ЛАМИНИРОВАННЫЙ МАТЕРИАЛ

Область использования.
Полезная модель относится к ламинированным многослойным материалам с новыми свойствами на основе гибкой графитовой фольги и может быть использована для получения уплотнительной продукции и изоляционных изделий.
Предшествующий уровень техники.
В исследованном уровне техники имеются сведения о получении ламинированных материалов на основе гибкой графитовой фольги с разнообразными покрытиями на основе пластиков.
Перспективны материалы, в которых ламинирование осуществляется полиимидными пленками. Такие пленки придают ламинатам жаростойкость, обеспечивают электроизоляционные свойства и предотвращают осыпание хлопьев графита с поверхности графитовой фольги.
2
Так, в японской заявке JP 2003127267 (А) раскрывается жаростойкий лист, содержащий слой полимеризующейся при нагревании полиимидной смолы. Как следует из приведенного в заявке примера, данный многослойный лист может быть получен путем формирования заготовки, включающей слой фольги из терморасширенного графита и слой полиимида в виде пленки с одной или двух сторон графитовой фольги. Заготовку прессуют при 350°С в течение 5 секунд при усилии прессования 20 кг/мм.
К недостаткам данного материала относится его низкая прочность на разрыв, а также высокие затраты электрической энергии, необходимые для его получения.
В европейской заявке ЕР 2081225 (А2) раскрывается способ получения ламинированного материала на основе графитовой фольги для использования его в качестве термических интерфейсов для рассеивания тепла, а также сам материал. Данный материал включает гибкий графитовый лист из сжатых частиц вспененного графита, покрытый с одной или двух сторон защитным покрытием, препятствующим опаданию частиц графита. Защитное покрытие выполнено из полиэтилена, полиимида или полиэтилентерефталата. Эти покрытия в ламинированном материале использованы в качестве альтернативы и выполняют одну и ту же функцию - предотвращение осыпания хлопьев графита с поверхности графитовой фольги. Между защитным покрытием и графитовой фольгой расположен клеевой слой из акрилового или латексного материала.
Данный слой наносится только в жидком состоянии, что приводит к неравномерному распределению его по поверхности графитовой фольги, следовательно, к некоторой неоднородности материала и ухудшению прочности на разрыв материала.
К недостаткам данного технического решения относятся низкая прочность соединения слоев в ламинированном материале, а также сложность получения такого материала.
Задачей полезной модели является устранение присущих известным техническим решениям недостатков.
Поставленная задача решается ламинированным материалом на основе гибкой графитовой фольги, включающим слой графитовой фольги, слой полиимида, расположенный, по крайней мере, на одной из поверхностей фольги, и слой клеевого материала, расположенный между слоем полиимида и графитовой фольгой, в соответствии с которым, материал в качестве клеевого слоя содержит слой полимера, выбранного из группы, включающей полиэтилен и полипропилен.
В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается материалом, который содержит слой графитовой фольги из наноструктурированного пенографита на основе нитратного электрохимического интеркалированного графита.
Материал может быть выполнен в виде рулонного материала.
Материал может быть выполнен в виде плоского листового материала.
Сущность полезной модели состоит в следующем.
Полиимидные (ПИ) полимеры нашли широкое применение в промышленности. Хорошие электроизоляционные свойства ПИ пленки позволяют использовать ее для обертки кабелей и проводов, для неслоевой изоляции двигателей, в электронной и электротехнической промышленности.
Ламинирование графитовой фольги (ГФ) полимерными пленками на основе полиимида (ПИ) придает материалу не только свойства, присущие этой пленке (жаростойкость и электроизоляционные свойства поверхности материала в широком диапазоне температур (-200°С до +400°С), антифрикционные свойства и химическую стойкость), но также повышает прочность самого материала. Кроме того, защитный слой ПИ предотвращает механические повреждения графитового листа, при этом никоим образом, не затрагивая свойства упругого элемента - графитовой фольги. Наноструктурированная поверхность графитовых фольг обеспечивает прекрасную адгезию к ПИ через слой полипропилена (ПП) или полиэтилена (ПЭ) и позволяет получить ровный покрывной слой.
Покрытие ГФ полимерной пленкой ПИ позволяет сохранить уникальные свойства фольги в течение длительного времени до непосредственного применения ламинированного материала. Пленка ПИ характеризуется стабильностью физико-механических свойств, геометрических размеров, высокой химической стойкостью, термостойкостью, обладает способностью сохранять уровень электрических показателей при температуре 250°С, что является основной причиной, обуславливающей применение этой пленки для создания высокотемпературных конденсаторов с рабочей температурой до 250°С с высокими удельными характеристиками для аппаратуры сверхглубокого бурения скважин. Сочетание упругости графитовой фольги и электроизоляционных свойств ПИ обеспечивает их применение в ответственных участках и деталях, в том числе, работающих в условиях трения.
2
Использование промежуточного (клеевого) слоя пленки ПЭ или ПП позволяет улучшить адгезию ГФ к слою ПИ, а также снижает прикладываемое давление в процессе соединения слоев ламинированного материала до значений, не превышающих 50 кг/см, что существенно уменьшает затраты электроэнергии на получение ламинированного материала по сравнению с известным способом.
В качестве ГФ может быть использована любая графитовая фольга, полученная по стандартной технологии из окисленного химическим методом графита.
Однако, предпочтительнее использовать ГФ, например, ГРАФЛЕКС, полученную прессованием наноструктурированного пенографита на основе нитратного электрохимического интеркалированного графита. Под наноструктурированным пенографитом в данном случае понимается пенографит, у которого толщина пачек графеновых слоев, составляющих частицы терморасширенного графита, составляет 50-70 нм. Такой пенографит может быть получен с использованием интеркалированных графитов, синтезированных анодным окислением графита в водных растворах азотной кислоты. В этом случае характеристики пенографита и фольги значительно превосходят аналогичные показатели гибких графитовых материалов, полученных химическим окислением графитов.
Полезная модель осуществляется следующим образом.
2
Лист ГФ покрывается с одной или двух сторон пленкой ПИ через слой пленки ПЭ или ПП, затем полученная заготовка в виде сэндвича прокатывается через подогреваемые до 90-130°С валки с получением ламинированного графитового листа или прессуется в штампе при этой же температуре. Величина прикладываемого давления при этом составляет не больше 50 кг/см. Для получения материала в некоторых воплощениях изобретения может быть использован прокатный стан для получения фольги с подогреваемыми валками или стандартный пресс.
Для получения непрерывного рулонного материала целесообразно использовать прокатный стан.
Примеры осуществления изобретения.
Пример 1.
3
3
Получали заготовку материала, для чего лист ГФ (плотность 1 г/см, толщина 0,3 мм, выполнена из интеркалированного графита, полученного химическим окислением в 98% серной кислоте) покрывали с двух сторон пленкой ПИ (толщина 40 мкм) из полиимида через слой пленочного клея (пленка ПЭ толщиной 10 мкм). Затем полученную заготовку прокатывали через подогреваемые до 120°С валки с получением ламинированного графитового листа плотностью 1 г/см и толщиной 0,38 мм.
Прочность на разрыв ламинированного листа составляла 18 МПа (против 4 МПа для графитового листа), упругость - на уровне 8-9%.
Пример 2.
3
Собирали заготовку ламинированного рулонного материала. Для этого брали ГФ (плотность 1 г/см, толщина 0,3 мм, выполнена из интеркалированного графита, полученного анодным окислением в 58% водном растворе азотной кислоты), пленку ПП толщиной 18 мкм и пленку ПИ толщиной 30 мкм в рулонах. Эти три рулона устанавливались в размоточных устройствах и одновременно подавались на стан прокатки фольги.
Прокатные валки подогревались до температуры 100°С и осуществлялось соединение слоев в валках.
Получали рулонный ламинированный материал, прочность на разрыв которого составляла 19 МПа, а упругость - 14,0%.
Визуальный осмотр всех полученных материалов показал, что графитовая фольга, покрытая слоем ламината представляет собой однородный ламинированный материал, имеющий презентабельный внешний вид.
В таблице 1 приведены свойства ламинированных материалов в соответствии с другими возможными реализациями полезной модели.
Таким образом, не свариваемая полиимидная пленка, обладающая высокими механическими и изоляционными свойствами в сочетании с ПЭ или с ПП, имеющими высокую прочность «сварного шва» дает новый материал, характеризующийся отличными эксплуатационными свойствами и эффективным (недорогим и производительным) способом получения ламинированной пленки (температура обработки до 130°С при высокой скорости ламинирования).
Как следует из представленных материалов, технология ламинирования пленкой полиимида (ПИ) существенно улучшает товарный вид листовых материалов и изделий, исключает отрицательное влияние на эксплуатационные характеристики циклических изменений климатических условий и механических нагрузок при транспортировке и хранении, а также позволяет получить электропроводящий материал с электроизолированной поверхностью, что при различных аспектах использования этого материала позволяет использовать как его электропроводящие свойства, так и электроизоляционные свойства его поверхности. А высокий уровень механических свойств (прочности и упругости) ламинированных материалов позволяет изготавливать из них разнообразную уплотнительную продукцию, используемую в химически активных средах.
Ламинирование пленками ПИ графитовых листов обеспечивает устойчивость к царапанью, высокую ударную прочность, стойкость к воздействию многих химикатов и низкую водопоглощающую способность.
Сочетание упругих и электроизоляционных свойств обеспечивает уплотнение и изоляцию на ответственных деталях и участках, например, для погружных насосов, герметизации вакуумных сосудов и т.д.
Таблица 1.
Ламинированный материал
Оборудование для ламинирования
Прочность на разрыв, МПа
Упругость, %
Ламинированная с 2-х сторон ГФ (1,0 мм), ПЭ (0,01 мм), ПИ (0,02 мм)
пресс (5 кг/см<sup>2</sup>)
6
12,6
Ламинированная с 2-х сторон ГФ (2,5 мм), ПП (0,02 мм), ПИ (0,14 мм)
пресс (5 кг/см<sup>2</sup>)
4
10,0
Ламинированная с 2 сторон ГФ (0,3 мм), ПП (0,1 мм), ПИ (0,016 мм)
ламинатор
18
9,6