пониженное дымообразование и низкую токсичность за счет применения минерального наполнителя - антипирена (гидроксида алюминия), в отличие от обычно применяемых в материалах данного типа галогенов.
Примененный в композите армирующий наполнитель в виде нетканого материала с хаотическим расположением волокон (например, стекломат) приводит к появлению качественно новых физико-механических свойств материала. Широко варьировать свойства материала позволяет изменение ориентации размера и концентрации волокон. Кроме того, армирование хаотично расположенными волокнами придает материалу анизотропию свойств, что обуславливает стабильные физические свойства в независимости от направления воздействия к плоскости поверхности изделия, что в последствии дает возможно придавать произвольную форму изделию из композитного материала, например, в виде листа, стержня или криволинейной поверхности.
Технический результат заключается в возможности разнообразить виды   огнестойких полимерных изделий, придавая им форму в процессе самого производства без потери их физическо-механических свойств.
Данная рецептура и соответствующая технология производства была реализована в промышленном производстве в виде промышленного выпуска композитных изделий по ТУ 22.21.42-010-96763961-2018 «Изделия из полиэфирного трудногорючего стеклопластика. Марка ДЮРОПЛАСТИК.»
Примеры реализации данного изобретения:
Пример 1 (составы1, 2, 3).
Получение композита указанной рецептуры в виде листа электроизоляционного пластика.
Компаунд для изготовления трудногорючего пластика готовят смешением расчетных количеств полиэфирной смолы с технологической добавкой и пигментной пастой, а также введением ускорителя полимеризации в высокоскоростном смесителе при 500-1500 об/мин. Далее в готовую смесь дозируют порционно тонкодисперсный наполнитель согласно рецептура в Таблице 1. Компаунд продолжают совмещать до однородного распределения порошка в объеме смолы.
2
Компаунд перед заливкой совмещают органической перекисью. Готовая смесь помещается в нагнетательный бак под давлением до 5 бар и заливается в жесткую форму с рабочей частью в форме параллелепипеда 2500х1500х10 мм, с заранее уложенными слоями стекломата (например, CSM 450) плотностью 450 г/м. Количество слоев стекломатериала зависит от толщины изделия.
Пример 2 (составы 4, 5).
Получение композита указанной рецептуры в виде корпусных элементов электрооборудования (например, защитной крышки электрораспределительного шкафа).
Компаунд готовят как в Примере 1 на высокоскоростной смесителе. В полиэфирную смолу вводят ускоритель, а после пигментную пасту. Далее дозируют порошок. Совмещают до однородного распределения. На последнем этапе вводят органическую перекись
2
Компаунд заливают в жесткую форму сложной трехмерной конфигурации, размерами 500х500х3, с заранее уложенным слоями (количество слоев рассчитывают) комбинированного трехслойного стекломата плотностью 450х500х450 г/м, под давлением до 2 бар, и температурой до 50°C.
Характеристики получаемых изделий приведены в таблице №2
Таблица №2
Показатель
Стандарт
Состав 1
Состав 2
Состав 3
Состав 4
Состав 5
Состав 6
Изделие
-
Лист
Лист
Лист
Крышка электрического ящика
Крышка электрического ящика
Лист
Цвет
-
Белый
Белый
Красный
Синий
Синий
Красный
Воспламеняемость
ГОСТ 28157
ПВ-0
ПВ-0
ПВ-0
ПВ-0
ПВ-0
ПВ-0
Плотность
ГОСТ 15139
1.8
1.7
1,85
1,7
1,8
1,9
Предел прочности при изгибе
ГОСТ 4648
190
140
130
150
130
120
Предел прочности при растяжении
ГОСТ 11262
90
70
70
90
90
80
Предел прочности при сжатии
ГОСТ 4651
250
240
300
250
250
220
Электрическая прочность, перпендикулярно поверхности
ГОСТ 6433.3
12
12
12
10
10
10
Водопоглощение
ГОСТ 4650
0.1%
0.1%
0.15%
0.2%
0.2%
0.25%
Таким образом, по предложенным рецептурам возможно получать трудновоспламеняющиеся материалы с различными характеристиками и заданной криволинейной формы без использования энергоемкого дорогостоящего оборудования, высоких давлений или температур в процессе изготовления композита.