КОМПОЗИЦИИ ПЛАСТИЗОЛЯ, СОДЕРЖАЩИЕ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ (КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ)
PLASTISOL COMPOSITIONS CONTAINING ORGANOSILICON COMPOUND (ORGANOSILICON COMPOUNDS)

Область техники (изобретение а не соединение)
Настоящее изобретение относится в целом к композициям пластизоля, содержащим одно или несколько кремнийорганических соединений, а также к армирующим неорганическим волокнам (например, холстам), покрытым такими композициями пластизоля. Армирующие неорганические волокна (например, холсты) с покрытием могут включаться в состав цементирующих плит с целью увеличения их долговечности.
Предпосылки создания настоящего изобретения
Предполагается, что разрушения цементных плит обычно происходят из-за воздействия щелочей на стекловолоконный холст, который используется для их армирования. Эти холсты покрыты пластифицированным ПВХ (т.е. пластизолями) и, хотя общепризнано, что пластизоли обеспечивают надлежащую защиту стекловолокна, действие этого защитного материала ограничено лишь определенным периодом временем. Пластизоли являются наиболее распространенным покрытием, предлагаемым на рынке, поскольку его цена и характеристики отвечают минимальным требованиям, установленным в отрасли.
В цементных подкладочных плитах обычно используются покрытые ПВХ стекловолоконные холсты для придания прочности и жесткости при обращении и эксплуатации. Прочность этих плит напрямую зависит от долговечности холста. Холсты, изготавливаемые нетканым способом (Chomarat North America, Chomarat, Adfors, Dewtex, Milliken, Kirson) или тканым способом (Phifer Wire), обычно имеют почти одинаковые, в определенных пределах, характеристики при использовании в щелочной цементной матрице. Предполагается, что каждый производитель, имеющий собственный фирменный состав, использует базовый пластизоль, что обеспечивает сходные характеристики в цементной плите. При сходных характеристиках долговечности, холсты каждого производителя должны иметь почти одинаковую структуру (число нитей на дюйм в каждом направлении), чтобы обеспечивать необходимую начальную прочность и прочность после старения, указанную производителем цементных плит и установленную отраслевым стандартом ASTM С-947 (Стандартный метод испытаний свойств при изгибе тонкостенных изделий из бетона, армированных стекловолокном).
Кроме того, при производстве холста обычно желательно, чтобы стекловолоконная пряжа содержала соответствующее химическое связующее вещество (например, проклеивающую композицию) волокна, которое обеспечивало бы совместимость с покрытием из ПВХ и, возможно, определенную степень дополнительной устойчивости к воздействию щелочей. Существует ограничение на количество связующего вещества (например, проклеивающей композиции) для включения в стекловолокно (обычно менее 2%), которое может содержать не только силан для совместимости с покрытием или полимерной системой, но также крахмал и набор для смазки. Предполагается, что при более высоком содержании таких "добавок" обычно снижается пригодность волокна для последующей переработки.
Соответственно, в промышленности по-прежнему существует потребность в композициях пластизоля с улучшенными характеристиками, предпочтительно также позволяющими вносить изменения в структуру армирующего холста (в частности, для применения в цементных плитах) для снижения стоимости и, соответственно, отпускной цены.
Краткое изложение сущности настоящего изобретения
Решение одной или нескольких из упомянутых задач может достигаться в одном или нескольких вариантах осуществления настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения предложены композиции пластизоля, содержащие одну или несколько полимерных смол (например, гомо- или сополимеров), используемых в виде частиц и диспергированных в пластификаторе. Композиции пластизоля могут преимущественно содержать одно или несколько гидролизуемых кремнийорганических соединений (ГКОС). Обычно композиции пластизоля также могут содержать предпочтительную систему растворителей. В некоторых вариантах осуществления ГКОС могут содержать органофункциональный силан, органофункциональный силоксан, органофункциональный полисилоксан или их сочетания. Пластизоли согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения обеспечивают заметно улучшенные характеристики старения при воздействии щелочи.
Согласно одной из особенностей в вариантах осуществления настоящего изобретения предложено волокно, покрытое композициями пластизоля согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления неорганическое волокно может быть опосредованно или непосредственно по меньшей мере частично покрыто композицией пластизоля согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Неорганическое волокно предпочтительно представляет собой стекловолокно. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления неорганическое волокно полностью (или по меньшей мере преимущественно полностью) покрыто композицией пластизоля согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
Кроме того, в вариантах осуществления настоящего изобретения предложен холст. Холсты согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения могут представлять собой сетку из неорганических волокон. Сетка из неорганических волокон может образовывать множество точек пересечения (например, точек, в которых одно или несколько волокон непосредственно или опосредованно перекрывают друг друга) и множество открытых пространств. Неорганические волокна холста могут иметь слой покрытия из отвержденного пластизоля, которым опосредованно или непосредственно по меньшей мере частично покрыты неорганические волокна. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения слой покрытия из отвержденного пластизоля предпочтительно содержит композицию пластизоля. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения холсты предпочтительно могут являться идеально применимыми для использования в цементных плитах.
Соответственно, в настоящем изобретении также предложена армированная цементирующая плита, содержащая материал матрицы, представляющий собой цементирующий материал, который имеет противоположные в целом плоские поверхности и противоположные края. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения армированные цементирующие плиты содержат по меньшей мере один холст (например, 1, 2, 3 и т.д.), находящийся поверх по меньшей мере одной из противоположных в целом плоских поверхностей или внедренный в материал матрицы. Внедренный холст(ы) может представлять собой сетку из неорганических волокон, образующую множество точек пересечения и множество открытых пространств. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения неорганические волокна могут иметь слой покрытия из отвержденного пластизоля, представляющего собой композицию пластизоля, которым опосредованно или непосредственно и по меньшей мере частично покрыты неорганические волокна.
Краткое описание чертежей
После описания в общих чертах вариантов осуществления настоящего изобретения далее описаны сопровождающие чертежи, которые необязательно выполнены в масштабе и на которых:
на Фиг. 1 показан нетканый холст с чередующейся структурой основы согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения,
на Фиг. 2 показан нетканый холст с наложенной структурой основы согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения,
на Фиг. 3A показан вид сверху гладкого тканого холста согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения,
на Фиг. 3Б показан вид сбоку тканого холста, проиллюстрированного Фиг. 3A,
на Фиг. 4 показана армированная цементирующая плита согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения,
на Фиг. 5 показан поперечный разрез армированной цементирующей плиты согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения,
на Фиг. 6 показан график, на котором представлен процентный показатель ПнП в зависимости от размера шаблона согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения,
на Фиг. 7 показан график, на котором представлено процентное сохранение предела прочности на разрыв в зависимости от процентного показателя ПнП согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, и
на Фиг. 8 показаны точки измерений разрушенной цементирующей плиты.
Подробное описание
Настоящее изобретение будет подробнее описано далее со ссылкой на сопровождающие его чертежи, на которых представлены некоторые, но не все варианты осуществления изобретения. В действительности, настоящее изобретение может быть осуществлено во множестве различных форм и не должно считаться ограниченным описанными вариантами осуществления, которые приведены в целях обеспечения соответствия описания применимым законным требованиям. Используемые в описании и прилагаемой формуле изобретения формы единственного числа включают ссылку на множественное число, если контекстом ясно не диктуется иное.
Согласно одной из особенностей в вариантах осуществления настоящего изобретения предложены композиции пластизоля, содержащие одну или несколько полимерных смол (например, виниловых или акриловых гомо- или сополимеров), используемых по меньшей мере частично в виде частиц и диспергированных в пластификаторе. Пластизолями в целом являются дисперсии обычно тонкоизмельченной смолы в пластификаторе. Обычно пластизоли представляют собой пасту (вязкость которой, тем не менее, может регулироваться с целью получения при желании более текучего материала), которая образует гель при нагреве (например, до 150°C) в результате сольватации частиц смолы пластификатором. Тем не менее, композиции пластизоля согласно вариантам осуществления настоящего изобретения предпочтительно могут содержать одно или несколько гидролизуемых кремнийорганических соединений (ГКОС). В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения одно или несколько ГКОС является единственным задерживающим воду или блокирующим воду добавляемым ингредиентом, который присутствует в композиции пластизоля.
Используемым термином "кремнийорганическое соединение(-я)" в целом обозначаются органические соединения, содержащие по меньшей мере одну связь углерод-кремний (C-Si). В некоторых вариантах осуществления "кремнийорганическое соединение(-я)" может включать кремнийорганические оксиды (например, органосилоксаны, органополисилоксаны или силиконы). Например, кремнийорганическое соединение может представлять собой органофункциональный силан, органофункциональный силоксан, органофункциональный полисилоксан или их сочетания. Смотри определение кремнийорганического соединения на стр. 822 Краткого химического словаря под редакцией Hawley, 14-е издание.
По меньшей мере с одним из атомов кремния кремнийорганических соединений согласно вариантам осуществления настоящего изобретения обычно могут быть связаны две различные химически активные группы (например, в сценариях, в которых соединение содержит несколько атомов Si), облегчающие реакцию или сродство с двумя различными материалами (например, неорганическими поверхностями и органическими смолами посредством ковалентных связей или полимерного "переходного" слоям между этими двумя различными материалами). В целом, первая химически активная группа может содержать гидролизуемый остаток (например, алкоксильную группу), непосредственно связанный с атомом кремния. В этом отношении кремнийорганические соединения согласно настоящему изобретению являются гидролизуемыми. Кремнийорганические соединения согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения могут содержать один или несколько гидролизуемых остатков (например, алкоксильных групп), непосредственно связанных с атомом кремния. Эти гидролизуемые остатки, такие как алкоксильная группа, могут подвергаться гидролизу с образованием силанольных функциональных групп (т.е. Si-OH), которые могут способствовать связыванию с неорганическими поверхностями и самоконденсации с образованием двух- и трехмерных полисиликонов. Кремнийорганические соединения согласно вариантам осуществления настоящего изобретения также могут содержать органическую группу, присоединенную к атому кремния. В некоторых вариантах осуществления органическая группа может являться химически активной, а в других вариантах осуществления органическая группа может являться химически неактивной, но, необязательно, обеспечивает различные степени сродства к некоторым функциональным группам. Кремнийорганические соединения согласно некоторым вариантам осуществления могут содержать одну или несколько органических групп, которые могут быть независимо приспособлены или выбраны с тем, чтобы иметь любые заданные функциональные возможности в зависимости от предполагаемого применения кремнийорганического соединения.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления кремнийорганические соединения представляют собой гидролизуемые кремнийорганические соединения (ГКОС). В таких вариантах осуществления ГКОС обычно содержит одну или несколько гидролизуемых групп и по меньшей мере один органический компонент/группу, которая может иметь желаемые химические функциональные возможности (например, амин, эпоксид и т.д.). Например, ГКОС может содержать по меньшей мере одну связанную с атомом Si алкоксильную группу, которая может подвергаться гидролизу, при этом органическая группа может иметь заданные химические функциональные возможности, предпочтительно соответствующие конкретной полимерной смоле или дополняющие ее (например, поливинилхлорид).
Соответственно, композиции пластизоля согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения может содержать одно или несколько ГКОС, представляющих собой органофункциональный силан, органофункциональный силоксан, органофункциональный полисилоксан или их сочетания. Органофункциональные силоксаны могут представлять собой соединения, в которых атомы кремния соединены одинарной связью с кислородом, при этом атом кремния также содержит по меньшей мере одну одинарную связь с органической группой (например, замещенным или незамещенным углеводородом). Органофункциональные полисилоксаны могут представлять собой двух- и трехмерные сети или могут легко сжиматься в двух- и трехмерные сети.
Композиции пластизоля согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения могут содержать одно или несколько ГКОС с функциональными возможностями аминов. Например, ГКОС может представлять собой органофункциональный силан, органофункциональный силоксан, органофункциональный полисилоксан или их сочетания, при этом органический компонент ГКОС содержит одну или несколько аминных групп. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления одно или несколько ГКОС представляют собой аминофункциональный полисилоксан (предпочтительно способный образовывать поперечные связи), более предпочтительно способный образовывать поперечные связи аминофункциональный диалкилполисилоксан. Способные образовывать поперечные связи аминофункциональные диалкилполисилоксаны предлагаются на рынке компанией Wacker Chemie AG под названиями Wacker L-756 и F-784 Silicone Fluid.
В некоторых вариантах осуществления композиция пластизоля может содержать одно или несколько ГКОС, представляющих собой алкокси-аминофункциональный диалкилполисилоксан, выбранный из следующего соединения:
,
в котором R1 означает алкильную группу (например, С1-С10), такую как без ограничения метиловая группа; R2 означает одновалентную углеводородную группу, содержащую от 1 до 20 атомов углерода, или ее галогензамещенную группу, при этом по меньшей мере 50% групп R2 могут представлять собой метиловые группы; и Z означает аминозамещенную одновалентную углеводородную группу, представленную формулой:
,
в которой R3 означает двухвалентную углеводородную группу, содержащую от 1 до 5 атомов углерода; R4 означает атом водорода, одновалентную углеводородную группу, содержащую от 1 до 20 атомов углерода, или ее галогензамещенную группу; а равно 0, 1, 2 или 3; а x и y в каждом случае означают положительное целое число; x+y может варьировать, обеспечивая различную вязкость. В некоторых вариантах осуществления x+y имеет достаточную величину для обеспечения вязкости от 5 до 100000 сантистокс при 25°C.
Алкоксильные группы алкокси-аминофункционального диалкилполисилоксана могут вступать в реакцию с водой и образовывать концевые силанольные группы (Si--OH), которые при осаждении на неорганическую поверхность (например, неорганическое волокно или холст) могут вступать в реакцию с другими силанольными группами аналогичной молекулы, создавая связь Si--О--Si, в результате чего происходит полимеризация и формируется высокогигроскопичное водостойкое полимерное покрытие. Одним из примеров применимых алкокси-аминофункциональных диалкилполисилоксанов является SF-1706, который предлагается на рынке компанией Momentive™ и представляет собой отверждаемый полимер, содержащий аминофункциональные и диметилполисилоксановые блоки.
Дополнительные аминофункциональные ГКОС согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения содержат такие материалы как: Dynasylan 1146 (олигомерная диаминосилановая система), Dynasylan 1122 (бис (триэтоксисилилпропил)амин), Dynasylan SIVO 210 (сочетание первичных и вторичных аминоалкилэтоксисиланов), Dynasylan DAMO (N-(2-аминоэтил-3-аминопропил)триметоксисилан), Dynasylan SIVO 214 (композиция аминофункционального силана), Dynasylan 1505 (3-амино-пропил-метил-диэтоксисилан) и Dynasylan DAMO-T (N-(2-аминоэтил-3-аминопропил) триметоксисилан), которые во всех случаях предлагаются компанией Evonik Industries.
В дополнительных вариантах осуществления композиции пластизоля могут содержать по меньшей мере одно ГКОС с функциональными возможностями эпоксидов. Например, ГКОС может представлять собой органофункциональный силан, органофункциональный силоксан, органофункциональный полисилоксан или их сочетания, при этом органический компонент ГКОС содержит одну или несколько эпоксидных групп. В некоторых таких вариантах осуществления органический компонент ГКОС может содержать остаток глицидного спирта. В одном из предпочтительных вариантов осуществления ГКОС представляет собой 3-глицидилоксипропил-триметоксисилан, который содержит химически активный эпоксид и гидролизуемые неорганические метоксисилиловые группы. 3-глицидилоксипропил-триметоксисилан предлагается на рынке под названием Dynasylan Glymo компанией Evonik Industries.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиция пластизоля может иметь функциональные возможности винилов. Например, ГКОС может представлять собой органофункциональный силан, органофункциональный силоксан, органофункциональный полисилоксан или их сочетания, при этом органический компонент ГКОС содержит одну или несколько виниловых групп. Одним из примеров применимого содержащего винил ГКОС согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения является Dynasylan 6498 (винилсилановый концентрат - содержащий виниловые и этоксильные группы олигомерный силоксан), который предлагается компанией Evonik Industries.
Композиции пластизоля согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения могут содержать одно или несколько ГКОС с разнообразными функциональными возможностями органических групп. Как отмечено ранее, органический компонент каждого ГКОС может быть приспособлен для конкретных конечных целей путем придания предпочтительных желаемых функциональных возможностей. Например, в некоторых вариантах осуществления композиции пластизоля могут содержать одно или несколько ГКОС с функциональными возможностями по меньшей мере одной органической группы (например, органической функциональной группы), выбранной из группы, включающей амин, эпоксид, винил, акрилат, сложный эфир, простой эфир, ацилгалоид, карбоновую кислоту, пероксид, карбонил, цианат и нитрил.
Согласно некоторым вариантам осуществления композиции пластизоля могут содержать по меньшей мере одно ГКОС по меньшей мере в любой из следующих концентраций: 0,01, 0,05, 0,1, 0,2, 0,25, 0,5, 1, 2, 3, 4 и 5 частей на сто частей смолы (ч/100 чс) и/или самое большее в любой из следующих концентраций: 30, 25, 20, 15, 10, 8, 7, 6, 5, 4, 3 и 2 ч/100 чс (например, от 0,01 до 20 ч/100 чс, от 0,1 до 5 ч/100 чс, от 0,25 до 5 ч/100 чс, от 0,25 до 2 ч/100 чс). Сокращение "ч/100 чс" означает число частей на сто частей смолы. Например, 1 ч/100 чс означает 1 фунт ингредиента, добавляемый в композициях/составах на 100 фунтов смолы.
Помимо одного или нескольких ГКОС композиции пластизоля могут содержать полимерную смолу, содержащую один или несколько полимеров (например, гомополимер ПВХ или сополимер ПВХ). В некоторых вариантах осуществления полимерная смола может содержать сочетание дисперсионной смолы и смешиваемой смолы. В других вариантах осуществления полимерная смола может содержать только или преимущественно только дисперсионную смолу. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления полимерная смола представляет собой виниловый полимер или полимеры. Наиболее предпочтительно полимерная смола представляет собой поливинилхлорид (ПВХ). Как указано ранее, состав композиций пластизоля обычно определяют в пересчете на 100 частей смолы (например, ПВХ).
Кроме того, композиции пластизоля могут содержать один или несколько пластификаторов. Пластификаторами могут являться органические соединения, которые добавляют в композицию пластизоля для облегчения переработки и/или придания большей жесткости готовой отвержденной композиции путем внутренней модификации (сольватации) полимерной смолы (например, ПВХ). Пластификаторы, совместимые с полимерной смолой (например, ПВХ), становятся неотъемлемой постоянной частью полимерной матрицы. Специалист в данной области техники может легко выбрать конкретный пластификатор для заданной полимерной смолы. В некоторых вариантах осуществления пластификатор содержит нелетучие органические жидкости и/или легкоплавкие твердые вещества (например, фталат, адипат, фосфаты, бензоат, хлорированные парафины, сложные эфиры себациновой кислоты и т.д.).
Композиции пластизоля согласно вариантам осуществления настоящего изобретения могут содержать один или несколько пластификаторов по меньшей мере в любой из следующих концентраций: 10, 20, 30 и 40 ч/100 чс и/или самое большее в любой из следующих концентраций: 90, 80, 70, 65, 50 и 45 ч/100 чс (например, 30-90 ч/100 чс, 30-65 ч/100 чс, 40-65 ч/100 чс и т.д.). Обычно конкретная концентрация пластификатора может варьировать в зависимости от желаемых свойств (например, жесткости волокна или холста, на который наносится покрытие).
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиции пластизоля могут содержать один или несколько стабилизаторов. В некоторых вариантах осуществления композиции пластизоля могут содержать стабилизатор в концентрации от около 0,5 до около 10 ч/100 чс (например, 1-5 ч/100 чс, 1-3 ч/100 чс и т.д.).
Некоторые полимерные смолы, такие как ПВХ, являются термически неустойчивыми. Например, нагрев ПВХ приводит к удалению HCl, образованию полиеновой последовательности на протяжении полимерной цепи и быстрому обесцвечиванию массы. Эта автокаталитическая реакция начинается при температуре около 100°C. ПВХ, перерабатываемый как чистый полимер, быстро и полностью распадается при температуре, необходимой для множества технологий переработки, обращения и применения (например, различных технологий нанесения покрытий), обычно в интервале (например) 140-200°C. Соответственно, добавление одного или нескольких стабилизаторов может помогать обеспечению защиты полимерной смолы от термического распада. Соответственно, может считаться, что стабилизаторы действуют как термостабилизаторы, которые способны замедлять дегидрохлорирование и самоокисление. В некоторых вариантах осуществления стабилизаторы также могут удалять выделяющийся хлористый водород и блокировать свободные радикалы, образующиеся в процессе распада.
Стабилизаторы, в частности для ПВХ, могут содержать сложные смеси металлических мыл с костабилизаторами, ингибиторами окисления, растворителями, смазками и т.д. В некоторых вариантах осуществления смеси металлов включают Ba/Zn, Ca/Zn и Ca/Al/Mg/Zn. Такие "смешанные металлические" стабилизаторы могут использоваться в жидкой или твердой форме. Применимые стабилизаторы не исчерпываются упомянутыми стабилизаторами. Тем не менее, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения выбор применимого стабилизатора находится в пределах компетенции специалиста в данной области техники.
Хотя это не считается существенным в вариантах осуществления настоящего изобретения, следует отметить, что в композиции пластизоля согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения также могут включаться другие разнообразные добавки. Несколько примеров добавок, которые могут включаться отдельно или в любом сочетании, включают неорганические наполнители, пигменты, продувочные агенты и противомикробные средства. Такие добавки могут использоваться в широком интервале концентраций, таком как 1-100 ч/100 чс или 1-30 ч/100 чс.
Композиции пластизоля согласно некоторым вариантам осуществления также могут содержать применимую систему растворителей (например, один растворитель или смесь множества растворителей). В некоторых вариантах осуществления система растворителей может представлять собой, например, алифатический углеводород с температурой вспышки около 120-160°F (например, 140°F). Система растворителей в целом способствует достижению надлежащей или желаемой вязкости, применимой для заданной технологии нанесения покрытий. Иными словами, добавление растворителя может варьироваться с целью получения композиции пластизоля с заданной вязкостью с учетом предполагаемой для применения технологии нанесения покрытий. Например, если композиция пластизоля применяются в качестве покрытия для однопроцессных прядей, вязкость может регулироваться путем добавления растворителя до достижения вязкости пластизоля около 1000 сПз (или любой другой желаемой вязкости). Кроме того, в зависимости от конкретного типа и сорта используемой смолы или конкретного соотношения смолы и пластификатора концентрация растворителя может составлять 1-40 ч/100 чс (например, 1-20 ч/100 чс, 5-20 ч/100 чс и т.д.). К тому же, в зависимости от типа технологии, применяемой для изготовления, например, покрытого пластизолем холста, может использоваться больше или меньше растворителя. Например, для пряжи с покрытием, получаемой путем нанесения покрытия на однопроцессные пряди, может использоваться пластизоль с более высокой вязкостью, чем для холстов с нетканым или тканым стекловолоконным покрытием, наносимым окунанием.
Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения в композициях пластизоля отсутствует система растворителей. В таких вариантах осуществления композиция пластизоля могут содержать (i) одну или несколько полимерных смол, (ii) пластификатор и (iii) одно или несколько ГКОС; при этом такие композиции без растворителя могут использоваться в жидком или пастообразном виде с возможностью добавления применимой системы растворителей (описанной выше), если это желательно. Иными словами, применимая система растворителей необязательно может добавляться до стадии нанесения покрытия на объект (например, холст, неорганическое волокно и т.д.).
Способы получения композиция пластизоля согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения могут включать стадии добавления соответствующих ингредиентов (например, полимерной смолы, пластификатора, ГКОС) в смеситель до, во время или после загрузки достаточного количества предпочтительного растворителя. В смеситель предпочтительно загружают весь пластификатор, стабилизатор, ГКОС и достаточное количество растворителя до добавления полимерной смолы, чтобы обеспечить надлежащую вязкость при перемешивании. Каждый из соответствующих ингредиентов может загружаться в смеситель в жидком или твердом виде. Полимерную смолу (например, ПВХ) предпочтительно добавляют порциями в условиях перемешивания с высоким сдвигом, пока не будет добавлена вся смола. Содержимое смесителя предпочтительно остается в условиях перемешивания с высоким сдвигом, пока смола полностью не диспергируется с образованием в целом однородной жидкой (например, текучей) композиции пластизоля. В жидкую (например, текучую) композицию пластизоля может добавляться растворитель с целью достижения желаемой вязкости. Иными словами, при добавлении большего количества растворителя вязкость композиции пластизоля обычно снижается.
Согласно другой особенности в вариантах осуществления настоящего изобретения предложено волокно, покрытое композицией пластизоля согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления на неорганическое волокно (например, стекловолоконная нить/стекловолокно) может опосредованно или непосредственно наноситься (например, по меньшей мере частично, полностью или преимущественно полностью) покрытие из композиции пластизоля согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Неорганическое волокно предпочтительно представляет собой стекловолокно. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления неорганическое волокно полностью (по меньшей мере преимущественно полностью) покрыто композицией пластизоля согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
В некоторых вариантах осуществления волокно с покрытием содержит описанную в изобретении композицию пластизоля, непосредственно нанесенную на неорганическое волокно таким образом, что композиция пластизоля непосредственно примыкает к неорганическому волокну. Соответственно, покрытие из пластизоля может считаться первоначальным или основным покрытием неорганического волокна. Тем не менее, в других вариантах осуществления покрытие из пластизоля может наноситься в качестве вспомогательного покрытия (например, наносимого во вторую очередь или в определенный момент после нанесения первоначального покрытия из отличающейся композиции). В таких вариантах осуществления волокно с покрытием может содержать проклеивающую композицию, которую по меньшей мере частично наносят на неорганическое волокно в качестве первоначального покрытия, а композицию пластизоля наносят на волокно в качестве вспомогательного покрытия. Соответственно, проклеивающая композиция может непосредственно примыкать по меньшей мере к части неорганического волокна. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере часть проклеивающей композиции может помещаться между неорганическими волокнами и композицией пластизоля. Проклеивающая композиция может содержать один или несколько силанов, органосиланов или полисилоксанов. Тем не менее, в качестве альтернативы, в проклеивающей композиции может не содержать силанов, органосиланов или полисилоксанов.
Волокно с покрытием (например, неорганическое волокно) согласно вариантам осуществления настоящего изобретения может представлять собой одинарную прядь или одинарную нить предпочтительно из стекловолокна. Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления неорганическое волокно представляет собой пряжу из множества неорганических нитей предпочтительно из стекловолокна. В некоторых вариантах осуществления пряжа из множества неорганических нитей может содержать от 2 до 10000 нитей (например, от 2 до 5000, от 2 до 1000 или от 2 до 500 нитей).
Количество композиции пластизоля, наносимой на волокно, может измеряться в процентах "потери на прокаливание" (ПнП), поскольку это является принятым в отрасли стандартом. В частности, прокаливают образец (например, волокно, покрытое композицией пластизоля) при 600°F в течение 30 минут, и представляют полученный результат в процентном отношении согласно приведенному далее Уравнению 1. Используемый термин ПнП означает содержание в процентах по весу сухой композиции пластизоля, присутствующей на волокне, определенное согласно следующему уравнению:
В Уравнении 1 Wi означает начальный вес образца волокна с покрытием (вес волокна плюс вес композиции пластизоля) до прокаливания в печи, а Wa означает вес волокна после прокаливания.
В некоторых вариантах осуществления неорганическое волокно с покрытием (например, отдельная нить или пряжа, содержащая множество нитей, покрытых композицией пластизоля согласно вариантам осуществления настоящего изобретения) может иметь по меньшей мере любой из следующих показателей ПнП: 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55% и 60% и/или самое большее любой из следующих показателей ПнП: 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50% и 45% (например, 25-65%, 40-45%, 25-45%, 25-55%).
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления количество композиции пластизоля, наносимой или осаждаемой на неорганическое волокно (например, отдельную нить или пряжу, содержащую множество нитей, покрытых композицией пластизоля согласно вариантам осуществления настоящего изобретения) является достаточно малым для обеспечения по меньшей мере таких же свойств, как у покрытых традиционными композициями пластизоля волокон/холстов, которые обычно имеют показатель ПнП в интервале 58-62%. Так, в некоторых вариантах осуществления неорганическое волокно с покрытием (или сформированный из него холст) может иметь такие же или лучшие свойства при более низком показателе ПнП (например, менее 50%, 25-45% и т.д.), чем у традиционных волокон/холстов с показателями 58-62%.
Нанесение покрытия на неорганические волокна (например, на однонитевые пряди с одинарным покрытием или пряжу из множества нитей) может осуществляться путем одностадийной или двухстадийной операции. В некоторых вариантах осуществления неорганическое волокно может покрываться композицией пластизоля согласно вариантам осуществления настоящего изобретения на двух стадиях с целью обеспечения целостности покрытия. Так, на одинарное волокно (например, нить или пряжа) покрытие может наноситься окунанием в "ванну" с последующей калибровкой через применимый шаблон (например, 0,012-дюймовый шаблон). Покрытие на неорганическое волокно может наноситься с разнообразными скоростями в зависимости от конкретного используемого устройства для нанесения покрытия на однопроцессные пряди. В некоторых вариантах осуществления скорость нанесения покрытия на неорганическое волокно может составлять 8-16 футов/мин. Прядь (например, неорганическое волокно) предпочтительно подают через инфракрасный нагреватель, нагретый до температуры около 450-500°F, в течение 4-6 секунд, чтобы отвердить покрытие из пластизоля. Затем необязательно может наноситься второе покрытие таким же образом, как и первое покрытие. Для нанесения второго покрытия предпочтительно может использоваться шаблон чуть большего размера (например, 0,019-дюймовый шаблон). При желании могут наноситься дополнительные покрытия. Так, если запланирован желаемый показатель ПнП, может осуществляться множество стадий нанесения покрытий. Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления единственная операция нанесения покрытия обеспечивает выгодные результаты с точки зрения количества покрытия и защиты покрываемого волокна. В некоторых вариантах осуществления для нанесения композиции пластизоля на неорганическое волокно используется высокоскоростное (например, 250-400 м/мин) устройство для нанесения покрытий. В некоторых вариантах осуществления композиция пластизоля может с высокой скоростью наноситься на одинарное неорганическое волокно пряжи. В таких вариантах осуществления волокно подают через каскад из пластизоля, а избыток пластизоля удаляют с помощью одного или нескольких шаблонов. На эту прядь необязательно может еще раз наноситься покрытие на втором или последующих дополнительный участках, как описан выше. До нанесения дополнительного слоя пластизоля каждый слой покрытия сплавляют или превращают в гель в печи.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения неорганическое волокно (например, стекловолоконная нить/стекловолокно) может быть покрыто первой композицией пластизоля, содержащей по меньшей мере одно ГКОС согласно вариантам осуществления настоящего изобретения и последующее покрытие(-я) из традиционной композиции пластизоля (например, не содержащей ГКОС). Соответственно, неорганические волокна согласно некоторым вариантам осуществления могут содержать множество слоев покрытий из различных композиций пластизоля, из которых первый слой содержит по меньшей мере одно ГКОС, а последующие слои могут не содержать ГКОС.
Согласно другой особенности в настоящем изобретении предложен холст. Применительно к цементирующим плитам термином "холст" обычно обозначается материал (тканый или нетканый) с открытой структурой, используемый в качестве несущего каркаса и арматурной сетки. Основу тканых холстов образует множество продольных нитей, с которыми переплетен уток. Каждая отдельная нить основы ткани называется долевой нитью. Утком являются нити, которые протягивают через нити основы, чтобы сформировать ткань. В Северной Америке их иногда называют "уточиной". Соответственно, уточная нить проходит поперечно нити основы. В трехмерном холсте множество уточных нитей с идущим по диагонали вверх уклоном и идущим по диагонали вниз уклоном может находиться между множеством продольных нитей основы, находящихся сверху и снизу уточных нитей.
Холсты согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения могут представлять собой сетку (например, с открытой структурой) из неорганических волокон. Сетка из неорганических волокон может образовывать множество точек пересечения (например, точек, в которых одно или несколько волокон непосредственно или опосредованно перекрывают друг друга) и множество открытых пространств. Неорганические волокна холста могут иметь слой покрытия из отвержденного пластизоля, которым опосредованно или непосредственно по меньшей мере частично, но предпочтительно полностью или преимущественно полностью покрыты неорганические волокна. Слой покрытия из отвержденного пластизоля предпочтительно содержит композицию пластизоля согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения холсты предпочтительно могут являться идеально применимыми для использования в цементирующих плитах.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения холсты могут представлять собой сетчатые холсты из неорганических волокон, предварительно покрытых композицией пластизоля (композициями согласно вариантам осуществления настоящего изобретения). В качестве альтернативы, холст может состоять из неорганических волокон, не содержащих композицию пластизоля. В таких вариантах осуществления холст может быть покрыт композицией пластизоля.
Холсты согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения могут содержать неорганические волокна, непосредственно на которые нанесен слой покрытия из пластизоля таким образом, что он непосредственно примыкает к неорганическим волокнам (например, нанесен в качестве слоя первоначального покрытия). В качестве альтернативы, неорганические волокна, образующие холст, могут содержать проклеивающую композицию, непосредственно примыкающую к неорганическим волокнам (например, нанесенную в качестве слоя первоначального покрытия) и по меньшей мере частично помещающуюся между неорганическими волокнами и слоем покрытия из пластизоля (например, нанесенного в качестве вспомогательного покрытия). В некоторых вариантах осуществления проклеивающая композиция может содержать один или несколько силанов, органосиланов или полисилоксанов, а в других вариантах осуществления проклеивающая композиция не содержит один или несколько силанов, органосиланов или полисилоксанов.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения неорганические волокна, используемые для формирования холстов, могут представлять собой одинарную прядь или одинарную нить предпочтительно из стекловолокна. Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления неорганические волокна могут представлять собой пряжу из множества неорганических нитей предпочтительно из стекловолокна. В некоторых вариантах осуществления пряжа из множества неорганических нитей может содержать от 2 до 10000 нитей (например, от 2 до 5000, от 2 до 1000 или от 2 до 500 нитей). Кроме того, неорганические волокна, образующие холсты (например, сетчатые холсты) согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, могут иметь любой из упомянутых процентных показателей ПнП или интервалов ПнП.
Холстами согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения могут являться холсты машинного или ручного изготовления. Хотя изготовление холстов разнообразных конкретных форм в целом известно из техники, холсты ручного изготовления, например, могут изготавливаться из предварительно покрытой композицией пластизоля пряжи, навитой на небольшие (например, 0,125-дюймовые) стальные установочные штифты, проходящие вдоль длинной (например, 24-дюймовой) панели. Затем пряжа может быть навита на комплект перпендикулярных установочных штифтов с целью создания второго слоя пряжи. Затем поверх изготовленного холста может быть помещена нагретая, например, до 350°F стальная пластина, чтобы расплавить покрытие из ПВХ. Стальная пластина может быть охлаждена и затем удалена. Затем холст может быть обрезан по необходимому размеру, например, по размеру шаблона для изготовления цементных плит. В некоторых вариантах осуществления холст может изготавливаться из однопроцессных тканых волокон с предварительно нанесенным покрытием, из которых на промышленном станке формируют сетчатую структуру и затем повторно нагревают в ходе так называемой ширильной операции, чтобы повторно расплавить пластизоль и "зафиксировать" волокна в точках пересечения. В некоторых вариантах осуществления формируют холст до нанесения покрытия путем наслаивания или тканья. Так, из пряжи методом наслаивания может предварительно формироваться шаблон холста, который подают через бак с пластизолем, избыток которого удаляют с помощью серии нажимных роликов. Может осуществляться сплавление или превращение в гель с использованием нагретых емкостей или в печи согласно любой промышленно осуществимой технологии. В ходе аналогичных операций нанесения покрытия и нагрева необязательно могут наноситься дополнительные слои пластизоля. В некоторых вариантах осуществления наносят покрытие на предварительно тканый стекловолоконный холст путем подачи холста через бак с пластизолем, избыток которого удаляют с помощью серии нажимных роликов. Может осуществляться сплавление или превращение в гель с использованием нагретых емкостей или в печи согласно любой промышленно осуществимой технологии. В ходе аналогичных операций нанесения покрытия и нагрева необязательно могут наноситься дополнительные слои пластизоля.
Как отмечено выше, изготовление холстов разнообразных конкретных форм в целом известно из техники. На Фиг. 1 и 2 проиллюстрировано несколько таких примеров нетканых холстов конкретных форм. На Фиг. 1 проиллюстрирован один из вариантов осуществления холста 10 с чередующейся структурой основы из множества отдельных нитей 12. В этом частном варианте осуществления холст 10 содержит три слоя 15а, 15b, 15c дискретных нитей 12, образующих множество точек 20 пересечения и множество открытых пространств 25, из которых сформирована сетка. На Фиг. 2 проиллюстрирован другой вариант осуществления холста 10, который имеет наложенную структуру основы. В этом частном варианте осуществления холст 10 содержит три слоя 15а, 15b, 15c дискретных нитей 12, образующих множество точек 20 пересечения и множество открытых пространств 25, из которых сформирована сетка. Хотя на Фиг. 1 и 2 показаны варианты осуществления с использованием трех слоев нитей, следует отметить, что холсты согласно некоторым вариантам осуществления могут иметь различное число слоев (например, 2, 3, 3, 5 и т.д.). На Фиг. 3A и 3Б проиллюстрирован дополнительный холст 10 согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. На Фиг. 3A и 3Б проиллюстрирован тканый холст 10, содержащий уточные нити 30 и основные нити 35, которые переплетены и образуют сетчатый холст 10, содержащий множество точек 20 пересечения и множество открытых пространств 25. На Фиг. 3A показан вид сверху холста 10, а на Фиг. 3Б показан вид сбоку холста 10. В некоторых вариантах осуществления плотность уточных и основных нитей может варьировать, как описано далее.
Холсты согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения представляют собой сетку из неорганических волокон, содержащую около 1-12 (например, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12) нитей/см в поперечном направлении (например, уточных нитей) и 1-12 (например, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12) нитей/см в продольном направлении (например, основных нитей). В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения холсты могут представлять собой сетку из неорганических волокон, содержащую около 3-5 нитей/см в поперечном направлении (например, уточных нитей) и 3-5 нитей/см в продольном направлении (например, основных нитей).
Согласно еще одной особенности в настоящем изобретении предложены армированные цементирующие плиты. В армированных цементирующих плитах (например, цементных плитах) согласно вариантам осуществления настоящего изобретения используется один или несколько холстов (согласно некоторым описанным вариантам осуществления) в качестве армирования цементирующих материалов. Такие армированные цементирующие плиты могут применяться несколькими способами, включая в качестве подкладочной плиты для керамической плитки, арматуры ванных комнат и т.п.
Армированные цементирующие плиты согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения могут содержать материал матрицы, представляющий собой цементирующий материал, который предпочтительно имеет противоположные в целом плоские поверхности и противоположные края. По меньшей мере один холст (согласно некоторым описанным вариантам осуществления настоящего изобретения) может находиться поверх по меньшей мере одной из противоположных в целом плоских поверхностей или внутри (например, может быть внедрен) материала самой матрицы. По меньшей мере один из холстов цементирующих плит представляет собой сетку из покрытых пластизолем неорганических волокон (согласно некоторым описанным вариантам осуществления настоящего изобретения), образующую множество точек пересечения и множество открытых пространств. Неорганические волокна имеют слой покрытия из отвержденного пластизоля, представляющего собой композицию пластизоля согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления слой покрытия из отвержденного пластизоля может быть опосредованно (например, в качестве вспомогательного покрытия) или непосредственно, например, в качестве основного или первоначального покрытия) нанесен/помещен (например, по меньшей мере частично, преимущественно полностью или полностью нанесен) на неорганические волокна.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения армированные цементирующие плиты содержат внутренний слой из материала матрицы (например, цементирующего материала/цементной композиции) и покрытый пластизолем стекловолоконный холст (описанный выше) на противоположных поверхностях цементирующего внутреннего слоя, прикрепленный к цементирующему внутреннему слою или слегка вдавленный в него. Армированные цементирующие плиты согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения могут содержать холст (например, нижний холст), который достигает по меньшей мере одного из краев и перекрывает по меньшей мере часть верхнего холста.
Из техники хорошо известны различные конструкции армированных цементирующих плиты (например, цементных плит), при этом конкретная конструкция армированных цементирующих плиты (например, цементных плит) согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения конкретно не ограничена. Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления описанный холст применяется в качестве арматурной сетки и сцеплен с поверхностью основным слоем материала матрицы (например, цементирующего материала) тонким слоем цементного раствора (например, портландцемента) с добавлением или без добавления некоторого количества мелкого заполнителя. В качестве альтернативы, основная смесь материала матрицы может являться достаточно текучей и может за счет вибрации или принудительно проходить через отверстия в холсте (например, арматурной сетке), покрывая холст и сцепляя его с основным слоем (например, матрицей из цементирующего материала). Такая технология описана в патенте US 4450022, содержание которого полностью посредством ссылки включено в настоящую заявку.
Другие способы изготовления цементирующих плит описаны в патенте US 4203788, в котором предложены способ и устройство для изготовления армированных тканью подкладочных плит под облицовочную плитку. В патенте US 4504335 описан модифицированный способ изготовления армированных тканью цементирующих подкладочных плит. В патенте US 4916004 описаны армированные цементирующие панели, у которых арматура охватывает края и внедрена в основную смесь материала матрицы. Содержание всех перечисленных патентов полностью посредством ссылки включено в настоящую заявку.
Хотя конкретный применяемый цементирующий материал не ограничен особым образом, в публикации US 2009/0011207, в порядке ссылки включенной в настоящую заявку, описаны быстросхватывающиеся легкие цементирующие композиции для изготовления цементных плит или панелей, которые могут применяться в армированных цементирующих плитах согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Цементирующая композиция содержит 35-60% по весу цементирующего химически активного порошка (также называемого связующим на основе портландцемента), 2-10% по весу пористого перлитового наполнителя с нанесенным химическим способом покрытием, 20-40% по весу воды, захваченный воздух, например 10-50% по объему захваченного воздуха в пересчете на влажное вещество и необязательные добавки, такие как водопоглощающие вещества, химические ускорители схватывания и химические замедлители схватывания. Легкие цементирующие композиции также могут необязательно содержать 0-25% по весу вспомогательных наполнителей, например 10-25% по весу вспомогательных наполнителей. Типичные наполнители включают одно или несколько из следующего: вспученную глину, агрегированный сланец и пемзу. Применяемый цементирующий химически активный порошок обычно состоит из чистого портландцемента или смеси портландцемента и применимого пуццолана, такого как летучая зола или доменный шлак. Цементирующий химически активный порошок также может необязательно содержать гипс (натуральный гипс) или высокоглиноземистый цемент (НАС), добавляемый в небольших дозах, чтобы повлиять на характеристики схватывания и гидратации связующего. Другие цементирующие композиции, которые могут быть применимыми в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, известны из патента US 4488909, в котором описана цементирующая композиция, применяемая в цементирующей подкладочной плите.
На Фиг. 4 схематически показан вид в перспективе армированной цементирующей плиты 50 с цементной сердцевиной 55 из материала матрицы, содержащего цементирующий материал. Сердцевина 55 из материала матрицы имеет пару противоположных в целом плоских поверхностей 60а, 60b и противоположные края 65а, 65b, 65c, 65d. В материал матрицы слегка вдавлен холст 12. Иными словами, холст 12 внедрен в поверхностный слой (например, верхний или лицевой слой) армированной цементирующей плиты 50 и может быть обернут вокруг сердцевины 55, образуя верхний/лицевой слой холста и нижний/задний слой холста (не показанный). В этом частном варианте осуществления холст 12 имеет основные нити 35 и уточные нити 30. Как указано выше, холст 12 может достигать по меньшей мере одного из противоположных краев 65а, 65b, 65c, 65d, а в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения перекрывать по меньшей мере часть отдельного заднего холста (не показанного) на противоположной стороне сердцевины (при это предпочтительно в обоих случаях холст слегка или полностью вдавлен в цементную сердцевину).
На Фиг. 5 схематически показан поперечный разрез армированной цементирующей плиты 50 согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Конкретная армированная цементирующая плита 50, показанная на Фиг. 5, содержит два холста 12, слегка вдавленных в сердцевину 55 из материала матрицы, содержащего цементирующий материал. В этом проиллюстрированном конкретном варианте осуществления каждый из холстов 12 внедрен в сердцевину 55 из материала матрицы таким образом, что вся поверхность холстов (или ее большая часть) покрыта только тонким защитным слоем 57 материала матрицы. Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления холсты необязательно должны быть полностью внедрены в материал матрицы. Так, в сердцевину из материала матрицы может быть внедрено около половины (например, 25%-75%) толщины холстов, при этом часть холстов, не внедренная в сердцевину из материала матрицы, может быть видна невооруженным глазом.
Примеры
Настоящее изобретение дополнительно проиллюстрировано следующими примерами, которые никоим образом не следует считать ограничивающими изобретение. Специалисты в данной области техники легко поймут, что описанные в этом разделе конкретные способы и результаты являются лишь наглядными, а не ограничивающими.
I. Испытание однопроцессной пряжи
Была проведена серия экспериментов с целью оценки физических свойств (например, сохранения предела прочности на разрыв после вымачивания в щелочи) разнообразных предлагаемых на рынке стекловолоконных нитей, покрытых композициями пластизоля согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.
Обычно предлагаемые на рынке однопроцессные нити имели покрытие из пластизоля, который содержал ГКОС (за исключением "стандартных" нитей), нанесенное окунанием в "ванну", а затем калиброванное через 0,012-дюймовый шаблон. На нити наносили покрытие со скоростью приблизительно 16 футов/мин, а затем подавали их через инфракрасный нагреватель, нагретый до температуры около 450-500°F, в течение 4-6 секунд, чтобы отвердить покрытие из пластизоля. Затем наносили второе покрытие таким же образом, как и первое покрытие, но с использованием 0,019-дюймового шаблона для калибровки. Повторяли этот процесс по мере необходимости, чтобы достигнуть показателя ПнП 59%.
В первой серии экспериментов покрыли соответствующей композицией пластизоля, как описано выше, стекловолоконные нити Fulltech 172. Стекловолоконные нити Fulltech 172 предлагаются на рынке компанией Fulltech Fiber Glass Corp. (Тайвань). Покрыли исходные нити стандартной/традиционной композицией пластизоля, не содержащей ГКОС. В последующих экспериментах использовали такую же композицию пластизоля, но содержащую ГКОС согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Концентрация ГКОС в каждой композиции пластизоля составляла 2 ч/100 чс.
Провели испытание каждых из нитей с покрытием на первоначальную прочность на разрыв с использованием следующего оборудования: разрывной испытательной машины MTS Alliance RT/50 (ежегодно калибруемой на месте MTS); пневматических захватов MTS 2000 N Advantage; динамометрического датчика MTS (ежегодно калибруемого на месте MTS); покрытий из гладкой плоской резины длиной 1 дюйм и шириной 3 дюйма для захватов MTS; и печи Salvis Lab Thermocenter Type TC-40. В частности, разрезали нити приблизительно на 20-30 отрезков длиной около 6 дюймов, чтобы получить множество образцов для испытаний. Проверили правильность установки пневматических захватов с усилием 2 кН, износ резиновых покрытий длиной 1 дюйм и шириной 3 дюйма и общий внешний вид машины на предмет износа или неправильной установки. Удостоверились в том, что установлен надлежащий динамометрический датчик, или при необходимости установили его. Удостоверились в том, что установлены надлежащие захваты, или при необходимости установили их. С помощью органов управления машины (поворотных переключателей) и стальной линейки установили захваты на расстоянии приблизительно 2¾ дюйма друг от друга. Поместили образец однопроцессной пряжи посередине захватов таким образом, чтобы он не слишком провисал и был прямым. После размещения образца сомкнули поверхности с помощью пневматического ножного рычага. Поперечная скорость в этом испытании составляла 1,97 дюйма/мин. Установили минимальное усилие зажима пневматических захватов MTS 60 фунтов/кв. дюйм. Испытали прочность на разрыв каждой соответствующей нити 20 раз, чтобы определить ее первоначальную прочность на разрыв.
2
После определения первоначальной прочности на разрыв каждой нити провели имитацию старения однопроцессных нитей с покрытием, чтобы определить соответствующую потерю прочности для каждой нити. Сначала приготовили известковый раствор путем добавления 891 г дистиллированной воды в 1-литровый в плотно закрываемый сосуд. Затем добавили в воду 9 г гидрооксида кальция (раствор = 1% Ca(OH) pH=13,2). Плотно закрыли сосуд крышкой, и перемешали содержимое путем встряхивания в течение 10 секунд. Определили щелочной показатель раствора с помощью цифрового pH-метра. Поместили плотно закрытый сосуд в печь, нагретую до температуры 90°C (194°F) по меньшей мере на 2 часа. Извлекли плотно закрытый сосуд из печи, открыли и оставили остывать в течение 30 минут (максимально). Поддерживали температуру раствора не ниже 60°C (140°F). Поместили в сосуд шпатель, обернутый образцом нити, и плотно завинтили крышку (в каждом сосуде находился только один образец нити). Снова поместили сосуд с образцом для испытания в печь на 24 часа (при температуре 90°C (194°F)). Через 24 нахождения в печи извлекли сосуд и выдержали в течение 30 минут. Извлекли образцы с помощью больших щипцов и в течение 24 часов высушили на бумажном полотенце. После сушки в течение 24 часов повторно провели испытание образцов нитей на прочность на разрыв (например, на прочность на разрыв "после вымачивания") таким же образом, как было проведено их испытание на первоначальную прочность на разрыв.
Вычислили процентное сохранение предела прочности на разрыв для каждой нити на основании первоначальной прочности на разрыв и прочности на разрыв "после вымачивания". Результаты этой серии экспериментов в обобщенном виде приведены далее в Таблице 1.
Как показано в Таблице 1, нити с покрытием, содержащим ГКОС согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, значительно превосходят нити с покрытием из традиционной (не содержащей ГКОС) композиции пластизоля.
Была проведена вторая серия экспериментов с целью оценки характеристик шести различных предлагаемых на рынке стекловолоконных нитей, покрытых композицией пластизоля согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Подвергли каждую нить "стандартному" испытанию, в ходе которого покрыли ее традиционным пластизолем (не содержащим ГКОС). Также покрыли каждую нить композицией пластизоля согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано в Таблице 2, некоторые из испытанных нитей содержали проклеивающую композицию, обычно содержащую силан(-ы), а некоторые - нет. Определили процентное сохранение предела прочности на разрыв таким же способом, как описано выше. Результаты в обобщенном виде приведены далее в Таблице 2.
Как видно из Таблицы 2, у всех испытанных предлагаемых на рынке нитей значительно повысилось процентное сохранение предела прочности на разрыв. Кроме того, характеристики всех нитей значительно улучшились независимо от того, содержала ли проклеивающая композиция нити силан(-ы).
Была проведена третья серия экспериментов, чтобы оценить влияние варьирования концентрации ГКОС в композициях пластизоля. В каждом эксперименте использовали нити Fulltech 172. И в этом случае провели стандартное испытание (с использованием пластизоля, не содержащего ГКОС), чтобы получить данные для сравнения. Пошагово повышали концентрацию ГКОС в каждом испытании и определяли процентное сохранение предела прочности на разрыв для каждой нити таким же способом, как описано ранее. Результаты в обобщенном виде приведены далее в Таблице 3.
Как показано в Таблице 3, достигнуто значительное улучшение по сравнению со стандартным испытанием при концентрации всего 0,25 ч/100 чс.
Была проведена четвертая серия экспериментов с целью анализа влияния количества покрытия, наносимого на нити (например, смотри "стандартное" испытание в Таблице 1). В каждом эксперименте использовали нити Fulltech 172 и добавку Wacker F-756 (в концентрации 2 ч/100 чс). Варьировали процентный показатель ПнП во множестве экспериментов, и определяли процентное сохранение предела прочности на разрыв для каждой нити таким же способом, как описано ранее. Результаты в обобщенном виде приведены далее в Таблице 4.
Как показано в Таблице 4, при показателе ПнП более 25% достигнуто более высокое или по меньшей мере такое же процентное сохранение предела прочности на разрыв, как у таких же нитей, покрытых стандартной композицией пластизоля. Эти результаты являются неожиданными с учетом того, что единственным различием между композицией пластизоля и "модифицированной" композицией пластизоля во всех четырех сериях экспериментов являлось добавление небольшого количества ГКОС.
На Фиг. 6 показан график, на котором представлен процентный показатель ПнП в зависимости от размера шаблона согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на Фиг. 6, процентный показатель ПнП устойчиво возрастает с увеличением размера шаблона.
На Фиг. 7 показан график, на котором представлено процентное сохранение предела прочности на разрыв в зависимости от процентного показателя ПнП согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на Фиг. 7, процентное сохранение предела прочности на разрыв растет лишь постепенно с возрастанием процентного показателя ПнП.
II. Модуль разрыва цементирующих плит
Были проведены серии экспериментов с целью оценки сохранения прочности на изгиб у цементирующих плит согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано далее в Таблице 5, большинство цементирующих плит были сформированы с использованием холстов машинного изготовления, а одна цементирующая плита - с использованием холста ручного изготовления. Холсты машинного изготовления содержали 10,16 основных нитей на дюйм и 8,0 уточных нитей на дюйм. Основные нити чередовались с уточными нитями. Аналогичным образом, холст ручного изготовления содержал 8,0 основных нитей на дюйм и 8,0 уточных нитей на дюйм, которые также чередовались друг с другом. Холст ручного изготовления состоял из нитей, предварительно покрытых композицией пластизоля согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. В частности, при холст ручного изготовления состоял из предварительно покрытой композицией пластизоля пряжи, навитой вокруг небольших (например, 0,125-дюймовых) стальных установочных штифтов, проходящих вдоль длинной (например, 24-дюймовой) панели. Затем пряжа была навита вокруг комплекта перпендикулярных установочных штифтов с целью создания второго слоя пряжи. Затем поверх изготовленного холста была помещена нагретая до 350°F стальная пластина, чтобы расплавить покрытие из ПВХ. Стальная пластина была охлаждена и затем удалена, в результате чего получили холст ручного изготовления для применения в цементной плите.
Каждая из армированных цементирующих плит была вручную изготовлена в шаблоне согласно следующей процедуре. Отрезали кусок холста, чтобы он соответствовал размеру пресс-формы (приблизительно 12 дюймов на 36 дюймов на ½ дюйма в глубину). Получили цементирующий раствор, содержащий (i) 2400 граммов частиц агрегированного заполнителя размером 3/8 дюйма или менее, (ii) 2000 граммов цемента, (iii) 700 граммов воды и (iv) 3 капли жидкости для мытья посуды. Залили цементирующий раствор в пресс-форме и равномерно распределили. Подвергли пресс-форму (с находящимся в ней нижним холстом и раствором) механической вибрации в течение 5 минут на вибростенде. Затем выровняли толщину раствора примерно до ½ дюйма. Поместили второй кусок холста поверх влажного раствора, и использовали небольшое полотенце, чтобы разгладить цемент тем самым разместить холст прямо под поверхностью раствора. Отвердили содержимое при комнатной температуре (70°F) в течение 7 суток.
После отвреждения в течение 7 суток извлекли армированные цементирующие плиты из шаблона, и разрезали каждую плиту на 9 отдельных образцов шириной 4 дюйма и длиной 12 дюймов в направлении основных нитей. Немедленно поместили четыре из полученных образцов в машину Instron, оснащенную четырехточечным испытательным стендом для измерения максимальной разрушающей нагрузки. Определили толщину плиты с помощью калибров в двух положениях 100а, 100b вблизи точки 110 разрушения, как показано на Фиг. 8, чтобы получить результаты первоначальных измерений для каждой плиты.
Поместили еще четыре образца (4-дюймовых образца, не использованных в первоначальном испытании) в водяную баню при температуре 80°C, в которой вымачивали их в течение 14 суток. После вымачивания извлекли образцы из водяной бани, высушили на воздухе в течение 1 часа, и затем испытали в машине Instron с целью определения максимальной разрушающей нагрузки у вымоченных плит. Определили толщину плит после разрушения в двух положениях вблизи точки разрушения таким же образом, как у описанных выше не подвергавшихся вымачиванию образцов.
Использовали полученные результаты измерений на плитах, не подвергавшихся и подвергавшихся вымачиванию, чтобы получить данные, приведенные далее в Таблице 5.
Как показано в Таблице 5, армированные цементирующие плиты согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения (т.е. содержащие холст с модифицированным ГКОС покрытием из пластизоля) значительно превосходили плиты, содержащие холст, покрытый традиционной композицией пластизоля (не содержащей ГКОС), с точки зрения сохранения прочности на изгиб.
Специалисты в области техники, к которой относится настоящее изобретение, ознакомившиеся с идеями, изложенными в описании и представленными на чертежах, смогут предложить множество модификаций и других вариантов осуществления изобретения. Соответственно, подразумевается, что изобретение не должно быть ограничено конкретными раскрытыми вариантами осуществления и что в объем прилагаемой формулы изобретения входят модификации и другие варианты осуществления. Хотя в описании используются конкретные термины, они имеют лишь родовой и описательный, а не ограничительный смысл.