ВОДООТВОДНЫЙ ЛОТОК

Область техники
Полезная модель относится к композитным строительным элементам, используемым для отвода воды от основания шоссейных дорог или от балластного слоя железных дорог, преимущественно расположенных на мостах, а также может быть применена для отвода поверхностных и грунтовых вод с других сооружений.
Уровень техники
Из уровня техники известны новые поколения композитных материалов на основе базальтового, органического, углеродного, полиэфирного, параарамидного, метаарамидного, полиакрилонитирильного волокна, стекловолокна и эпоксидного связующего, полиэфирного связующего, кремнийорганического связующего, винилэфирного связующего, фенольного связующего, связующего на основе полиуретана, связующего на основе термопластов, связующего на основе эластомеров. Подобные материалы начинают получать широкое распространение при изготовлении водоотводных лотков, поскольку они обладают рядом преимуществ по отношению к традиционным материалам (конструкционным металлическим сплавам, железобетонам), таким как коррозионная стойкость, прочность при растяжении, низкий вес, продолжительность срока службы. Недостатками, проявляющимися при изготовлении водоотводных лотков из композитных материалов распространенными методами - методом контактного (ручного) формования, методом литья под давлением, методом реакционно-инжекционного литья, являются высокая технологичность процессов и их низкая скорость производства (особенно в случае ручного формования), еще одним недостатком является отсутствие контроля за внутренней структурой получаемого изделия, при котором возможно неравномерное распределение волокна, или связующего, или иных наполнителей.
Так, из патентов РФ на полезные модели №40059, МПК E01F 5/00, опубликованного 27.08.2004 г., №82714, МПК E01F 5/00, опубликованного 10.05.2009 г. №163464, МПК Е01С 11/22, опубликованного 20.07.2016 г. и патента РФ на изобретение №2375515, МПК E01F 5/00, E01F 5/00, опубликованного 10.12.2009 г., известны водоотводные лотки, изготовленные из композитного материала на основе волокна и связующего, смешанного и поданного в пресс-форму путем литья под давлением, При этом структура получаемого готового изделия не контролируется, поскольку смешение и подача материала осуществляется под давлением, кроме того, получаемые лотки являются горючими.
Также из патента на полезную модель РФ №147960, МПК E01F 5/00, опубликованного 20.11.2014 г., известен водоотводный лоток, выполненный из композитного материала на основе полимерного материала, армированного стекловолокном путем реакционно-инжекционного литья в форму. Достоинствами указанного аналога являются более быстрая полимеризация связующего, что увеличивает скорость его производства, влияющую на технологичность готового изделия, тогда как указанный водоотводящий лоток не лишен недостатков водоотводящих лотков, полученных методом литься под давлением.
Также из уровня техники известен метод изготовления композитных изделий из SMC-материала («Sheet Moulding Compound)) или «Листовая Формовочная Масса»), так последний является композицией, состоящей из рубленного волокна длиной 12-55 мм, предварительно пропитанного связующим, При этом после пропитки связующее сгущается с помощью загущающих добавок до заданных механических параметров. Полученная композиция находится между удаляемыми пленками в виде полотна, используемого как полуфабрикат, что существенно облегчает процесс изготовления из него готовых изделий, поскольку SMC-материал обладает заданными при его изготовлении характеристиками, такими как содержание волокна и связующего, равномерное распределение волокна и связующего по всему объему листа, а также отсутствие необходимости смешения указанных элементов в пресс-форме непосредственно при изготовлении готового изделия. Изготовление готового изделия из SMC-материала осуществляется методом прямого прессования в обогреваемых матрицах (пресс-формах) на гидравлическом прессе, При этом габариты получаемого изделия ограничиваются только размерами штамповой оснастки и применяемого пресса.
Кроме того, различают метод изготовления композитных изделий из ВМС-материала («Bulk Molding Compound)), «насыпная формовочная смесь»), который представляет собой механическую смесь тех же основных компонентов, что и SMC-материал и так же, как и в последнем, материал находится между удаляемыми пленками в виде полотна, используемого как полуфабрикат. Основным отличием является технология его изготовления. При изготовлении ВМС-материала применяется более короткое волокно (от 3 до 12 мм) и более высокая степень наполнения, что обеспечивает, с одной стороны, лучшую текучесть, а с другой стороны, возможность получения материала с более высокой огне- и химической стойкостью. ВМС-материал обладает схожими с SMC-материалом преимуществами и методом изготовления из него композитных изделий путем прямого прессования.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, является модульный лоток для отведения воды, известный из заявки на патент на изобретение США №20090103982, МПК Е02В 5/00, опубликованной 23.04.2009 г., выполненный из нескольких длинномерных элементов (секций), образующих сечение лотка, и планок, увеличивающих габариты лотка по высоте, соединенных между собой элементами крепления в виде пазов и ответных им частей. Элементы лотка выполнены из пластин SMC материала путем прямого прессования. Достоинствами указанного аналога является скорость производства модульного лотка из SMC-материала при заданных параметрах, влияющих на технологичность готового изделия, тогда как недостатком указанного модульного лотка является низкая огнестойкость.
Кроме того, из уровня техники известны негорючие минеральные наполнители - кальция карбонат, доломит, каменная пыль, тальк, гидроксид алюминия, а также негорючий органический наполнитель - термоантрацит. Кроме того, из уровня техники известны снижающие горючесть покрытия - лакокрасочные покрытия, покрытия в виде пленки, покрытия в виде порошкового окрашивания в форме, которые под воздействием высокой температуры вспучиваются (пластифицируются, после чего расширяются путем пенообразования, а затем затвердевают, образовывая слой выгоревшей пены), либо превращаются в стекловидное покрытие, которое препятствует дальнейшему процессу горения.
Раскрытие полезной модели
Технический результат полезной модели заключается в повышении огнестойкости готового изделия за счет применения снижающего горючесть наполнителя.
Указанный технический результат достигается с помощью водоотводного лотка, выполненного из композиционного материала на основе предварительно пропитанного связующим волокна путем прямого прессования, согласно заявленному решению водоотводный лоток выполнен в виде двух длинномерных элементов, образующих сечение лотка, скрепленных между собой элементами скрепления, и имеет локальные участки с заданной прочностью, выполненные в виде элементов жесткости, а композиционный материал включает повышающий огнестойкость наполнитель.
Преимущественно, пропитанное связующим волокно равномерно распределено по всему объему лотка, При этом лоток может состоять из ориентированного волокна и/или из неориентированного волокна.
При этом в качестве предварительно пропитанного связующим волокна может использоваться SMC-материал или ВМС-материал.
Также в качестве повышающего огнестойкость наполнителя может быть использован равномерно распределенный по объему лотка минеральный наполнитель. В качестве минерального наполнителя может быть использован кальция карбонат, и/или доломит, и/или каменная пыль, и/или тальк, и/или гидроксид алюминия, и/или каолин, и/или стеклянные микросферы, и/или термоантрацит.
Кроме того, на поверхности лотка может быть расположено повышающее огнестойкость покрытие, в качестве которого может быть использовано лакокрасочное покрытие, или покрытие в виде пленки, или порошковое покрытие, или покрытие обеспечивающее окрашивание в форме, в состав которых введены вспучивающиеся вещества, препятствующие горению.
Композитный материал может включать колорирующую добавку.
Также водоотводный лоток может дополнительно содержать по крайней мере один длинномерный элемент увеличивающий габариты изделия по ширине и/или по высоте сечения. Так, в элементах скрепления могут использоваться следующие типы соединений: болтовое соединение, и/или винтовое соединение, и/или шпилечное соединение, и/или клепочное соединение, и/или зажимное соединение; либо в качестве элементов скрепления могут использоваться элементы взаимной фиксации в виде отверстий, и/или пазов, и/или углублений и ответных им частей, или закладных элементов, либо в качестве элементов скрепления могут использоваться клеевое соединение в виде связующего или в виде элемента, имеющего клеевое покрытие по меньшей мере с одной стороны.
Кроме того, элементы жесткости могут быть выполнены в виде ребер жесткости, и/или уклонов, и/или локальных утолщений, и/или металлических вставок из конструкционных сплавов, и/или композиционных вставок, и/или полимерных вставок.
При этом элементы взаимной фиксации преимущественно расположены в элементах жесткости.
В качестве волокна может быть использовано базальтовое, и/или органическое, и/или углеродное, и/или полиэфирное, и/или параарамидное, и/или метаарамидное, и/или полиакрилонитирильное волокно, и/или стекловолокно.
Также композиционный материал может дополнительно содержать металлические волокна из конструкционных сплавов.
При этом в качестве связующего может быть использовано эпоксидное связующее, и/или полиэфирное связующее, и/или кремнийорганическое связующее, и/или винилэфирное связующее, и/или фенольное связующее и/или связующее на основе полиуретана, и/или связующее на основе термопластов, и/или связующее на основе эластомеров.
В отличие от ближайшего аналога водоотводящий лоток является огнестойким, поскольку содержит наполнитель, который равномерно распределен по объему лотка, кроме того, водоотводящий лоток является более технологичным, поскольку предварительно пропитанное связующим волокно, из которого изготавливается изделие, имеет заданную равномерную структуру, в том числе для габаритных изделий; в случае требования к структуре готового изделия при изготовлении из такого материала, путем прямого прессования достигается более быстрая скорость производства, что обеспечивает достижение заданного технического результата. При этом в случае использования покрытия, также повышается огнестойкость и стойкость к УФ-излучению.
Краткое описание чертежей
Сущность заявленной полезной модели и возможность ее практической реализации поясняется приведенными ниже фигурой и описанием. На фигуре показан общий вид водоотводного лотка.
Осуществление полезной модели
Предлагаемое техническое решение полезной модели поясняется конкретным исполнением предложенного водоотводного лотка, однако приведенный пример не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заявленного технического результата.
Водоотводный лоток выполнен из композиционного SMC-материала на основе равномерно распределенного по всему объему лотка и предварительно пропитанного эпоксидным связующим неориентированного стекловолокна путем прямого прессования. При этом вместо эпоксидного связующего могут быть использованы следующие связующие: полиэфирное связующее, кремнийорганическое связующее, винилэфирное связующее, фенольное связующее, связующее на основе полиуретана, связующее на основе термопластов, связующее на основе эластомеров, а также их комбинации, выбираемые в зависимости от требуемых свойств (времени, температуры) застывания связующего при прямом прессовании водоотводного лотка. Тогда как вместо стекловолокна могут быть использованы следующие волокна - органическое волокно, углеродное волокно, полиэфирное волокно, параарамидное волокно, метаарамидное волокно, полиакрилонитирильное волокно, базальтовое волокно, а также их комбинации, выбираемые в зависимости от требуемой прочности и экономичности готового изделия. Кроме того, для повышения огнестойкости композиционный материал может дополнительно содержать металлические волокна из конструкционных сплавов. Также вместо неориентированного волокна могут использоваться ориентированные волокна, что обеспечивает дополнительное повышение прочности ввиду восприятия нагрузок, передаваемых по направлению ориентации волокна.
Кроме того, композитный материал водоотводного лотка включает минеральный наполнитель - гидроксид алюминия, а на его поверхности расположено покрытие - лакокрасочное покрытие, в состав которого введены вспучивающиеся вещества, препятствующее горению. При этом вместо гидроксида алюминия могут быть использованы следующие минеральные наполнители - кальция карбонат, доломит, каменная пыль, тальк, термоантрацит и их комбинации, в зависимости от вязкости связующего, скорости застывания связующего и экономичности наполнителя. Также вместо лакокрасочного покрытия могут быть использованы - покрытие в виде пленки, покрытие в виде порошкового окрашивания в форме, в зависимости от применяемой технологии и наличия оборудования. Кроме того, для придания цвета изготовляемому лотку в его состав может быть включена колорирующая добавка.
Водоотводный лоток выполнен в виде двух длинномерных элементов 1 и трех дополнительных длинномерных элементов 2, увеличивающих габариты изделия по ширине и по высоте сечения, вместе образующих сечение лотка и скрепленных между собой элементами скрепления, в которых используется болтовое соединение.
При этом количество длинномерных элементов 1 и дополнительных длинномерных элементов 2 может выбираться исходя из технологической необходимости и места установки, так, например, для устройства дренажной системы (канавы) в грунте, в том числе расположенной вдоль железнодорожных путей, используют по меньшей мере четыре длинномерных элемента, создающих сечение трубчатого закрытого лотка, в верхних длинномерных элементах которого выполняют отверстия с целью сбора дождевых и грунтовых вод.
Также вместо элементов скрепления, в которых используется болтовое соединение, могут использоваться следующие типы соединений - винтовое соединение, и/или шпилечное соединение (выбор резьбовых соединений позволяет производить простой разбор собранных элементов), и/или клепочное соединение, и/или зажимное соединение (выбор подобных соединений обеспечивает более быструю скорость сборки), либо использоваться элементы взаимной фиксации в виде отверстий, и/или пазов, и/или углублений и ответных им частей, или закладных элементов, расположенные в элементах жесткости (выбор подобных соединений позволяет соединять элементы без использования, либо с меньшим использованием дополнительных элементов скрепления), либо в качестве элементов скрепления может использоваться клеевое соединение в виде связующего или в виде элемента, имеющего клеевое покрытие по меньшей мере с одной стороны, например односторонняя или двусторонняя клейкая лента (чей выбор обеспечивает быстрое неразъемное скрепление элементов), и их комбинации. Выбор конкретного типа соединения производят исходя из требований и места установки. При этом в качестве клеевого соединения могут использоваться следующие типы связующих - эпоксидное связующее, и/или полиэфирное связующее, и/или кремнийорганическое связующее, и/или винилэфирное связующее, и/или фенольное связующее и/или связующее на основе полиуретана, и/или связующее на основе термопластов, и/или связующее на основе эластомеров.
В водоотводном лотке имеются локальные участки с заданной прочностью, выполненные в виде элементов жесткости, которые в свою очередь выполнены в виде ребер жесткости 3. При этом вместо элементов жесткости в виде ребер жесткости 3 могут использоваться уклоны, и/или локальные утолщения, и/или металлические вставки из конструкционных сплавов, и/или композиционные вставки, и/или полимерные вставки, что определяют на этапе проектирования исходя из заданных параметров прочности.
Водоотводный лоток используется следующим образом: скрепленные с помощью болтового соединения длинномерные элементы, образующие форму лотка в сечении, крепятся с помощью элементов крепления (например, с помощью шпилек) к конструкции моста или иного сооружения, собранная в желобе вода отводится за пределы моста.
Предложенный водоотводный лоток может быть изготовлен следующими методами:
- Изготовление водоотводного лотка из SMC-материала осуществляется методом прямого прессования на гидравлическом прессе в обогреваемых матрицах (пресс-формах), рабочая поверхность которых оснащена слоем антиадгезионного материала. Суть SMC-метода заключается в том, что SMC-материал предварительно раскраивается, с его поверхностей удаляется пленка и затем он укладывается в пакет. После предварительного разогрева в печи пакет переносится в пресс-форму. Рабочая температура в процессе формования изделия составляет 150-170°С. Процесс отверждения в зависимости от толщины и конфигурации водоотводного лотка занимает от 2 до 5 минут. После отверждения, водоотводный лоток извлекают из формы и подвергают механической обработке (удаление облоя). После этого водоотводный лоток готов для дальнейших вторичных операций, таких как лакирование и монтаж.
- Процесс изготовления водоотводного лотка из ВМС-материла происходит так же, как и процесс изготовления из SMC-материала, отличия заключается в получаемой структуре готового изделия, так используемый ВМС-материала обладает более коротким волокном (от 3 до 12 мм) и более высокой степенью наполнения.
В состав SMC-материала и ВМС-материала в процессе их производства вводятся наполнители, равномерно распределенные по объему материала, что определяет то, что изготавливаемые из них водоотводные лотки также содержат равномерно распределенные по объему указанные наполнители.
Реализация полезной модели возможна при использовании существующих средств производства с применением известных технологических процессов и материалов.
Проведенные патентные исследования показали, что совокупность существенных признаков полезной модели не известна из уровня техники.