EA005844B1

EA005844B1 - Композиционный конструкционный материал и способ его получения

Info

Publication number: EA005844B1
Application number: EA200401408A
Authority: EA
Inventors: Артур Дж. Рот; Патрик Х. Уинтерс; Майкл Х. Клемент; Черувари Картик Хари Дхаран
Original assignee: Хантер Пейн Энтерпрайсиз, Ллс.
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2003-04-21
Publication date: 2005-06-30
Also published as: AP1847A; EP1503896B1; US20100116180A1; US6972144B2; KR101027296B1; OA12809A; IL164578A0; EA200401408A1; US20030198775A1; IL164578A; JP4560295B2; JP2005523180A; CA2483034A1; ZA200409289B; CN100391732C; NZ535936A; BR0309367A; EP1503896A4; CA2483034C; EP1503896A1

Abstract

Предложен композиционный конструкционный материал, пригодный, например, в качестве замены деревянных досок. Он содержит размерно-стабильный материал сердцевины, заключенный в размерно-стабильное слоистое покрытие, которое приклеено к материалу сердцевины. Слоистое покрытие состоит по меньшей мере из одного слоя параллельных кордов (19), скрепленного по меньшей мере с одним слоем тонколистового материала (10) повышенной жесткости, выбранного из группы, состоящей из бумаги и ткани. Подходящие материалы сердцевины включают в себя пенополиуретан (38), по выбору заполненный частицами (32) гранулированной резины, вспененного перлита, гранулами вспененного полимера и/или стеклянными микросферами. Параллельные корды (19) подаются в форме полосы ткани из сложного полиэфира в качестве кордов ее основы. Тонколистовой материал (10) предпочтительно представляет собой крафт-бумагу, жесткость которой повышена эпоксидной смолой.

Description

Существует много различных конструкционных материалов, состоящих, по меньшей мере, частично, из синтетических смол, которые предназначены для использования вместо древесины. Труднодостижимой целью при разработке таких материалов является сочетание приемлемой стоимости с относительно высокой прочностью и жесткостью. Так, например, синтетический пиломатериал, получаемый путем экструзии с погружением отходов древесного волокна в горячий расплав термопластичного материала, полученного из отходов, такого как полиэтилен, можно получать при достаточно низкой стоимости, чтобы он оказался пригодным для использования в качестве материала досок настилов. Вместе с тем, такой синтетический пиломатериал обычно считают не пригодным для приложений, в которых от него требуется выдерживать повышенные изгибные и сжимающие нагрузки, требуется повышенная статическая прочность и/или требуется повышенная ударопрочность и сопротивление удару. Так, он обычно не пригоден для использования в качестве материала элементов, несущих основную конструкционную нагрузку, таких как подпорки, лаги, брусья и стрингеры для грузовых поддонов. Для приложений этих типов материал должен иметь повышенные модуль разрыва (предел прочности) при изгибе, ударопрочность по Изоду, предел прочности при сжатии, модуль Юнга и/или динамическую стойкость к удару при воздействии ускорения, чем те, которые обнаруживаются у экструдатов, полученных путем погружения древесных частиц в горячий расплав полимера.

В результате широкомасштабных экспериментов, авторы настоящего изобретения обнаружили тип структуры композиционного конструкционного материала, который можно получать экономично, да еще и обеспечивая при этом относительно высокие модуль разрыва (предел прочности) при изгибе, ударопрочность по Изоду, максимальный предел прочности при сжатии, модуль Юнга и/или динамическую стойкость к удару при воздействии ускорения. Кроме того, если это желательно, то можно использовать относительно легковесные материалы, так что композит может иметь удельный вес, приближающийся к удельному весу некоторых сортов древесины, которые используются для получения пиломатериалов.

Краткое изложение сущности изобретения

Композиционный конструкционный материал согласно настоящему изобретению содержит размерно-стабильный материал сердцевины, заключенный в размерно-стабильном слоистом покрытии, которое склеено с материалом сердцевины. Слоистое покрытие состоит по меньшей мере из одного бандажа из, по существу, параллельных армирующих кордов, скрепленного по меньшей мере с одним слоем размерно-стабильного тонколистового материала, выбранного из группы, состоящей из бумаги повышенной жесткости и ткани повышенной жесткости.

Материал сердцевины может быть любым размерно-стабильным твердым веществом. Можно использовать жесткие, а также полужесткие твердые вещества. (Под термином «жесткое» в контексте данного описания понимается, «по меньшей мере, по существу, жесткое» (вещество).) В качестве примеров жестких веществ в роли материала сердцевины можно использовать саму древесину, а также композиции гипса и портландцемента, например цемент, который смешан с (разбавлен) целлюлозным волокном. Сердцевина предпочтительно имеет сопротивление раздавливанию, достаточное для того, чтобы она могла передавать нагрузку (механическое напряжение), присутствующую (присутствующее) на одной поверхности композита, на его противоположную поверхность. То есть если верхняя поверхность подвергается воздействию сжимающей нагрузки, то нижняя поверхность окажется под натяжением ввиду сопротивления сердцевины раздавливанию.

Независимо от того, жестким или полужестким является материал сердцевины, он предпочтительно содержит смолу. Для некоторых приложений материал сердцевины содержит кусочки твердого вещества-наполнителя, внедренные в отверждающееся связующее. (В том смысле, в каком термин «отверждающееся связующее» употребляется в данном описании, его следует считать охватывающим как смолы с наполнителями, так и смолы без наполнителей.) Поскольку слоистое покрытие является размерностабильным, его действие в композиционном конструкционном материале согласно настоящему изобретению довольно схоже с действием наружного каркаса.

Подробное описание изобретения Отверждающееся связующее

Когда материал сердцевины содержит отверждающееся связующее, то оно предпочтительно представляет собой термореактивную смолу. Примеры подходящих термореактивных смол включают в себя эпоксидные смолы, мочевиноформальдегидные смолы, меламиноформальдегидные смолы, фенолформальдегидные смолы, полиэфирные смолы и полиуретановые смолы (как полиуретаны с простыми полиэфирами, так и полиуретаны со сложными полиэфирами).

Если важно, чтобы конструкционный материал имел как можно меньший приемлемый удельный вес, то в предпочтительном варианте отверждающееся связующее будет вспененной синтетической смолой, а в наиболее предпочтительном варианте - жесткой или полужесткой полиуретановой либо вспененной фенолформальдегидной смолой (последнюю также называют пенофенопластом). Полиуретановые смолы получают путем осуществления реакции полиолов с полиизоцианатами. Эта реакция является экзотермической. Сшивание или ветвление молекул полиуретана можно осуществить путем включения в реакционную смесь молекул некоторых полиолов и/или молекул изоцианатов, которые имеют по мень

-1005844 шей мере три функциональные группы, и путем соответственного регулирования соотношения реагентов. При достаточном сшивании получаются жесткие или полужесткие термореактивные полимеры. Степень жесткости можно регулировать, например, путем выбора используемого полиола, что хорошо известно в данной области техники.

Чтобы получить жесткий или полужесткий полиуретановый пенопласт, приготавливают смесь полифункционального изоцианата, полиола, пенообразующего вещества, катализатора и, как правило, регулятора размера ячеек (например, поверхностно-активного вещества). Реакция образования уретана начинается сразу же после объединения ингредиентов. Экзотермический эффект приводит к формированию ячеек, а одно или более пенообразующих веществ вызывает образование закрытых ячеек в полимере, когда его масса расширяется и затвердевает. Экзотермический эффект в типичном случае достигает пиковой температуры, составляющей по меньшей мере около 150°Р. Реагенты, представляющие собой полиол и изоцианат, включают в себя достаточно молекул с тремя или более функциональными группами для того, чтобы степень сшивания или ветвления оказалась достаточной для получения, по меньшей мере, полужесткого пенопласта.

При получении жесткого или полужесткого пенопласта часто используют ароматические полиизоцианаты. В качестве нескольких примеров отметим толуолдиизоцианат (ТДИ) и полимерный изоцианат (ПМИ), которые получают путем конденсации анилина с формальдегидом.

Полиолы, которые можно использовать, включают в себя простые полиэфиры с концевыми гидроксильными группами и сложные полиэфиры с концевыми гидроксильными группами. Одним типом полиэфира с концевыми гидроксильными группами, который можно использовать, являются продукты присоединения пропиленоксида к многофункциональным гидроксисоединениям или аминам. Иногда применяют смеси сложных полиэфиров с концевыми гидроксильными группами и простых полиэфиров с концевыми гидроксильными группами.

В качестве пенообразующих веществ можно использовать галогенированные углеводороды, такие как хлорфторуглеводороды или фторуглеводороды. Можно также использовать низшие алканы, такие как бутаны, пентаны и циклопентаны. Можно использовать жидкий диоксид углерода. Можно также использовать воду, поскольку она будет реагировать с изоцианатом, образуя диоксид углерода ΐπ ^ϊίυ. Иногда воду или карбодиимидные катализаторы используют для образования диоксида углерода в качестве содействующего пенообразующего вещества. Часто пенообразующее вещество или пенообразующие вещества предварительно смешивают с полиолом вместе с катализатором и регулятором размера ячеек, которым обычно является поверхностно-активное вещество.

Все это хорошо известно обычным специалистам в данной области техники и описано, например, в Кнк-ОШшег Епсус1ореШа οί Сйеш1са1 Тесйпо1оду, 4-е издание (1997), т. 24, стр. 695-715, причем эта энциклопедия упоминается в данном описании для справок.

Термин «полиуретановая система» будет употребляться ниже для обозначения комбинации изоцианата, полиола, катализатора, пенообразующего вещества и регулятора размера ячеек, которая способна вступать в реакцию, обеспечивая образование пенополиуретана. Характеристикой, которая помогает идентифицировать и различать полиуретановые системы, является плотность пенополимера, который будет создавать конкретная система при смешивании компонентов в открытом сосуде («плотность при самопроизвольном вспенивании»). Предполагается, что полиуретановые системы, способные давать плотность при самопроизвольном вспенивании от примерно 3 или 4 фунтов на кубический фут (фунт/куб. фут) до примерно 35 фунт/куб.фут, являются в общем случае предпочтительными для использования в настоящем изобретении, а наиболее предпочтительными являются те, которые способны давать плотность при самопроизвольном вспенивании от примерно 4 до примерно 20 или 25 фунт/куб.фут.

Примерами некоторых промышленно поставляемых пар изоцианатов и полиолов, которые могут быть применены при образовании полиуретановых систем с целью использования в настоящем изобретении, являются следующие:

Компонент изоцианата	Компонент полиола	Плотность при самопроизвольном вспенивании (фунты/куб. фут)
ЦцЫпаСе М	КФтИпе ИЬ 87 380	8-9
ВиЫпаБе М	КФтИпе МЬ 87381	15-18
ВауЦиг 645 В	ВауЦиг 645 А	5
ВауЦиг 730 В (Ц 731 В)	Ваудиг 645 А	9

Упомянутые в вышеуказанной таблице реагенты РиЫпа1е и ЮшИпе поставляются фирмой Нип^шап Сйеш1са18, а реагенты Ваубиг поставляются фирмой Вауег Согрогайоп.

-2005844

Пенофенопласты могут быть получены, скажем, из резольных смол, например фенолформальдегидных смол, получаемых при молярном избытке формальдегида. Приготовление такого пенополимера описано, например, в патенте США № 5653923 (8роо с1 а1.), упоминаемом в данном описании для справок.

Твердое вещество-наполнитель

Используемое твердое вещество-наполнитель предпочтительно содержит кусочки одного или более из следующих материалов: лигноцеллюлозного материала, целлюлозного материала, стекловидного материала, цементирующего материала, углеродистого материала, пластмассы и каучука.

Целлюлозные и лигноцеллюлозные наполнители

Подходящие лигноцеллюлозные материалы включают в себя древесину, например древесную муку, древесную стружку и отходы древесного волокна, а также волокно древесных растений. Подходящие целлюлозные материалы включают в себя, например, растительный материал, такой как бамбук, пальмовое волокно, багасса, рисовая солома, рисовая шелуха, чешуйки пшеничной соломы, конопля, сизаль, кочерыжки кукурузы или маиса и скорлупа, например скорлупа орехов. Если используется лигноцеллюлозный или целлюлозный материал, то он предпочтительно является волокнистым.

Стекловидные наполнители

Подходящие стекловидные материалы включают в себя стекло (включая вулканическое стекло), летучую золу и керамические частицы. Можно использовать стекловидные сферы, например стеклянные или керамические микросферы, большинство которых имеет диаметр примерно 5-225 мкм. Для уменьшения массы такие микросферы могут быть полыми. Конкретные примеры включают в себя керамические микросферы Ζ-υ§1ιΐ'^κ'. которые поставляются 3М Сошрапу и имеют объемную плотность приблизительно 0,7 г/см³ и сопротивление раздавливанию примерно 2000-3500 фунтов-сил на квадратный дюйм (фунтов-сил/кв.дюйм). Они поставляются в разных вариантах. В одном варианте, который считается особенно подходящим, это микросферы Ζ-υ§1ιΙ №-1020, большинство которых имеет диаметры в диапазоне примерно 10-120 мкм и сопротивление раздавливанию приблизительно 3500 фунтов-сил/кв.дюйм.

Среди различных полых стеклянных микросфер, которые можно использовать, отметим пустотелые стеклянные шарики 8со!сй1йе®, которые также поставляет 3М Сошрапу, например 8со1с111йе 538 с объемной плотностью примерно 0,38 г/см³, сопротивлением раздавливанию примерно 4000 фунтовсил/кв.дюйм и размерами частиц, которые в большинстве своем (при измерении по массе, а не по количеству микросфер) попадают в диапазон примерно 8-88 мкм.

Если можно использовать наполнитель, имеющий довольно большой удельный вес, например, когда экономия затрат на исходные материалы имеет больший приоритет, чем снижение массы композита, можно использовать сплошные стеклянные микросферы, которые относительно недороги.

Стеклянные микросферы при их использовании могут составлять, например, от около 2 до 90 об.% от общего объема сердцевины готового материала.

Предпочтительным в качестве стекловидного наполнителя часто оказывается перлит, особенно если он вспенен с образованием легковесного наполнителя. Вспененный перлит при его использовании может составлять, например, примерно 10-80 об.% от общего объема сердцевины готового материала.

Можно также использовать стеклянные или керамические армирующие волокна.

Цементирующие наполнители

В качестве подходящего цементирующего материала можно упомянуть, например, портландцемент, гипс, шлакопортландцемент, кремнеземистый цемент и глиноземистый цемент.

Углеродистые наполнители

В качестве подходящего углеродистого материала можно упомянуть, например, углеродную сажу и графит, а также углеродные волокна.

Пластмассовые наполнители

Что касается пластмассовых материалов, то можно использовать как термореактивные, так и термопластичные смолы. В качестве подходящих пластмасс можно упомянуть, например, полимеры, полученные ступенчатой полимеризацией (например, полимеры этиленоненасыщенных мономеров), сложные полиэфиры, полиуретаны, арамидные смолы, полиацетали, фенолформальдегидные смолы, меламиноформальдегидные смолы и мочевиноформальдегидные смолы. Можно использовать гомополимеры и сополимеры. Подходящие сополимеры включают в себя интерполимеры, привитые сополимеры и блоксополимеры.

В качестве примеров подходящих полимеров, полученных ступенчатой полимеризацией, можно упомянуть полиолефины, полистирол и винильные полимеры. Подходящие полиолефины включают в себя, например, те, которые получены из олефиновых мономеров, имеющих от 2 до 10 атомов углерода в молекуле, например этилен, пропилен, бутилен и циклопентадиен. Можно использовать полимеры поли(винилхлорида) и акрилонитрила. Можно использовать частицы отходов пластмассы, например утилизированную потребительскую пластмассу, такую как утилизированные пластиковые пакеты и другая утилизированная пластиковая тара. Примеры ее включают в себя бутылки, изготовленные из полиэтилена высокой плотности (который также называют полиэтиленом низкого давления), и полиэтиленовые пакеты для бакалейно-гастрономических магазинов.

-3005844

В качестве подходящих сложных полиэфиров можно упомянуть полимеры, образованные посредством реакции конденсации одной или более поликарбоновых кислот с одним или более полигидридных соединений, например алкиленгликолем или сложным простым полиэфиром с концевой гидроксильной группой. Примером подходящей полиэфирной смолы может служить полиэтилентерефталат. Источником упомянутых частиц наполнителя является измельченная тара из сложных полиэфиров.

Подходящие частицы также включают в себя синтетические волокна, например волокна, извлеченные из выброшенных ковров, например нейлоновые, полиолефиновые или полиэфирные волокна ковров.

Подходящие полиуретаны включают в себя, например, полиуретаны на основе простых полиэфиров и полиуретаны на основе сложных полиэфиров.

Среди различных пластмассовых наполнителей, которые можно использовать в материале сердцевины, следует назвать и гранулы пенополимера. Под «гранулами» мы будем иметь в виду частицы любой геометрии, например сферические, цилиндрические или бугорчатые. Гранулы пенополимера являются ячеистыми таблетками пенополимера, которые часто используются для формирования легковесных формуемых объектов. Будучи создаваемыми в более или менее гранулированной форме и с использованием пенообразующего вещества в ячейках, эти гранулы, как правило, предварительно вспениваются или «предварительно расширяются» за счет нагревания до температуры, превышающей температуру их размягчения, которая зачастую будет находиться в диапазоне примерно 165-185°Р, пока они не вспенятся до получения рыхлого наполнителя, имеющего желаемую объемную плотность. Предварительно вспененные частицы, которые сохраняют свою ячеистую структуру, можно затем поместить в полость прессформы или иную полость и нагреть острым паром, вызывая их спекание и сплавление друг с другом для образования легковесного ячеистого твердого вещества, размеры которого соответствуют размерам полости пресс-формы. После полного вспенивания гранулы зачастую будут иметь диаметр, который примерно в 2-4 раза больше, чем у невспененных или «исходных» гранул.

В зависимости от способа получения жесткого материала сердцевины, возможно нагревание гранул до такой высокой температуры, что они будут спекаться при одновременном заключении их в отверждающееся связующее материала сердцевины. А если так, то тогда по меньшей мере часть гранул утратит свою ячеистую структуру, образуя газонаполненные карманы различных размеров в пенополимере, которые обусловлены полимером, ячеистая структура которого была сформирована. Ясно, что изолированные сферические гранулы образуют относительно сферические карманы. Эти твердые полимерные глобулы могут уменьшить плотность материала сердцевины без значительного уменьшения его сопротивления раздавливанию. В самом деле, очевидно, что они могут даже увеличить сопротивление раздавливанию.

Источником тепла, необходимого для обеспечения спекания гранул, может быть экзотермическая реакция, которая приводит к получению связующей смолы, в которой оказываются заключенными гранулы. Так, например, связующая смола может быть получена путем смешивания необходимых реагентов для получения экзотермического эффекта, имеющего пиковую температуру в диапазоне примерно 185285°Р.

Наиболее удобными среди гранул пенополимера являются гранулы пенополистирола (ППС) и гранулы пенополиолефина (НПО).

Способы получения гранул пенополимеров хорошо известны. Как описано, например, в патентах США №№ 3991020, 4287258, 4369227, 5110835, 5115066 и 5985943 (все эти патенты упоминаются в данном описании для справок), гранулы ППС могут быть получены путем полимеризации стирола в водной суспензии в присутствии одного или более пенообразующих веществ, которые подаются в начале, во время или в конце полимеризации. В альтернативном варианте их можно получать путем добавления пенообразующего вещества в водную суспензию мелкодисперсных частиц полистирола.

Пенообразующее вещество, которое также называют «пенообразователем», представляет собой газ или жидкость, который(ая) не растворяется в полимере стирола и который(ая) кипит при температуре, которая ниже температуры размягчения. Примеры подходящих пенообразующих веществ включают в себя низшие алканы и галогенированные низшие алканы, например пропан, бутан, пентан, циклопентан, гексан, циклогексан, дихлордифторметан и трифторхлорметан. Гранулы пенообразующего вещества зачастую составляют примерно 3-15 мас.% всего полимера. В предпочтительном варианте уровень присутствия пенообразующего вещества будет составлять примерно 3-7%.

Термин «полистирол» в данном описании означает гомополимер или сополимер стирола, содержащий стирол в количестве 50 мас.% или более, а предпочтительно по меньшей мере 80 мас.% или более. Примерами подходящих сомономеров являются α-метилстирол, кольцегалогенированные стиролы, кольцеалкилированные стиролы, сложные эфиры акриловой или метакриловой кислоты со спиртами, имеющими от 1 до 8 атомов углерода, Ν-винилкарбазол и малеиновая кислота или ее ангидрид. В полимер можно также включить незначительное количество сополимеризованного разветвляющего цепь вещества. Подходящими в качестве таких веществ являются соединения, содержащие по меньшей мере две α,β-этиленоненасыщенные группы, такие как дивинилбензол, бутадиен и бутандиолдиакрилат. Разветв

-4005844 ляющие вещества обычно используют в количестве примерно 0,005-0,05 мол.% от общего количества стирола.

Полистирол в гранулах ППС обычно имеет средневзвешенную молекулярную массу в диапазоне от примерно 130000 до примерно 300000.

Гранулы ППС поступают с разными размерами частиц невспененного полимера. В общем случае, наибольший размер гранулы (т.е. ее диаметр), получаемый как средневзвешенная величина, будет находиться в диапазоне примерно 0,1-6 мм, а зачастую примерно 0,4-3 мм. Предполагается, что размеры частиц невспененного полимера в диапазоне 0,4-1,6 мм являются предпочтительными для гранул, используемых в настоящем изобретении.

Гранулы невспененного полимера имеют разную способность к пенообразованию, т. е. к тому, насколько крупными они могут становиться при нагревании до температуры вспенивания. В частности, это зависит от того, сколько пенообразующего вещества они содержат. Способность полимерной гранулы к пенообразованию можно выразить в единицах объемной плотности рыхлого наполнителя, который будут образовывать гранулы при их полном вспенивании («плотность при полном вспенивании»). Под «полным вспениванием» в данном описании имеется в виду вспенивание, которое достигается в результате процесса «двухступенчатого» вспенивания, описанного в примере 2, который приведен в патенте США № 5115066. Оно обуславливает использование форматора Τη МапиГасШппд модели 502 (или эквивалентного), работающего при входной температуре пара примерно 211°Е и расходе пара на входе примерно 74 фунта/ч. Производительность первой ступени составляет 208 фунтов/ч. Для охлаждения получаемого рыхлого полуфабриката используют сушильный аппарат с псевдоожиженным слоем, продувающий окружающий воздух. После выдерживания в течение 3 ч при комнатной температуре и комнатной влажности рыхлый полуфабрикат повторно пропускают через форматор в тех же самых условиях, за исключением того, что производительность составляет 217 фунтов/ч.

Предполагается, что использование гранул ППС, имеющих возможность достигать плотности при полном вспенивании в диапазоне примерно 0,5-4,5 фунтов на кубический фут (фунт/куб.фут), в частности примерно 1-3 фунт/куб. фут, является предпочтительным для настоящего изобретения. Примерами некоторых промышленно поставляемых гранул ППС, которые можно использовать в настоящем изобретении, являются типы 3371, 5371 и 7371 гранул фирмы Нип18шап Сйеш1еа1 и типы ВЕЬ 322, ВЕЬ 422, ВЕ 322, ВЕ 422 и Р 240 фирмы ВАЗЕ Согрогайоп.

В качестве примеров гранул пенополиолефинов можно упомянуть пенополиэтилен (ППЭ), пенополипропилен (ППП), пенополибутилен (ППБ) и сополимеры этилена, пропилена, бутилена, 1,3-бутадиена, а также другие олефиновые мономеры, в частности альфа-олефиновые мономеры, содержащие от 15 до 18 атомов углерода, и/или циклоалкиленовые мономеры, такие как циклогексан, циклопентен, циклогексадиен и норборнен. Предпочтительными могут оказаться сополимеры пропилена и этилена и сополимеры пропилена и бутилена.

Способы получения гранул пенополиолефинов описаны, например, в патентах США №№ 6020388, 5496864, 5468781, 5459169, 5071883, 4769393 и 4675939, причем все они упоминаются в данном описании для справок.

Гранулы пенополимеров могут содержать другие добавки для придания конкретных свойств гранулам или продуктам из пенополимеров. Эти добавки включают в себя, например, огнестойкие вещества, зародышеобразующие вещества, разлагающиеся органические краски, наполнители и антиагломерационные добавки. Как указано в патенте США № 6271272, упоминаемом в данном описании для справок, гранулы также могут включать в себя добавки, например некоторые нефтяные воски, которые повышают скорость вспенивания при нагревании гранул до температуры вспенивания. В зависимости от искомого эффекта эти добавки могут быть равномерно диспергированы в гранулах или могут присутствовать в виде поверхностного покрытия.

Если гранулы пенополимера используются в качестве твердых веществ-наполнителей при получении материала сердцевины для настоящего изобретения, то их можно смешивать со смесьюпредшественником связующей смолы в любом из таких состояний, как невспененное, частично вспененное или, по существу, полностью вспененное. Однако в предпочтительном варианте в течение того времени, за которое будет затвердевать связующая смола, гранулы полимера будут подвергаться, по меньшей мере, частичному вспениванию, а также спеканию с получением полимерных глобул, заключенных в отверждающемся связующем. Это подробнее описано в одновременно рассматриваемой заявке на патент США под названием «1тргоуе6 Ргоседа оГ Макшд Βί§ίά Ро1уиге1йапе Еоат («Усовершенствованный способ получения жесткого пенополиуретана»), которую подал 22 марта 2002 г. Аг1йиг 1. Ео111 (Артур Дж. Рот), один из авторов данного изобретения. Описание той заявки упоминается здесь для справок.

Каучуковые наполнители

В качестве твердого вещества-наполнителя также можно использовать кусочки натурального или синтетического каучука, например каучука, полученного из бутадиенстирольной смолы, полибутадиена или полиизопрена. Предпочтительным источником используемого каучука являются утильные покрышки, которые могут быть покрышками пневматических шин или непневматических шин.

-5005844

Предпочтительными являются более старые покрышки, потому что в них обычно меньше летучих веществ и меньше эластомеров. Покрышки грузовых автомобилей предпочтительнее покрышек легковых автомобилей, потому что они жестче. В предпочтительном варианте содержание любого металла из металлических лент в покрышках составляет не более чем примерно 3 мас.% от количества каучука, а в наиболее предпочтительном варианте 1% или менее, особенно если композиционный конструкционный материал подлежит использованию при сооружении грузовых поддонов. Этому есть много причин. Чем больше содержание металла, тем больше масса поддона, что повышает затраты на грузоперевозки. Кроме того, присутствие кусочков металла может вызывать дополнительный износ и разрывы оборудования, используемого для получения композиционного конструкционного материала, например шнеков, экструдеров и литьевых головок. Помимо этого, если допустить их сохранение во фрагментах или среди фрагментов покрышек, используемых в качестве твердых веществ-наполнителей, то металлические корды, мелкие кусочки или обломки могут выступать сквозь слоистое покрытие, когда композит находится в условиях сжатия, и вызывать повреждение груза на поддоне или представлять угрозу безопасности персонала, перерабатывающего материалы.

Измельченная покрышечная резина поставляется промышленностью и поступает с разными размерами частиц. Возможно, что предпочтительными для настоящего изобретения являются гранулы № 4 (минус 10 меш) покрышечной резины, предпочтительно с неудаленным шинным кордом (так называемая «рыхлая масса»). Можно использовать как «черную», так и «белую» крошку покрышечной резины.

При ее использовании гранулированная покрышечная резина может составлять, скажем, примерно 20-90 об.% от общего объема сердцевины готового материала.

Резина утильных покрышек является относительно недорогим наполнителем с учетом занимаемого ею объема. Вместе с тем, она довольно тяжелая, и если важно, чтобы удельный вес композиционного конструкционного материала был меньше некоторого значения, то количество покрышечной резины, которое можно использовать, может быть соответственно ограничено. Так, например, если композиционный конструкционный материал надлежит использовать в качестве синтетических досок для изготовления грузовых поддонов, то критичен удельный вес (а значит, и вес готового поддона). Материал сердцевины таких досок в предпочтительном варианте должен иметь удельный вес примерно 0,65 г/см³ или менее, т.е. плотность в готовом состоянии должна составлять примерно 40 фунт/куб.фут или менее. В общем случае это означает использование материала сердцевины, который содержит каучук или резину в количестве 45 мас.% или менее.

С другой стороны, если конструкционный материал должен быть использован в приложении, которое меньше зависит от удельного веса, например, если нужно соорудить ограждение вокруг некоторого места, стационарный настил или стойки либо блоки ограждения автострады, такие композиты могут иметь удельные веса, достигающие, скажем, 0,95 или даже 1,10 г/см³, и плотность в готовом состоянии, достигающую 60 или 70 фунтов/куб.фут. Это зачастую позволяет использовать концентрации каучука или резины, составляющие до 70 или 85 мас.% от всего материала сердцевины.

Частицы наполнителя могут присутствовать в любой форме, например в форме волокон, хлопьев или гранул (включая сферическую форму, например, могут присутствовать в виде силикатных шариков или полых полимерных шариков, включая полимерные микросферы).

Что касается размера кусочков наполнителя, используемого в материале сердцевины, то их наибольший размер предпочтительно не будет превышать примерно 50% толщины композиционного конструкционного материала. Так, например, если композиционный конструкционный материал принимает форму доски толщиной 1 дюйм, то, по существу, все кусочки твердого вещества-наполнителя предпочтительно будут иметь наибольший размер, который не превышает примерно 0,5 дюйма.

В предпочтительном варианте характер связующей смолы, характер и количество частиц наполнителя (если они есть), а также степень вспенивания (если оно происходит) связующей смолы - все эти характеристики будут выбраны так, чтобы материал сердцевины имел сопротивление раздавливанию примерно 300 фунтов-сил на квадратный дюйм (фунтов-сил/кв.дюйм) или более, например в диапазоне от примерно 300 до 2500 фунтов-сил/кв.дюйм. (Это величина давления, необходимая для уменьшения толщины материала сердцевины на 10%.) Если связующая смола вспенивается, то такое сопротивление раздавливанию можно измерить, например, по стандарту Л8ТМ Ό 1621-94 Сотргеккуе Ргорегйек о£ Κί§ίά Се11и1аг Р1акюк («Свойства сжатия жестких ячеистых пластмасс») Американского общества по испытанию материалов.

Сопротивление жесткого твердого вещества раздавливанию в общем случае непосредственно связано с его плотностью, и поэтому оно также связано со способностью материала удерживать гвоздь. (Чем плотнее жесткое твердое вещество, тем выше его способность удерживать гвоздь). Настоящее изобретение можно использовать, в частности, с целью получения заменителей деревянных досок для грузовых поддонов. В случае досок настилов грузовых поддонов, которые не должны удерживать гвозди и для которых зачастую желателен наименьший достижимый на практике удельный вес (чтобы уменьшить нагрузку), в общем случае можно придать им столь низкое сопротивление раздавливанию, как примерно 300 фунтов-сил/кв. дюйм (и соответственно низкую плотность), хотя предпочтительным является сопротивление раздавливанию 1100 фунтов-сил/кв.дюйм. Для стрингеров в грузовых поддонах, которым

-6005844 обычно приходится удерживать гвозди, сопротивление раздавливанию в общем случае должно составлять по меньшей мере 1800 фунтов-сил/кв.дюйм, а в наиболее предпочтительном варианте по меньшей мере примерно 2200 фунтов-сил/кв.дюйм.

В предпочтительном для многих приложений варианте состав и количества связующей смолы и частиц наполнителя (если он есть) должны быть такими, чтобы конструкционный материал имел коэффициент линейного температурного расширения, который находится в диапазоне примерно (2,5-3,5)-10^-5/°Р. Тонколистовой материал

Тонколистовой материал в слоистом покрытии является бумагой или тканью повышенной жесткости. Предпочтительнее бумага, потому что она дешевле ткани. При использовании бумаги она в предпочтительном варианте будет иметь толщину в диапазоне примерно 0,015-0,20 дюйма. Наиболее предпочтительной является толщина примерно 0,017 дюйма. Бумага может представлять собой сплетение различных волокон, например, одного или более типов, выбранных из группы, состоящей из волокон целлюлозы, стекла, углерода, металла и синтетической смолы. Примеры подходящих волокон синтетической смолы включают в себя полиамидные волокна и волокна сложного полиэфира. В наиболее предпочтительном варианте волокна ориентированы в бумаге, например, так, как в бумаге, в которой волокна ориентированы в направлении движения в машине или в направлении основы, иногда называемом также «направлением обработки».

По причинам экономии считают предпочтительным использование бумаги, которая, по меньшей мере, частично состоит из целлюлозных волокон, например из древесной массы. Предпочтительной целлюлозной бумагой является обклеечная крафт-бумага, например, имеющая базисную массу (или «код сорта», т.е. аналог принятого в России параметра «масса 1 м² бумаги»), по меньшей мере, примерно 65 фунтов на тысячу квадратных футов (фунтов/тыс.кв.футов), скажем, примерно 65-100 фунтов. Предпочтительное влагосодержание составляет примерно 7-9 мас.%, а приблизительно 8 мас.%. Значение давления при испытании на продавливание по Муллену составляет от примерно 130 или 140 до примерно 145 фунтов-сил/кв.дюйм. Значение нагрузки при испытании жесткости по разрушению кольца под прямым углом к продольному направлению отлива бумаги предпочтительно составляет от примерно 120 или 130 до примерно 140 фунтов.

Одной подходящей бумагой является стандартная обклеечная бумага, на 100% изготовленная из макулатуры и бумажных отходов, имеющая базисную массу примерно 69 фунтов. Такую бумагу изготавливает, например, Сау1огй СопЕнпег Сотротайоп. Еще одной подходящей бумагой является обклеечная крафт-бумага, на 25% изготовленная из макулатуры и бумажных отходов, имеющая базисную массу примерно 90 фунтов. Такую бумагу изготавливает, например, Бопд\зс\\· Р1Ьте Сотрапу, г.Лонгвью, штат Вашингтон, спецификация № 5204. Конечно, можно также использовать чистую бумагу, но она проявляет тенденцию к меньшей капиллярности, чем бумага, изготовленная из макулатуры и бумажных отходов, которая по этой причине обычно и является предпочтительной.

Вообще говоря, предпочтительно, чтобы бумага содержала, по меньшей мере, примерно 40 мас.% материала, полученного из макулатуры и бумажных отходов.

Как подробнее поясняется ниже, предпочтительно, чтобы для связывания кордов с тонколистовым материалом, а также для пропитки тонколистового материала и придания ему жесткости была использована смола. В таком конкретном варианте осуществления может быть полезным, если крайний снаружи слой тонколистового материала (например, бумаги) включает в себя барьерный слой для предотвращения просачивания смолы сквозь тонколистовой материал. Этот барьерный слой может состоять, например, из смолы, например поли(винилового спирта), что может способствовать созданию эффективного барьера для миграции эпоксидной смолы по толщине тонколистового материала. Пользуясь этой особенностью в случае, если крайний снаружи слой тонколистового материала имеет обращенный к сердцевине слой, который проницаем для смолы, и слой, внешний по отношению к только что упомянутому, который препятствует миграции смолы, то смола, придавая жесткость тонколистовому материалу, не будет просачиваться на наружную поверхность композита, где она могла бы загрязнить поверхности контакта формующего устройства, которое используется для придания желаемой формы сборке сердцевины, тонколистового материала и корда во время затвердевания смолы.

Если необходимо, то после извлечения композита из пресс-формы не содержащий смолу наружный слой бумаги с двумя направлениями ориентации волокон можно покрыть (например, посредством напыления) отделочной композицией, чтобы придать желаемые физические и/или химические свойства наружной поверхности композита. Пример такой многослойной бумаги приведен в спецификации № 6228, представленной Бопд\зе\\· Р1Ьте Сотрапу.

Другим вариантом является концентрация огнестойкого вещества в наружном слое бумаги, содержащей барьерный слой, так как в этом случае упомянутое вещество станет более эффективным. Это дает наибольший эффект, если бумага содержит два наружных пористых слоя (по одному с каждой стороны), а барьерный слой заключен между ними.

Параллельные корды

Если композит является удлиненным, то зачастую предпочтительно, чтобы корд, используемый в слоистом покрытии, был ориентирован в направлении длины. В альтернативном варианте корд может

-7005844 проходить перпендикулярно направлению длины композита или по диагонали относительно этого направления. Например, если удлиненный композит имеет круглое поперечное сечение, корд можно спирально обмотать вокруг сердцевины, в предпочтительном варианте окружая сердцевину равномерным слоем корда. Когда композит со спиральной намоткой предназначен для использования, например, в стойке, поддерживающей ограждение автострады, подходящее покрытие может состоять из двух слоев бумаги с одним слоем корда из сложного полиэфира в форме холста, заключенным между двумя слоями бумаги.

В предпочтительном варианте, корд, используемый в слоистом покрытии, имеет предел прочности при растяжении, находящийся в диапазоне примерно 5-18 фунтов на корд, в наиболее предпочтительном варианте примерно 16 фунтов. Корд предпочтительно имеет прочность на разрыв примерно 0,67-1,10 грамм-силы на текс (грамм-силы/текс), в наиболее предпочтительном варианте примерно 0,85 грамм-силы/текс.

Корд может состоять из непрерывной нити или штапельных волокон. Можно использовать мононитевой корд, но предпочтительнее корд, состоящий из совокупности непрерывных нитей (так называемый «многонитевой» корд). Предпочтительным многонитевым кордом является тот, который состоит примерно из 40-70 нитей. Если используется многонитевой корд, то нити могут быть скрученными или нескрученными. Если они скручены, то корд в предпочтительном варианте имеет не более 3,25 скруток на дюйм.

Что касается относительного удлинения при разрыве, то оно для корда в предпочтительном варианте находится в диапазоне примерно 10-50%, скажем, от примерно 20 или 25% до примерно 45 или 50%. Наиболее предпочтительным для мононитевого корда является удлинение при разрыве, составляющее примерно 30-40%, скажем, примерно 35%. Наиболее предпочтительным для многонитевого корда является удлинение при разрыве, составляющее примерно 15-20%, скажем, примерно 17%.

Корд может полностью или частично состоять либо из натуральных, либо из синтетических волокон и/или нитей, включая волокна и/или нити синтетической смолы, стекла, углерода или металла. Зачастую предпочтительными оказываются волокна и/или нити синтетической смолы, например волокна или нити сложного полиэфира, полиамида (такого, как нейлон и полипарафенилентерефталамид) или полиолефина. Волокна и/или нити стекла в общем случае обеспечивают повышенную жесткость в композиционном конструкционном материале. Для некоторых приложений, например досок заборов, может оказаться предпочтительной улучшенная способность к смешению; в этой ситуации волокна и/или нити сложного полиэфира работают лучше, чем стекловолокно.

Если корд состоит из термоусадочных волокон и/или нитей, то его в предпочтительном варианте подвергают термостабилизации перед использованием для получения композиционного конструкционного материала согласно настоящему изобретению.

Когда корд является мононитевым, он предпочтительно имеет диаметр примерно 8-15 мил (т.е. примерно 0,008-0,015 дюйма), а в наиболее предпочтительном варианте примерно 10-12 мил. Когда корд является многонитевым, его вес в денье составляет примерно 600-1000, а в наиболее предпочтительном варианте примерно 900.

Что касается плотности параллельных кордов в бандаже, т.е. количества кордов на дюйм ширины бандажа, то предпочтительный уровень изменяется обратно пропорционально или диаметру корда, или его весу в денье. Чем толще корд, тем меньше предпочтительная плотность. Однако в общем случае плотность будет предпочтительно составлять по меньшей мере примерно 10 или 12 кордов на дюйм ширины бандажа (на «поперечный дюйм») и обычно не превышает примерно 35 кордов на поперечный дюйм.

Параллельные армирующие корды могут быть не связаны друг с другом или они могут быть связаны в поперечном направлении, например, посредством сшивания кордов в поперечном направлении. Последняя компоновка обладает преимуществом, заключающимся в том, что она может способствовать удержанию на месте продольных кордов во время формирования слоистого покрытия. Предпочтительным путем получения кордов, таким образом, является использование полосы ткани, в которой продольные корды образуют основу, т.е. «пряжу», «волокно» или «нить», которая проходит в «направлении движения ткани в машине». Под «тканью» в данном описании понимается либо текстильная ткань, либо холст поперечной укладки. Последний представляет собой нетканую сетку, образованную путем укладки параллельных рядов непрерывной пряжи или нити в направлении основы и последующей укладки параллельных рядов поперечной пряжи или нити поверх упомянутого слоя под углом 90° к нему, с последующим скреплением этих двух слоев друг с другом в кордных пересечениях, например, либо посредством термоскрепления, либо посредством использования клея. Когда используют холст поперечной укладки, сторона основы может быть обращена либо наружу от композита, либо внутрь. Однако в предпочтительном варианте она будет обращена наружу и будет следующей за слоем тонколистового материала.

В общем случае любая используемая ткань предпочтительно должна иметь предел прочности при растяжении в направлении основы, который находится в диапазоне приблизительно 90-200 фунтов на поперечный дюйм (фунтов/п.дюйм), а в наиболее предпочтительном варианте приблизительно 155-185 фунтов/п. дюйм. Под этим значением понимается величина продольного механического напряжения, необходимая для разрыва бандажа из ткани шириной 1 дюйм, прикладываемая в направлении основы.

-8005844

Если ткань содержит термоусадочные волокна и/или нити, то ее в предпочтительном варианте подвергают термостабилизации перед использованием ткани для получения композиционного конструкционного материала согласно настоящему изобретению.

Предпочтительно, чтобы кордная сшивка в поперечном направлении (т.е. сплетение или уток ткани, иногда называемый также «пиком» или «заполнением») имела меньший диаметр и/или меньшую плотность (меньше кордов на дюйм ткани), чем основа. Так, например, диаметр или вес в денье кордов основы может быть примерно в 1,8-2,5 раза больше, чем у кордов утока, а плотность кордов основы (т.е. количество кордов на поперечный дюйм ткани) может быть примерно в 1,5-3 раза больше, чем плотность кордов утока (т.е. количество кордов на продольный дюйм ткани).

Когда в направлении основы используется текстильная ткань, выполненная из мононити диаметром 10-12 мил, плотность основы в предпочтительном варианте будет составлять по меньшей мере примерно 20 кордов на поперечный дюйм ткани, скажем, будет находиться в диапазоне примерно 20-35 кордов на поперечный дюйм ткани. Корды утока такой ткани будут предпочтительно иметь диаметр в диапазоне примерно 4-8 мил, а в наиболее предпочтительном варианте примерно 6-8 мил. Плотность утока для такой ткани может составлять, скажем, примерно 10-18 кордов на продольный дюйм ткани.

Среди текстильных тканей, которые можно использовать особенно эффективно для получения армирующих кордов, следует указать те, в направлении основы которых уложены мононити сложного полиэфира диаметром примерно 8-12 мил, а в направлении утока - мононити сложного полиэфира диаметром примерно 6-8 мил. Такая полиэфирная ткань предпочтительно имеет приблизительно 20-30 кордов на дюйм в направлении основы и 10-15 кордов на дюйм в направлении утока. Ткань-прототип № ХР368080, поставляемая 1иби81па1 РаЬпсх Согрогабои, Миннеаполис, штат Миннесота, представляет собой текстильную полиэфирную ткань, которая удовлетворяет указанным техническим характеристикам. Ее корд основы имеет диаметр приблизительно 10 мил, предел прочности при растяжении приблизительно 5,2 фунта на корд и относительное удлинение при разрыве приблизительно 46%. Плотность в направлении основы составляет приблизительно 27-29 кордов на поперечный дюйм. Корд утока имеет диаметр приблизительно 8 мил. По оценкам специалистов, полоса этой ткани шириной 1 дюйм имеет предел прочности при растяжении в направлении основы приблизительно 95-105 фунтов и относительное удлинение при разрыве приблизительно 46%.

Столь же подходящей является только что описанная текстильная полиэфирная ткань, но имеющая плотность в направлении основы всего 24 корда на поперечный дюйм. Эту ткань тоже можно приобрести у Ιηάιϊδίπαΐ РаЬпех Согрогабои. Такая ткань имеет предел прочности при растяжении в направлении основы приблизительно 91 фунт/п.дюйм и относительное удлинение при разрыве приблизительно 46%.

Примером подходящего холста поперечной укладки является холст Соииее!™ от Сопетеб Р1а8ЙС8, 1ис., Миннеаполис, штат Миннесота. В одном конкретном варианте осуществления он имеет основу, состоящую из нескрученного многонитевого корда из сложного полиэфира (60 нитей на корд), имеющего вес в денье, составляющий примерно 1000. Эта основа имеет плотность кордов, составляющую 12 кордов на поперечный дюйм. Корд основы имеет предел прочности при растяжении примерно 17,5 фунта на прядь корда. Имеющая ширину 1 дюйм полоса холста, проходящая в направлении основы, имеет предел прочности при растяжении, составляющий примерно 185 фунтов, относительное удлинение при разрыве примерно 24% и прочность на разрыв примерно 0,92 грамм-силы/текс.

Слоистое покрытие предпочтительно будет содержать бандаж из параллельных кордов (который, как указано выше, может быть полосой ткани), который покрывает по меньшей мере одну сторону конструкционного материала. Например, по меньшей мере 25% окружности поперечного сечения материала могут быть покрыты одним или более бандажей параллельных кордов. Если материал имеет прямоугольное поперечное сечение, то в наиболее предпочтительном варианте по меньшей мере две его противоположные стороны покрыты бандажами из кордов. В наиболее предпочтительном варианте, все стороны конструкционного материала будут покрыты бандажами из кордов. Если поперечное сечение является удлиненным прямоугольным, а материал должен быть использован в досках настилов для грузовых поддонов, например в качестве заменителя лесоматериалов сечением 1 дюйм на 4 дюйма или 1 дюйм на 6 дюймов, то в предпочтительном варианте по меньшей мере две широкие стороны доски должны быть покрыты бандажами из кордов.

Однако для других приложений, если всего две стороны покрыты бандажами из кордов, может оказаться предпочтительным вариант, в котором эти стороны являются более узкими сторонами. Так, например, стрингеры в грузовых поддонах часто являются деревянными, имеющими сечение 2x4 дюйма или 3x4 дюйма, устанавливаемыми «на ребро». Если конструкционный материал согласно настоящему изобретению предназначен для использования в качестве заменителя деревянных досок, то предпочтительно, чтобы по меньшей мере две узкие стороны были покрыты бандажами из кордов.

Однако наиболее предпочтительным вариантом в случае грузовых поддонов является тот, в котором все четыре стороны и досок настила, и стрингеров армированы бандажами из параллельных кордов. При этом поддон не только оказывается способным выдерживать большие нагрузки, но и становится

-9005844 более стойким к возможным вдоль вертикальных поверхностей досок повреждениям, обуславливаемым ударами о зубья вилочного погрузчика.

Когда нужно покрыть все стороны доскообразного композита бандажами из кордов, не обязательно, чтобы все четыре бандажа были одинаковыми. Так, например, для одной пары противоположных сторон могут потребоваться бандажи, имеющие меньший предел прочности при растяжении, чем для других двух сторон.

Если корд подается в виде холста и при этом желательно использовать разные бандажи из кордов (например, имеющие разные пределы прочности при растяжении), на разных сторонах можно использовать многозонный холст, который достаточно широк, чтобы его можно было обернуть вокруг доски. Если используют четырехзонный холст, то каждая его зона будет иметь такую же ширину, как одна из четырех сторон доски (и будет подогнана к своей стороне). В этих четырех разных зонах можно использовать разные корды основы и/или разные плотности кордов, одновременно поддерживая одинаковость кордов и плотностей кордов в направлении утока.

Что касается размеров, то настоящее изобретение очень полезно для создания доскообразных композитов, имеющих толщину примерно от 0,5 до 8 дюймов и ширину примерно 2-48 дюймов, и бревнообразных композитов, имеющих диаметр в диапазоне примерно 2-18 дюймов, хотя возможность применения изобретения не ограничивается этими материалами.

Для достижения максимальной прочности предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, некоторые из армирующих кордов в слоистом покрытии были скреплены с тонколистовым материалом в предварительно натянутом состоянии. Величину натяжения можно выразить параметрами растяжения корда. Так, каждый корд имеет значение относительного удлинения при разрыве, которое выражается процентным увеличением длины корда за счет растяжения до разрыва корда. Чем больше он растянут, тем больше натяжение в корде. В настоящем изобретении предполагается, что предпочтительным, вообще говоря, будет вариант, в котором корд не растягивается (т.е. не удлиняется) более чем на 85% своей нагрузочной способности. Таким образом, если его относительное удлинение при разрыве составляет, скажем, 30%, то предпочтительно, чтобы корд не удлинялся за счет натяжения более чем до 125,5% его начальной длины.

Что касается минимальной степени растяжения, то предпочтительно, чтобы корд растягивался по меньшей мере примерно на 10% своей нагрузочной способности, а в наиболее предпочтительном варианте по меньшей мере примерно на 20, 30 или 40% своей нагрузочной способности. Зачастую, наиболее предпочтительный диапазон будет составлять от примерно 50 или 60% до примерно 80% нагрузочной способности корда. В общем случае предпочтительным будет вариант, в котором, когда в качестве источника параллельных кордов используют ткань, ее предварительно натягивают в направлении основы до достижения значения по меньшей мере примерно 10 фунтов/п.дюйм, а в наиболее предпочтительном варианте по меньшей мере примерно 50 фунтов/п.дюйм, скажем по меньшей мере примерно 75 или 100 фунтов/п. дюйм.

Отличающиеся прослойки

По выбору, слоистое покрытие может содержать конкретный вариант осуществления материала, который отличен от сердцевины и покрытия, а также имеет физическое свойство, которое можно измерять на расстоянии, например такое свойство, как индуктивность, отражательная способность, толщина, плотность или двухмерная форма, которое может служить в качестве идентифицирующего признака композита или изделия, включающего в себя этот композит. Материал может состоять, например, из металла, сульфата, хлорида или графита. Примеры подходящих металлов включают в себя алюминий, медь, золото, никель, кадмий, цинк, бронзу, хром, кобальт, калий, хром, свинец, олово и серебро. Можно использовать, например, слой металла, осажденный на подложку.

Прослойка может иметь такую же протяженность, как корд и/или тонколистовой материал, или может представлять собой отрез меньшей длины. Физическое свойство прослойки может быть обнаружимым, например, посредством методов преломления или отражения с использованием электромагнитного излучения из внешнего источника, например рентгеновских лучей или радиоволн. Прослойка может даже включать в себя рисунок схемы, излучающий сигнал при взаимодействии с электромагнитным полем.

За счет использования этой особенности наличия прослойки композит (или состоящий из него объект, например грузовой поддон) можно снабдить маркировкой, например, указывающей характер одного или более компонентов, из которых состоит композит или объект, либо место и/или дату изготовления, или название фирмы-владельца.

Другие слои или компоненты

По выбору, слоистое покрытие может содержать одно или более веществ, препятствующих росту растений. Так, например, наружное покрытие на композите, который предназначен для использования в стойке ограждения автострады, может содержать химическое вещество, которое препятствует росту вьющихся растений, таких как плющ.

Другой химической добавкой, которую по выбору можно включить в состав покрытия, является антипирен или огнестойкое вещество. Точно так же в наружное покрытие можно внедрить отражающие частицы, например отражающие частицы того типа, которые используются в предупредительных дорож

-10005844 ных знаках. В декоративных или идентификационных целях в упомянутое покрытие также можно вводить пигменты и/или краски. Кроме того, можно вводить и антикоррозионное химическое вещество, например, тогда, когда предполагается, что композит может вступать в контакт с химическим веществом, которое в противном случае реагировало бы со слоистым покрытием и ухудшало бы качество последнего. Так, например, доскообразный композит, который предназначен для использования с целью сооружения поддонов для перевозки бочек, содержащих некоторое конкретное агрессивное химическое вещество, может содержать в наружном покрытии компонент, который повышает стойкость к этому химическому веществу в случае утечки.

В некоторых целях может оказаться важным, чтобы наружная поверхность на одной или более сторонах композита имела коэффициент трения, который находится в некоторых заданных пределах. Так, например, верхняя поверхность досок настила на грузовом поддоне должна иметь коэффициент трения достаточно большой, чтобы сдвиг груза не создавал проблему при перевозке, но не настолько большой, чтобы продвижение груза при загрузке или разгрузке поддона оказалось недопустимо затрудненным. Чтобы способствовать установлению желаемого коэффициента трения, наружное покрытие на слоистом покрытии должно иметь увеличивающие трение шероховатости, выступающие из поверхности. Такие шероховатости можно обеспечить путем использования тех же методов, которые используются для придания сопротивления проскальзыванию поверхностям облицовки дна кузова грузовиков малой грузоподъемности, например путем внедрения зернистого материала, такого как песок, в покрытие, путем формирования полимерного покрытия таким образом, что оно оказывается негладким, или путем придания шероховатости поверхности с помощью капелек смолы, которая оставляет мелкие выпуклости на поверхности.

В декоративных или иных целях наружный слой слоистого покрытия может по выбору состоять из деревянного шпона, например, имеющего толщину по меньшей мере примерно 4 мил. Если толщина составляет примерно 20 мил или более, то такой шпон обычно выполняет функции конструктивной мембраны, т.е. добавляет прочности композиту.

Скрепляющая и/или повышающая жесткость смола

Корды предпочтительно скрепляют с тонколистовым материалом посредством смолы, в наиболее предпочтительном варианте посредством смолы, выбранной из группы, состоящей из эпоксидной, полиуретановой, акриловой, нитрильной, бутиловой, аллильной, мочевиномеламиновой, винилэфирной, фенольной, силиконовой и цианоакрилатной смол. Наиболее предпочтительной является термореактивная смола, например термореактивная винилэфирная смола или термореактивная эпоксидная смола. Если материал сердцевины содержит связующую смолу, то скрепляющая смола предпочтительно совместима со связующей смолой, т. е. будет прилипать к ней. В этой связи отметим известность того, что качествами совместимости обладают некоторые полиуретановые и эпоксидные смолы, как и некоторые фенольные и винилэфирные смолы.

Чтобы придать слоистому покрытию стабильность размеров, предпочтительно пропитывать тонколистовой материал отверждающейся смолой, в наиболее предпочтительном варианте -отверждающейся термореактивной смолой. И опять, желательна совместимость скрепляющей смолы и связующей смолы. В предпочтительном варианте ту же скрепляющую смолу, которая используется для скрепления кордов с тонколистовым материалом, используют и для пропитки тонколистового материала и повышения его жесткости.

В качестве повышающей жесткость смолы и скрепляющей смолы предпочтительными являются, по-видимому, эпоксидные смолы. Можно использовать как однокомпонентные эпоксидные системы, которые требуют повышенных температур для отверждения, так и двухкомпонентные системы, которые могут отверждаться при комнатной температуре. Двухкомпонентные системы имеют отдельные компоненты смолы и отверждающего вещества.

Что касается вязкости, то системы могут быть достаточно жидкими, чтобы их можно было напылять, или достаточно вязкими, чтобы их можно было наносить, например, с помощью погружного валика или «пальцевого» валика. Примером подходящей системы является продукт, который имеет код В 88-14В/Н 88-14Е, поставляется Соррх ΙηάιιχΙποχ. 1пс., Мекуон, штат Висконсин и представляет собой двухкомпонентную систему, имеющую вязкость (сразу же после смешения) примерно 1480 сП при смешивании в весовом соотношении, составляющем 4,2 части смолы на 1 часть отверждающего вещества. Время гелеобразования этой системы при 77°Е составляет приблизительно 24 мин при измерении в соответствии с методикой теста Ό2471 Л8ТМ. Примером системы, которую тоже можно использовать, но которая является слишком вязкой, чтобы ее можно было эффективно напылять, является продукт, который поставляется Соррх Шбийпеу имеет код В 88-14Л/Н-14Б и представляет собой двухкомпонентную систему, имеющую вязкость примерно 3000 сП при смешивании в весовом соотношении, составляющем 3,1 части смолы на 1 часть отверждающего вещества, и время гелеобразования при 77°Е примерно 42 мин.

Система В 88-14В/Н 88-14Е предназначена для скрепления слоистых структур и будет хорошо скрепляться с целлюлозной бумагой, сеткой из стекловолокна, пенополиуретаном и полученным из отходов каучуком, помимо прочих материалов. Система В 88-14Л/Н-14Б также предназначена для скреп

-11005844 ления с огромным множеством одинаковых и различающихся материалов. Также пригодна экспериментальная система эпоксидных смол от упомянутой фирмы Соррк, имеющая обозначение В 900/Н 9000.

Слоистое покрытие может состоять из одного слоя тонколистового материала и одного слоя корда. В альтернативном варианте можно использовать совокупность слоев одного из тонколистового материала и корда или их обоих. Когда используют совокупность слоев параллельных кордов, то в предпочтительном варианте между каждыми двумя слоями параллельных кордов будет заключен слой тонколистового материала. Покрытие предпочтительно содержит по меньшей мере одну комбинацию слоя параллельных кордов, скрепленных с тонколистовым материалом, который находится снаружи от слоя параллельных кордов. Так, например, превосходную прочность можно получить с помощью четырехслойной компоновки, которая, начиная от сердцевины, содержит слой корда, слой тонколистового материла, слой корда и слой тонколистового материала.

Свойства композита будут изменяться в зависимости от ее характеристических отношений, т. е. от отношения толщины Т_£ слоистого покрытия (или фасции) композита в конкретном направлении поперечного сечения к суммарной толщине Т композита. Так, например, композит в форме доски сечением 1 дюйм на 4 дюйма, которая окружена фасцией толщиной 0,125 дюйма, будет иметь характеристическое отношение в направлении толщины, составляющее 0,25 (Т(=2х0,125 дюйма=0,25 дюйма; Т=1 дюйм), и характеристическое отношение в направлении ширины, составляющее 0,062 (Т(=2х0,125 дюйма=0,25 дюйма; Т=4 дюйма). В общем случае, является предпочтительным вариант, когда, по меньшей мере, в одном направлении поперечного сечения композит имеет характеристическое отношение по меньшей мере 0,1.

На разных сторонах композита, даже на противоположных его сторонах, можно использовать фасции различной толщины. Так, например, если композит представляет собой доску, которая будет подвергаться не только воздействию минимальных боковых нагрузок, но и воздействию интенсивных вертикальных нагрузок, можно сэкономить средства, используя на боковых сторонах более тонкие фасции, чем на верхней и нижней сторонах. В ситуации, в которой доска будет подвергаться сильным вибрациям, может оказаться желательным использование более толстой стенки сверху, чем снизу.

В общем случае, можно получить более гладкую поверхность, если крайним снаружи из всех слоев параллельных кордов и тонколистового материала является слой тонколистового материала. Это может обеспечить преимущества в случае, когда конструкционный материал приходится поддерживать гигиенически чистым. Если, например, конструкционный материал подлежит использованию в качестве доски в грузовом поддоне (например, в качестве либо стрингера, либо доски настила), то может понадобиться его стерилизация, когда поддон используют в зонах приготовления или погрузки-выгрузки пищевых продуктов. Это может обусловить обработку водяным паром или промывку дезинфицирующими веществами, содержащими бактерициды, такими как хлорсодержащие реактивы. Композиционный конструкционный материал согласно настоящему изобретению, особенно когда на его поверхности имеется тонколистовой материал, жесткость которого повышена с помощью смолы, может легче подаваться санитарной очистке, чем доски из настоящего дерева, благодаря тому, что в предлагаемом материале меньше трещин, щелей и пор, в которых могут осаждаться микроорганизмы и в которых возможен выброс тепла или контакт с дезинфицирующим веществом.

Получение композиционного конструкционного материала с сегментированным покрытием

Слоистое покрытие может быть выполнено в виде одного элемента или продольных секций. Для простоты получения может оказаться предпочтительным слоистое покрытие, содержащее два сопрягаемых швеллера, которые проходят по всей длине конструкционного материала. Швеллеры должны располагаться друг против друга, а их проемы должны быть обращены друг к другу. Эти два швеллера предпочтительно перекрываются вдоль своих продольных краев и могут быть соединены, например, с помощью той же термореактивной смолы, которая используется для повышения жесткости тонколистового материала. Если форма поперечного сечения конструкционного материала представляет собой неравносторонний прямоугольник, то предпочтительно, чтобы каждый из швеллеров покрывал одну из широких сторон конструкционного материала, т. е. чтобы перекрывающиеся края обоих швеллеров находились на узких сторонах.

Предусматривающий наличие швеллеров вариант композиционного конструкционного материала согласно настоящему изобретению может быть получен, например, способом, включающим в себя следующие этапы, на которых

а) получают первый удлиненный швеллер из пористого тонколистового материала, который пропитан смесью-предшественником термореактивной смолы, и ориентируют этот швеллер впадиной сечения вверх,

б) пропитывают полосу ткани смесью-предшественником термореактивной смолы, которая совместима со смесью-предшественником смолы в тонколистовом материале,

в) укладывают упомянутую полосу ткани на внутренней нижней поверхности первого швеллера так, чтобы основа проходила в направлении длины швеллера и простиралась на длину швеллера,

г) по выбору, помещают один или более дополнительных слоев упомянутого тонколистового материала и/или ткани по швеллеру,

-12005844

д) наносят на верхний слой в упомянутом швеллере текучую смесь композиции-предшественника связующей смолы и кусочки твердого вещества-наполнителя, причем композиция-предшественник связующей смолы совместима как со смесью-предшественником смолы в тонколистовом материале, так и со смесью-предшественником смолы в ткани,

е) накрывают первый швеллер вторым швеллером из пористого тонколистового материала, который пропитан смесью-предшественником термореактивной смолы и который ориентирован впадиной сечения вверх так, что вертикальные стороны обоих швеллеров перекрываются и касаются друг друга, а оба швеллера ограничивают пространство сердцевины между собой,

ж) удерживают эти два швеллера рядом друг с другом в условиях, которые позволяют затвердеть (ί) связующей смоле в пространстве сердцевины, (и) термореактивной смоле в пористом тонколистовом материале и (ш) термореактивной смоле в ткани, причем затвердевание происходит на протяжении времени, достаточного для того, чтобы затвердели все три смолы, вследствие чего оба швеллера становятся скрепленными друг с другом в местах, где они перекрываются, полоса ткани оказывается скрепленной с первым швеллером, пространство сердцевины оказывается заполненным смесью связующей смолы и кусочков твердого вещества-наполнителя, а связующая смола оказывается скрепленной с тканью и тонколистовым материалом.

Вышеизложенные этапы не обязательно выполнять в перечисленном порядке. Например, полосу ткани можно уложить на пористый тонколистовой материал либо перед тем, как последнему придали форму швеллера, либо после этого. Кроме того, пропитку тонколистового материала и ткани термореактивной смолой можно проводить перед наслоением ткани на тонколистовой материал или после такого наслоения.

Чтобы сохранить плотность и стоимость конструкционного материала относительно низкими, предпочтительно использовать связующую смолу, которая является вспениваемой, и наносить смесь композиции-предшественника связующей смолы и твердого вещества-наполнителя (если оно используется) на крайний сверху слой в нижнем швеллере в таком объемном количестве, которое недостаточно при отсутствии вспенивания - для того, чтобы заполнить полость между двумя швеллерами из тонколистового материала. При осуществлении такого способа упомянутые два швеллера удерживают рядом друг с другом в условиях, которые позволяют провести формирование, вспенивание и отверждение связующей смолы, вследствие чего смесь смолы и твердого вещества-наполнителя (если оно используется) расширяется, заполняя полость между двумя швеллерами. Вспенивание может быть вызвано путем высвобождения, расширения или образования одного или более газов в смеси-предшественнике смолы, например газа, выбранного из группы, состоящей из диоксида углерода, азота, фторуглеводородов (например, НРС 245 8 А и НРС 134А), хлорфторуглеродов и других алканов, например пентанов. Системы смол для образования вспененных термореактивных смол хорошо известны в данной области техники и включают в себя, например, вышеупомянутые системы полиуретановых смол.

Для достижения максимальной прочности композита в случае применения предлагаемого способа получения, предусматривающего использование швеллеров, под второй (верхний) швеллер, который используют на этапе (д), подкладывают вторую полосу ткани, которая тоже пропитана смесьюпредшественником термореактивной смолы, совместимой со смесью предшественником смолы в тонколистовом материале. Эта ткань также должна простираться на длину второго швеллера и тоже должна оказаться скрепленной в течение этапа (ж) как со вторым швеллером, так и со связующей смолой.

В предпочтительном варианте тот слой в обоих швеллерах, который контактирует с композициейпредшественником связующей смолы, является слоем пористого тонколистового материала, в наиболее предпочтительном варианте - бумаги. Например, в каждом швеллере вообще можно использовать три слоя: два слоя пористого тонколистового материала со слоем ткани, заключенным между ними. (При такой конструкции предпочтительно, чтобы крайний изнутри слой тонколистового материала не имел слоя, барьерного для смолы). За счет использования тонколистового материала, а не ткани, в качестве крайнего изнутри слоя предоставляется возможность обеспечить более равномерное распределение давления во время отверждения связующей смолы сердцевины, а значит и более однородный состав защищаемого материала сердцевины.

Способ получения, предусматривающий использование швеллеров, можно реализовать, по существу, непрерывно путем протягивания каждой из полос пористого тонколистового материала и полосы или полос текстильной ткани от своей собственной подающей бобины. Для каждого швеллера пористый тонколистовой материал можно протягивать через технологическую позицию смачивания, где материал пропитывают смесью-предшественником термореактивной смолы. В зависимости от вязкости смесипредшественника термореактивной смолы, смачивание можно осуществлять посредством напыления, глубокой печати рисунка смесью на тонколистовом материале или пропускания тонколистового материала через ванну со смесью. Либо перед технологической позицией смачивания, либо после нее каждый пролет тонколистового материала можно также протягивать через технологическую позицию вспенивания, где из него путем загибания получают желаемое поперечное сечение швеллера.

Между прочим, каждую полосу ткани можно протянуть через технологическую позицию смачивания, на которой ткань пропитывают смесью-предшественником. Затем одну из пропитанных полос укла

-13005844 дывают изнутри на дно первого (обращенного впадиной сечения вверх) швеллера, после чего наносят поверх ткани композицию-предшественник связующей смолы и кусочки твердого вещества-наполнителя. Вторую пропитанную полосу ткани укладывают на нижней стороне второго (обращенного впадиной сечения вниз) швеллера, который балансируют над первым швеллером.

После технологической позиции, на которой наносят текучую смесь на обращенный впадиной сечения кверху первый швеллер, этот швеллер можно накрыть облицованным тканью и обращенным впадиной сечения вниз вторым швеллером. Если размеры обоих швеллеров одинаковы, то верхний можно немного сместить в боковом направлении, чтобы одна из его боковых стенок (т. е. его вертикальных стенок) оказалась снаружи от одной из боковых стенок нижнего швеллера, а другая сторона верхнего швеллера оказалась изнутри от другой боковой стенки нижнего швеллера. В альтернативном варианте один из швеллеров можно сделать немного шире, чем другой, вследствие чего охватывать другой швеллер с двух сторон (или образовывать над ним арку).

Сразу же после их сопряжения таким образом два пролета пропитанной смолой ткани и два пролета пропитанного смолой тонколистового материала можно одновременно протягивать через формовочную машину непрерывного действия, в которой поддерживается надлежащая температура для того, чтобы оказалось возможным формование и отверждение и связующей смолы, и термореактивной смолы в пористом тонколистовом материале, и термореактивной смолы в ткани. Однако в предпочтительном варианте тонколистовой материал и ткань, пропитанные смесями-предшественниками смол, нагревают перед введением в формовочную машину непрерывного действия. Вследствие этого возможно мгновенное испарение некоторого количества растворителя в смеси (смесях) и/или ускорение реакций, которые должны происходить, и, как следствие, сокращение времени, в течение которого сопряженные швеллеры должны находиться в формовочной машине непрерывного действия.

Формовочная машина непрерывного действия может представлять собой, например, по меньшей мере, одну протяжную пресс-форму, которую иногда относят к типу «пресс-форм с бесконечной транспортерной лентой». Это тип пресс-формы, в которой взаимодействующие сегменты полуформ движутся по противоположным яйцевидным транспортерным дорожкам для захвата между ними секции движущегося в осевом направлении линейного подаваемого материала и удержания его на протяжении некоторого времени при одновременном продолжении движения вперед этого материала и упирающихся в него сегментов полуформ. Сегменты полуформ соединены спереди и сзади с идентичными сегментами, причем это очень похоже на соединение траков в гусенице трактора. Каждая пара сегментов взаимодействует, образуя внешнюю матрицу, которая поддерживает свою секцию подаваемого материала в желаемой форме по мере отвержения материала. Сегменты полуформ могут быть оснащены средствами регулирования температуры, способствующими отверждению синтетической смолы в подаваемом материале за то время, в течение которого сегменты достигают конца своего пути вперед. Здесь противоположные сегменты разделяются, высвобождая секцию подаваемого материала, и каждый сегмент возвращается в начало упомянутого пути, чтобы захватить другую секцию подаваемого материала. Находящийся между этими положениями промежуточный отрезок подаваемого материала захвачен и обработан другими парами сегментов полуформ. Один пример движущейся пресс-формы этого типа приведен в патенте США № 5700495 (Кегпег с1 а1.), упоминаемом в данном описании для справок. Путь вперед протяжной формы в предпочтительном варианте является достаточно длинным, чтобы за то время, в течение которого два швеллера выходят из пресс-формы, все смолы - пропитывающие и связующая - сформировались и затвердели. Однако при необходимости можно пропускать подаваемый материал через ряд из двух или более протяжных форм, чтобы поддерживать материал в желаемой форме до тех пор, пока смолы в нем не затвердеют.

Смесь композиции-предшественника связующей смолы и твердого вещества-наполнителя можно предварительно сформировать и перекачать в качестве одной однородной смеси через трубопровод наносящего агрегата, чтобы нанести ее на крайний сверху слой в нижнем швеллере. В альтернативном варианте компоненты смеси можно сохранять раздельными в двух или более отдельных потоках, а эти потоки можно смешивать в смесительном сопле или даже в воздушном пространстве между выходными отверстиями соответствующих этим потокам трубопроводов наносящего агрегата и поверхностью слоя, на который эти компоненты наносят. Таким образом, можно сделать так, что ни один из потоков материала не будет независимо отверждающимся; вместо этого можно предусмотреть смешение двух или более потоков перед получением отверждаюшейся смеси. Следовательно, способ можно осуществлять очень похоже на реакционное литье под давлением (так называемое РЛД), при котором необходимый катализатор отверждения и/или сшивающее вещество подают в отверстие для заполнения полости прессформы в одном потоке, а мономер или форполимер, который необходимо смешать с катализатором и/или сшивающим веществом, чтобы получить отверждающуюся смесь, подают в отдельном потоке. Чтобы смешать потоки в воздушном пространстве вне выходного отверстия каждого трубопровода наносящего агрегата, их можно прокачивать через сопла, назначение которых состоит в том, чтобы вызвать столкновение этих потоков в воздухе. В альтернативном варианте можно смешивать потоки в смесительной головке.

Одно преимущество неформирования отвержающейся смеси до тех пор, пока все необходимые ингредиенты не попадут в сопло наносящего агрегата или не выйдут из него, состоит в том, что если при

-14005844 ходится прекращать процесс раньше обычного, то в подающем сосуде не останется никакого объема предварительно смешанной смолы, которую пришлось бы выбрасывать из-за того, что у нее очень малая жизнеспособность (допустимое время между смешением и использованием).

Сразу же после того как процесс проходит свою фазу запуска, все полосы ткани и тонколистового материала можно одновременно и равномерно протягивать через формовочную машину непрерывного действия, захватывая выходящий жесткий композит и продвигая его из формующего устройства в осевом направлении, например, с помощью протяжного механизма. После этого можно разрезать композит на желаемые секции на технологической позиции резания, например, с помощью «летучего» резака.

Сразу же после того как процесс проходит свою фазу запуска, а выходящий композит вытягивается из формовочной машины непрерывного действия и подается в осевом направлении вперед на технологическую позицию резания, можно приложить натяжение к полосам ткани, поступающим в формовочную машину непрерывного действия, так, что корды, которые образуют основу ткани (корды, проходящие в направлении ее длины), оказываются предварительно натянутыми, когда их скрепляют со связующей смолой и тонколистовым материалом.

При использовании вспениваемой связующей смолы удельный вес конструкционного материала, который выходит из формовочной машины непрерывного действия, регулируется в некоторой степени скоростью нанесения смеси композиции-предшественника связующей смолы и твердого веществанаполнителя на движущийся тонколистовой материал. Чем больше количество смеси, которую наносят на каждый фут движущегося тонколистового материала, тем более сжатым будет материал готовой сердцевины, а значит, тем больше будет его удельный вес.

Если используют термопластичную связующую смолу, то смесь смолы и твердого веществанаполнителя приходится нагревать до температуры плавления смолы либо перед нанесением на тонколистовой материал, либо после такого нанесения. Кроме того, последний сегмент формовочной машины непрерывного действия может быть оснащен средствами охлаждения, чтобы вызывать повторное затвердевание связующей смолы до выхода композиционного материала из выходного конца матрицы.

Даже если используют термореактивную связующую смолу, можно получить некоторое преимущество в охлаждении последнего сегмента формовочной машины непрерывного действия, заключающееся в понижении температуры композиционного материала перед тем, как он выходит из формовочной машины, а именно, за счет его охлаждения в формовочной машине непрерывного действия композит будет подвергаться меньшей деформации, а его температура будет быстрее попадать в диапазон, в котором обращение с композитом становится безопасным. При использовании протяжных пресс-форм достижение упомянутого преимущества требует применения ряда, состоящего по меньшей мере из двух таких пресс-форм, вследствие чего протяжную пресс-форму можно эксплуатировать при меньшей температуре, чем пресс-форму, в которой происходит термореактивное отверждение.

Если необходим подвод тепла к смеси связующей смолы и твердого вещества-наполнителя во время ее прохождения через формовочную машину непрерывного действия, можно использовать любой источник тепла, включая, например, радиочастотное, микроволновое и индукционное нагревание. Получение композиционного конструкционного материала с одноэлементным покрытием

В альтернативном варианте композиционный конструкционный материал согласно настоящему изобретению может быть получен путем использования нетканых прядей армирующего корда таким образом, что слоистое покрытие получается в виде одного элемента, а не в виде двух продольных секций. Так, например, можно использовать единственную полосу тонколистового материала, которая достаточно широка, чтобы полностью укрыть материал сердцевины, предпочтительно с некоторым перекрытием. Параллельные пряди армирующих кордов, каждая из которых подается со своей собственной бобины, можно укладывать на сторону тонколистового материала, при этом на несущую корд сторону тонколистового материала можно укладывать композицию-предшественник связующей смолы и кусочки твердого вещества-наполнителя, а тонколистовому материалу можно придавать рукавообразную конфигурацию, имеющую желаемую форму поперечного сечения конструкционного материала, причем несущая корд сторона оказывается обращенной внутрь конфигурации. Затем несущий смесь тонколистовой материал в рукавообразной конфигурации можно пропустить через формовочную машину непрерывного действия, как описано выше. В этом конкретном варианте осуществления корды также можно предварительно натянуть сразу же после вытягивания готового композиционного материала из формовочной машины. Пористый тонколистовой материал можно в достаточной степени пропитать смесьюпредшественником повышающей жесткость смолы, так что независимое смачивание армирующих кордов скрепляющей смолой не понадобится. Вместе с тем, независимое смачивание кордов как вариант попрежнему остается возможным.

В предпочтительном варианте тонколистовому материалу придают его рукавообразную конфигурацию перед нанесением композиции-предшественника связующей смолы и частиц твердого веществанаполнителя на тонколистовой материал. Придание рукавообразной конфигурации тонколистовому материалу можно облегчить, оборачивая этот материал вокруг удлиненной оправки, форма которой соответствует сегментам внешней матрицы формовочной машины непрерывного действия, и протягивая этот

-15005844 материал поверх этой оправки. Таким образом, оправка передает свою форму тонколистовому материалу, а упомянутая внешняя матрица способствует поддержанию этой формы.

Поскольку придание рукавообразной конфигурации тонколистовому материалу предпочтительно осуществлять перед нанесением смеси смолы и твердого вещества-наполнителя на тонколистовой материал, выгодным является использование оправки, которая имеет внутренний канал, оканчивающийся выходным отверстием, который выставлен над движущейся полосой тонколистового материала. Таким образом, смесь смолы и твердого вещества-наполнителя можно прокачивать по внутреннему каналу оправки и выпускать через выходное отверстие для нанесения на тонколистовой материал. При такой компоновке (как в конкретном варианте осуществления швеллеров) тонколистовой материал действует подобно трубчатой транспортерной ленте, поскольку он способствует переносу смеси связующей смолы и твердого вещества-наполнителя через формовочную машину непрерывного действия.

Этот процесс также можно проводить с использованием одной или более полос ткани вместо отдельных прядей корда.

Еще один способ получения удлиненного варианта композиционного конструкционного материала с одноэлементным покрытием осуществляют, проводя следующие этапы, на которых

а) формируют гнущийся слоистый материал из двух полос пористого тонколистового материала, выбранного из группы, состоящей из ткани и бумаги, заключая между этими полосами по меньшей мере одну полосу ткани, при этом уток ткани проходит в направлении длины, а полосы пористого тонколистового материала и все материалы, лежащие между этими полосами, пропитаны смесьюпредшественником термореактивной смолы,

б) загибают слоистый материал, придавая ему форму желоба и ориентируя его горизонтально, при этом одну из полос пористого тонколистового материала располагают сверху, а другую полосу пористого тонколистового материала - снизу,

в) наносят в желобе из слоистого материала во время его загибания текучую композициюпредшественник связующей смолы, которая совместима со смесью-предшественником в слоистом материале и которая, полностью прореагировав, дает термореактивную связующую смолу, являющуюся, по меньшей мере, полужесткой,

г) загибают слоистый материал, смыкая его и делая герметичным таким образом, что он окружает и ограничивает пространство сердцевины, содержащее упомянутую композицию-предшественник связующей смолы, и

д) поддерживают сомкнутый слоистый материал и его содержимое в пресс-форме в условиях, которые позволяют затвердеть и термореактивной смоле в слоистом материале, и связующей смоле в пространстве сердцевины на протяжении времени, достаточного для того, чтобы затвердели обе смолы, вследствие чего (1) и слоистый материал, и связующая смола становятся, по меньшей мере, полужесткими, (ίί) связующая смола вместе с любым твердым веществом-наполнителем, которое она может содержать, заполняет пространство сердцевины, и (ίίί) слоистый материал и связующая смола скрепляются друг с другом.

Грузовые поддоны

Как упоминалось выше, настоящее изобретение идеально подходит для производства композитных досок, которые можно использовать для сооружения грузовых поддонов. Грузовой поддон любого типа, который можно соорудить из деревянных досок или блоков, можно изготовить с использованием одной или более композитных досок либо одного или более композитных блоков согласно настоящему изобретению. Как известно в данной области техники, такие поддоны обычно имеют доски настила (расположенные горизонтально) и стрингеры (иногда называемые также «пятами» или «подпорками»), расположенные вертикально под верхним слоем досок настила. По выбору возможно использование и нижнего настила. Стрингерные поддоны обычно содержат стрингеры и по краям, и в центре. Иногда используют один центральный стрингер, а в других случаях будут использоваться два центральных стрингера, например, либо касающихся друг друга, либо отстоящих друг от друга примерно на 6-20 дюймов для равномерного распределения нагрузки.

Вместо стрингеров некоторые поддоны содержат блоки и соединительные доски, к которым прибиты гвоздями доски верхнего и нижнего настилов.

Все эти доски могут иметь разную ширину, длину и толщину. Однако в типичном случае доски настила имеют сечение 1x4 дюйма или 1x6 дюймов. Стрингеры обычно имеют сечение 2x4 дюйма или 3x6 дюймов. Типичный блочный поддон может содержать 6 внешних блоков, 3 центральных блока, 3 соединительные доски, 4 доски верхнего настила, которые имеют размеры приблизительно 1x4x40 дюймов, 5 досок верхнего настила, которые имеют размеры приблизительно 1x6x40 дюймов, 3 доски нижнего настила, которые имеют размеры приблизительно 1x6x37 дюймов, и 2 доски нижнего настила, которые имеют размеры приблизительно 1x6x40 дюймов.

Стрингерный поддон может иметь конфигурацию двухзаходного поддона, в котором стрингеры допускают введение зубьев только с двух противоположных направлений. В альтернативном варианте под

-16005844 дон может иметь конфигурацию четырехзаходного поддона, в котором стрингеры пропазованы или прорезаны иным образом, чтобы обеспечить введение зубьев со всех четырех направлений.

Доски верхнего и нижнего настила в стрингерном поддоне могут быть расположены заподлицо с внешним краем внешних стрингеров, вследствие чего получается «окантованный поддон», либо доски верхнего и/или нижнего настила могут выступать за внешний край внешних стрингеров, вследствие чего получается поддон «с выступами на одном настиле» или «с выступами на двух настилах». Кроме того, доски нижнего настила могут полностью отсутствовать, вследствие чего получается «однонастильный» или «полозковый» поддон.

При желании доскам верхнего и нижнего настилов можно придать такую конфигурацию, что их количество, размеры и расположения будут одинаковыми сверху и снизу, вследствие чего получается «обратимый» поддон.

Композиты досок настилов могут, например, иметь сердцевину, которая содержит примерно 10-15 об.% гранулированной покрышечной резины и примерно 40-50 об.% вспененного перлита.

Кроме того, доски настилов могут быть изготовлены вообще без твердых веществ-наполнителей, поскольку такие доски, как правило, не должны быть плотными настолько, чтобы надежно удерживать гвоздь. Например, они могут быть изготовлены с использованием материала сердцевины, состоящего из пенополиуретана, имеющего плотность примерно 15-21 фунт на кубический фут (фунт/куб.фут), а в предпочтительном варианте примерно 17-19 фунтов/куб.фут.

Несущие доски настилов предпочтительно будут содержать, по меньшей мере, некоторое количество гранулированной покрышечной резины, скажем, примерно 45-75 об.%, а более конкретно примерно 55-65 об.%.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 приведено схематическое представление одного способа получения доскообразного композиционного материала согласно настоящему изобретению.

На фиг. 2 представлен вид сбоку грузового поддона, сооруженного из досок согласно настоящему изобретению.

На фиг. 3 и 4 приведено схематическое представление еще одного способа получения доскообразного композита согласно настоящему изобретению.

Иллюстративный пример 1 способа.

Возможно, изобретение станет более понятным при рассмотрении нижеследующего описания способа получения нового композиционного конструкционного материала.

В этом примере описано изготовление композитной доски, имеющей размеры поперечного сечения 1x4, т.е. 0,75 дюйма на 3,5 дюйма, с помощью способа, предусматривающего использование швеллеров. Способ изготовления является непрерывным и схематически проиллюстрирован на фиг. 1. Пропорции на фиг. 1 не соответствуют реальному масштабу. Например, для упрощения иллюстрации толщина полос бумаги 10 и 21 показана значительно увеличенной. То же можно сказать и о диаметре кордов 19 основы и кордов 20 утока. И хотя на чертежах изображены приблизительно две дюжины кордов основы по ширине поперечного сечения с отношением размеров 1x4, в действительности, их количество предпочтительно составляет по меньшей мере 70. Кроме того, фиг. 1В-П выполнены в большем масштабе, чем фиг. 1 А, для упрощения иллюстрации некоторых деталей.

Обращаясь к фиг. 1, отмечаем, что полосу крафт-бумаги 10, изготовленной из макулатуры и бумажных отходов, протягивают, снимая с подающей бобины 11, пропускают вокруг направляющего ролика 50, натяжного ролика 51 и направляющего ролика 52, а затем пропускают над напыляющей линейкой 12, где на бумагу напыляют свежеприготовленную смесь компонентов эпоксидной смолы и отверждающего вещества. Совокупность направляющих роликов 50 и 52 и натяжного ролика 51 помогает обеспечить равномерную, т.е. без рывков, подачу бумаги 10. Целлюлозные волокна (не показаны) в бумаге 10 ориентированы в направлении длины полосы. Кроме того, текстильную ткань 14 из сложного полиэфира протягивают, снимая с подающей бобины 15, пропускают вокруг направляющего ролика 53, натяжного ролика 54, направляющего ролика 55 и второго натяжного ролика 17, а затем пропускают над напыляющей линейкой 16, где на ткань напыляют ту же самую смесь, содержащую эпоксидную смолу. Пропитанную смолой ткань 14 протягивают к технологической позиции 18 наслаивания, где эту ткань прижимают к смоченной нижней стороне бумаги 10 для получения конфигурации, показанной на фиг. 1Ό. Как показано на фиг. 1С и 1Ό, основа ткани 14 состоит из кордов 19. Корды 19 удерживаются на месте кордом 20 утока, имеющим меньший диаметр.

Вторую полосу крафт-бумаги 21, идентичной крафт-бумаге 10, протягивают, снимая с подающей бобины 22, пропускают вокруг направляющего ролика 59, натяжного ролика 60 и направляющего ролика 61, а затем пропитывают эту бумагу той же композицией эпоксидной смолы, которую напыляют на нижнюю сторону бумаги 21 из напыляющей линейки 23. Кроме того, ткань 25 из сложного полиэфира протягивают, снимая с подающей ее бобины 26, пропускают вокруг направляющего ролика 56, натяжного ролика 57, направляющего ролика 58 и второго натяжного ролика 28, а затем напыляют на нижнюю сторону этой ткани ту же самую композицию эпоксидной смолы из напылительной линейки 27. Ткань 25

-17005844 идентична ткани 14. Пропитанную смолой ткань 25 протягивают к технологической позиции 29 наслаивания, где эту ткань прижимают к расположенной изнутри нижней стороне бумаги 21 для получения конфигурации, показанной на фиг. 1Е. На технологической позиции 24 загибания (оборудование которой не показано) края бумаги 21 загибают вверх, создавая обращенный впадиной сечения вверх швеллер, как показано на фиг. 1Е. Совокупность швеллера 21 из бумаги и полосы 25 ткани из сложного полиэфира протягивают мимо выбрасывающего сопла 30, которое обеспечивает нанесение смеси компонентов предшественника связующей смолы и частиц твердого вещества-наполнителя на полосу 25 ткани. Как показано на фиг. 1С, отложение 31 смеси состоит из частиц твердого вещества-наполнителя 32, взвешенных в текучей смеси 33 всех компонентов, которые будут реагировать друг с другом, образуя жесткий термореактивный пенополимер. Как показано на фиг. 1С, совокупность швеллера, ткани и смесипредшественника 31 материала сердцевины затем протягивают к формовочной машине 37 непрерывного действия. Однако перед тем, как эта совокупность попадает в формовочную машину 37, наслоенные полосы бумаги 10 и ткани 14 направляются роликом 34 в положение над нижним швеллером 21, как показано на фиг. 1Н. Затем верхнюю бумагу 10 загибают на технологической позиции 13 загибания (оборудование которой не показано), придавая бумаге форму обращенного впадиной сечения вниз швеллера, который перекрывается с обращенным впадиной сечения вверх швеллером 21, как показано на фиг. 11. Эту сборку затем протягивают через формовочную машину 37 непрерывного действия, в которой поддерживают оптимальную температуру, что способствует образованию, вспениванию и затвердеванию текучей среды-предшественника 33 смолы с целью получения ячеистой связующей смолы 38, как показано на фиг. и, которая заполняет поперечное сечение готовой доски. Внутренность (не показана) формовочной машины 37 непрерывного действия представляет собой, по существу, внешнюю матрицу, которая поддерживает желаемую форму поперечного сечения сборки из бумаги, ткани и смеси материала сердцевины. Давление, которое прижимает бумагу и ткань к внутренней стенке формовочной машины 37 непрерывного действия, сообщается посредством горячего газа, который вызывает вспенивание смолы.

Готовую доску 40 вытягивают из формовочной машины 37 непрерывного действия посредством протяжного устройства 41. Как только доска 40 начинает выходить из формовочной машины 37, к ткани 14 прикладывают натяжение посредством регулирования натяжного ролика 17, а натяжение к ткани 25 прикладывают посредством натяжного ролика 28. Формовочная машина 37 непрерывного действия достаточно длинна, чтобы перед тем, как доска 40 выйдет из этой формовочной машины, корды 19 как в верхней ткани 14, так и в нижней ткани 25 оказались достаточно прочно скрепленными с полосами 10 и 21 бумаги повышенной жесткости, а также со вспененной связующей смолой 38, и чтобы сразу же после разрезания доски на секции натяжение в кордах 19 не оказалось достаточным для разрушения созданных связей скрепления. Верхний швеллер 10 оказывается скрепленным с нижним швеллером 21 посредством затвердевшей эпоксидной смолы на поверхностях 42 и 43 раздела швеллеров в местах перекрытия их боковых стенок.

Иллюстративный пример 2 способа.

На фиг. 3 и 4 схематически проиллюстрирован еще один способ изготовления композитной доски согласно настоящему изобретению. На фиг. 3 показано, что двухслойная бумага 101, которая имеет внутренний барьерный слой поли(винилового спирта), подается с бобины 102 посредством направляющего ролика 103 через наносящий эпоксидную смолу агрегат 104 с использованием известной технологии и оборудования для получения слоистых материалов из бумаги и пластмасс. Холст 131 из сложного полиэфира снимается с бобины 107 и тоже пропускается через наносящий эпоксидную смолу агрегат 104. Одновременно с этим, однослойная бумага 108 подается с бобины 109 и тоже пропускается через наносящий эпоксидную смолу агрегат 104. Жидкую композицию-предшественник 113 эпоксидной смолы (которая в нижеследующем тексте будет именоваться «эпоксидной смолой» для краткости) подают через подающее сопло 110 в пространство между бумагами 101 и 108.

Как показано на чертеже, поступающий с бобины 102 слой нижней стороны бумаги 101 преимущественно может быть тоньше, чем слой верхней стороны. Вот почему только слой нижней стороны должен быть достаточно толстым для того, чтобы на него можно было наносить отделочное покрытие, а не для того, чтобы поглощать достаточно эпоксидной смолы, плотно наслаиваемой на тканевый холст.

После выхода из наносящего эпоксидную смолу агрегата 104 бумаги 101 и 108 и холст 131 пропускаются вниз между каландрами 105 и 106, образуя неотвержденный слоистый материал 111. Промежуток времени между нанесением смолы и выходом слоистого материала 111 из каландров 105 и 106 является достаточно коротким, так что на протяжении этого промежутка через бумагу 108 просачивается лишь немного эпоксидной смолы или она вообще не просачивается. Однако в качестве меры предосторожности по каландру 106 перемещается граверный нож 112, чтобы соскоблить любую эпоксидную смолу, которая все же была перенесена на его поверхность.

Холст 131 является достаточно пористым, чтобы каландры 105 и 106 могли легко продавить эпоксидную смолу 113 сквозь холст. Гибкий слоистый материал 111 проходит по направляющему ролику 114, а затем попеременно отклоняется от своего пути и возвращается на него посредством группы фестонных роликов 115. Пространство между верхним и нижним рядами фестонных роликов 115 задается компьютером, так что время, которое требуется слоистому материалу 111 для завершения прохождения

-18005844 через эту группу, обеспечивает частичное отверждение эпоксидной смолы, но не увеличение жесткости. Ролики 115 можно, по выбору, нагревать для ускорения отверждения эпоксидной смолы.

Как показано на фиг. 4, гибкий слоистый материал 111 затем проходит через фальцеватель 116 тонколистового материала, в котором этот материал загибают с получением четырех линий загиба (не показаны), которые будут образовывать четыре края готовой доски. Фальцованный слоистый материал 112 затем проходит через технологическую позицию 117 формирования, где он проходит мимо формующих роликов и/или оправок (не показаны), которые загибают его, придавая ему конфигурацию 118 1-образного поперечного сечения, с использованием двух из линий загиба, созданных фальцевателем 116 тонколистового материала. Две остальные линии 119 и 120 загиба видны в верхней вертикальной стороне 1-образного поперечного сечения.

Затем 1-образный слоистый материал 118 проходит через технологическую позицию 121 заполнения сердцевины, на которой смесь компонентов предшественника связующей смолы и частиц твердого вещества-наполнителя (не показаны) наносят в желобной секции слоистого материала 118. Эта смесь состоит из частиц твердого вещества-наполнителя и текучей смеси компонентов, которые будут реагировать друг с другом, образуя термореактивный пенополиуретан. Для нанесения упомянутой смеси в желобе движущегося слоистого материала можно использовать известное оборудование, такое как антресольного типа устройство для подачи наполнителя (не показано). В идеальном случае для предотвращения любых выплесков наносимой смеси из желоба из слоистого материала будет использоваться грязевой щиток.

После этого несущий смесь слоистый материал 122 пропускается через технологическую позицию 123 смыкания, на которой слоистый материал 122 загибается вдоль линий 119 и 120 загиба таким образом, что край 124 проходит у ближней стороны сомкнутого слоистого материала 125. Технологическая позиция 123 смыкания включает в себя агрегат наклеивания гранул (не показан), который герметизирует композит, сомкнутый на краю 124, с помощью высокопрочного, термореактивного, быстросхватывающегося клея, например клея того типа, который используют в производстве гофрированного картона, например эпоксидный, либо полиамидный, или полиуретановый клей. Например, можно нанести линию гранул герметизирующего клея на наружную поверхность прямого вертикального края, а опускающийся вниз верхний край можно прижать к клею. В течение нескольких секунд клей схватывается достаточно, чтобы несущий смесь рукав 125 мог войти на технологическую позицию 126 протяжного формования, на которой рукав 125 надежно удерживается в нагретых сегментах пресс-форм (не показаны), и при этом связующая смола вспенивается и частично отверждается, а эпоксидная смола в слоистом материале становится, по меньшей мере, немного жесткой. Протяжная пресс-форма 126 предпочтительно является достаточно прочной, чтобы выдержать внутреннее давление рукава величиной примерно до 10 фунтовсил/кв.дюйм со стороны вспенивающейся полиуретановой смеси. Получающийся частично жесткий композит 127 затем пропускается через вспомогательную формовочную машину 128 непрерывного действия с целью сохранения желаемой прямоугольной формы композита с одновременным продолжением отверждения смолы, что предотвращает любое выпучивание из-за давления внутреннего газа. Формовочной машине 128 непрерывного действия может потребоваться выдержать лишь давление вспенивания, составляющее примерно 6 или 7 фунтов-сил/кв.дюйм. Поэтому она может быть формовочной машиной непрерывного действия ленточного типа, а не представлять собой более дорогую протяжную пресс-форму.

Получаемый жесткий композит 129 вытягивают с помощью протяжного механизма 130 из второй протяжной пресс-формы 128 и пропускают вперед к технологической позиции резания (не показана). Если это желательно, композит 129 можно сначала пропустить через технологическую позицию охлаждения, где на него напыляют отделочное покрытие (не показано).

Сразу же после того как способ, иллюстрируемый на фиг. 3 и 4, прошел фазу запуска и дает жесткий композит 129, который вытягивается протяжным механизмом 130, можно приложить натяжение к холсту 131. Натяжение можно также приложить к бумаге 101 и/или бумаге 108. В предпочтительном варианте, к бумаге 101 прикладывается натяжение, достаточное для того, чтобы поддерживать гладкую и ровную наружную поверхность по всему готовому композиту 129. В общем случае, натяжение машины будет достаточным для этой цели.

Должно быть понятно, что систему, показанную на фиг. 3 и 4, можно модифицировать для обеспечения использования более 3 слоев в слоистом материале. На характерные для готовой доски жесткость, гибкость, долговечность, вес, характеристики стойкости к возгоранию и т.д. можно повлиять, наслаивая слоистый материал, содержащий различные материалы и имеющий разные конфигурации. В частности, можно предвидеть использование нижеследующих 5 слоистых материалов, в обозначениях которых Р отображает внутренний слой бумаги, Р_о отображает крайний снаружи слой бумаги, 8 отображает слои холста, а Р₁ отображает крайний изнутри слой бумаги:

1. Ро-8-Р1

2. Ро-8-8-Р₁

3. Ро-8-Р-8-Р,

4. Ро-Р-8-8-Р₁

5. Ро-8-Р-8-Р-Р₁

-19005844

Иллюстративный пример грузового поддона.

В иллюстративных целях на фиг. 2 представлен вид сбоку грузового поддона как раз того типа, который можно соорудить из композитных досок согласно настоящему изобретению. Он состоит из верхнего настила 210 и нижнего настила 211, причем оба они состоят из досок сечением 1x4 дюйма. Концевые стрингеры 212 и 213, установленные на ребро, имеют сечение 3x4 дюйма. Два центральных стрингера 214 и 215 оба имеют сечение 2x4 дюйма и также установлены на ребро. Теперь последует описание того, как можно сформировать из композиционного конструкционного материала согласно настоящему изобретению, например, доски настила и стрингеры.

Каждую из досок делают с одноэлементными наслаиваемыми покрытиями, как описано в примере 2 и показано на фиг. 3 и 4. Используют компоновку Р_о-8-8-Р; слоев бумаги и холста. Холст имеет основу из многонитевых кордов из сложного полиэфира, вес в денье которых составляет 1000, и уток из многонитевых кордов из сложного полиэфира, вес в денье которых составляет 250. Плотность основы составляет 12 кордов на поперечный дюйм, а плотность утока составляет 6 кордов на продольный дюйм. (Холст из сложного полиэфира можно заменить другой тканью, например холстом из стекловолокна.) Сторона основы холста обращена наружу в каждой доске. Слой Р_о во всех досках выполнен из двухслойной крафтбумаги, на 100% изготовленной из макулатуры и бумажных отходов и имеющей базисную массу примерно 90 фунтов, а слой Р₁ выполнен из стандартной обклеечной бумаги (однослойной), на 100% изготовленной из макулатуры и бумажных отходов и имеющей базисную массу примерно 90 фунтов. Жесткость слоистого материала повышена с помощью двухкомпонентной эпоксидной смолы, такой как продукт, который имеет код В 88-14В/Н 88-14Е и поставляется Соррк [пби^пе^ 1пс. Корды основы во всех досках предварительно натянуты примерно до 80-85% своей нагрузочной способности.

Материал сердцевины в досках 210 верхнего настила состоит из смеси 25,55 мас.ч. пенополиуретановой системы, 5,06 мас.ч. гранул НИС типа 5371 фирмы Нипйтаи СБет1са1 и 69,39 мас.ч. гранул № 4 (минус 10 меш) покрышечной резины, которая подвергнута магнитной сепарации без извлечения рыхлой массы покрышечных кордов. Пенополиуретановая система состоит из изоцианата Ваубиг 645В и полиола Ваубиг 645А. Гранулы ННС являются, по существу, полностью вспененными перед смешением с другими ингредиентами. Этот материал сердцевины имеет удельный вес в диапазоне примерно 9,6-10,2 фунтов/куб. фут.

Доски 211 нижнего настила содержат материал сердцевины, состоящий из тех же ингредиентов, что и материал сердцевины досок 210, но в следующем соотношении: 21,26 мас.ч. пенополиуретановой системы, 6,57 мас.ч. гранул НПС и 72,17 мас.ч. гранулированной резины. Все сердцевины досок 211 нижнего настила имеют удельный вес в диапазоне примерно 9,3-9,8 фунтов/куб.фут, что примерно на 0,2-0,4 фунта-силы/куб.фут меньше, чем удельный вес материала сердцевины досок 210 верхнего настила. (В альтернативном варианте, хотя это и не показано, доски нижнего настила могут иметь тот же материал сердцевины, что и доски верхнего настила, но будут на 17-33% тоньше, чем доски верхнего настила, поскольку они не должны нести такую же большую нагрузку. В качестве третьего варианта отметим, что доски верхнего и нижнего настилов, конечно, могут быть идентичными.)

Все стрингеры 212-215 содержат материал сердцевины, состоящий из смеси 28,58 мч пенополиуретановой системы и 71,42 мас.ч. гранулированной резины. Пенополиуретановая система состоит из изоцианата Ваубиг 645В и полиола Ваубиг 645А. В досках нижнего настила использована та же гранулированная резина. Благодаря повышенной концентрации гранулированной резины и отсутствию гранул ППС материал сердцевины стрингеров 212-215 имеет удельный вес в диапазоне примерно 47,7-48,3 фунтов/куб. фут.

Все доски настилов (верхнего и нижнего) прибиты к стрингерам 212-215 нагелями (пистолетными гвоздями) № НОВ30131 фирмы НаМеб и толстыми гвоздями № ВОТ30131 фирмы НаШеб, причем гвозди обеих разновидностей представляют собой сильнозахватные комбинированные винтовые гвозди с кольцевым хвостовиком и головкой под отвертку:

круглая головка диаметром 0,295-0,305 дюйма;

толщина головки 0,065-0,070 дюйма;

угол конуса головки 130°;

ширина кольцевого хвостовика 0,130-0,132 дюйма;

изготовлены из холоднотянутой низкоуглеродистой стальной проволоки диаметром 0,120 дюйма; многогранное острие с углом заточки 42°;

минимальный предел прочности при растяжении (предел текучести при изгибе) 100000 фунтов-сил/ кв. дюйм;

покрыты термопластичной смолой (обезвоженным латексным клеем).

Хотя выше приведено подробное описание конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения, должно быть ясно, что описание представлено лишь в целях иллюстрации. Специалисты в данной области техники смогут внести различные изменения и создать эквивалентные конструкции, соответствующие раскрытым аспектам предпочтительных конкретных вариантов осуществления, описан-20005844 ным выше, в рамках существа настоящего изобретения, которое охарактеризовано нижеследующей формулой изобретения.

Claims

1. Композиционный конструкционный материал, содержащий размерно-стабильный материал сердцевины, заключенный в размерно-стабильное покрытие, которое скреплено с материалом сердцевины, отличающийся тем, что покрытие представляет собой слоистую конструкцию, состоящую по меньшей мере из одного бандажа, по существу, параллельных армирующих кордов, скрепленного по меньшей мере с одним слоем тонколистового материала, который является внешним по отношению к кордам, причем этот тонколистовой материал выбран из группы, состоящей из бумаги повышенной жесткости и ткани повышенной жесткости.

2. Композиционный конструкционный материал по п.1, отличающийся тем, что армирующие корды скреплены с тонколистовым материалом смолой и этот тонколистовой материал и корды пропитаны одной и той же смолой в количестве, достаточном для того, чтобы сделать слоистое покрытие, по существу, стабильным.

3. Композиционный конструкционный материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что является удлиненным, и в котором упомянутый по меньшей мере один бандаж кордов ориентирован в продольном направлении конструкционного материала и простирается, по существу, на всю его длину.

4. Композиционный конструкционный материал по п.3, отличающийся тем, что имеет, по существу, одинаковое поперечное сечение по всей его длине, и при этом ширина бандажа кордов занимает 25-100% окружности этого поперечного сечения.

5. Композиционный конструкционный материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что корды являются основой полосы ткани, которая скреплена с тонколистовым материалом под натяжением в направлении основы.

6. Композиционный конструкционный материал по п.5, отличающийся тем, что ткань скреплена с тонколистовым материалом посредством термореактивной смолы.

7. Композиционный конструкционный материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что тонколистовой материал представляет собой бумагу, которая пропитана повышающей жесткость синтетической смолой.

8. Композиционный конструкционный материал по п.7, отличающийся тем, что бумага содержит целлюлозные волокна.

9. Композиционный конструкционный материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что материал сердцевины содержит кусочки твердого вещества-наполнителя, внедренные в отверждающееся связующее.

10. Композиционный конструкционный материал по п.9, отличающийся тем, что отверждающееся связующее содержит термореактивную смолу.

11. Композиционный конструкционный материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что материал сердцевины имеет сопротивление раздавливанию примерно 300 фунтовсил/кв. дюйм.

12. Композиционный конструкционный материал по любому из пп.9-11, отличающийся тем, что кусочки твердого вещества-наполнителя содержат кусочки одного или более твердых веществ, выбранных из группы, состоящей из лигноцеллюлозных материалов, целлюлозных материалов, стекловидных материалов, цементирующих материалов, углеродистых материалов, пластмасс и каучуков.

13. Композиционный конструкционный материал по п.12, отличающийся тем, что кусочки твердого вещества-наполнителя содержат по меньшей мере один элемент группы, состоящей из фрагментов резиновых покрышек, стеклянных микросфер, гранул пенополимера и вспененного перлита.

14. Композиционный конструкционный материал по любому из пп.9-13, отличающийся тем, что отверждающееся связующее содержит смолу, выбранную из группы, состоящей из эпоксидных смол и полиуретановых смол.

15. Композиционный конструкционный материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что слоистое покрытие содержит по меньшей мере одну совокупность слоя упомянутой бумаги, скрепленного с армирующими кордами, состоящими, по меньшей мере, в основном, из синтетических волокон или нитей.

16. Композиционный конструкционный материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что слоистое покрытие содержит по меньшей мере одну совокупность слоя бумаги, скрепленного с армирующими кордами, которые включают в себя волокна или нити сложного полиэфира.

17. Композиционный конструкционный материал по п.16, отличающийся тем, что бумага состоит, по меньшей мере, в основном, из целлюлозных волокон.

-21005844

18. Композиционный конструкционный материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что материал сердцевины состоит из кусочков твердого вещества-наполнителя, внедренного в связующее, которое содержит пенополиуретан.

19. Композиционный конструкционный материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что крайние изнутри и снаружи слои в слоистом покрытии являются слоями бумаги, состоящей, по меньшей мере, в основном, из целлюлозных волокон, крайний снаружи слой представляет собой двухслойную бумагу, в которой слой смолы, являющийся барьером для просачивания эпоксидной смолы, заключен между двумя слоями бумаги, а внешний слой крайнего снаружи слоя тоньше, чем внутренний слой крайнего снаружи слоя.

20. Композиционный конструкционный материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что каждый слой тонколистового материала в покрытии пропитан отвержденной эпоксидной смолой, которая способствует скреплению армирующих кордов и материала сердцевины с тонколистовым материалом.

21. Композиционный конструкционный материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что слоистое покрытие содержит по меньшей мере одну совокупность слоя крафт-бумаги, скрепленного с упомянутым бандажом из армирующих кордов, в которой корды включают в себя непрерывную нить сложного полиэфира, выбранную из группы, состоящей из мононитевого корда, имеющего диаметр примерно 0,010-0,015 дюйма, и мононитевой корд имеет вес в денье примерно 600-1000.

22. Композиционный конструкционный материал по п.21, отличающийся тем, что крафт-бумага по меньшей мере в одной совокупности имеет базисную массу примерно 65-100 фунтов.

23. Композиционный конструкционный материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что материал сердцевины имеет сопротивление раздавливанию примерно 300-2500 фунтов-сил/кв. дюйм.

24. Композиционный конструкционный материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что слоистое покрытие содержит по меньшей мере одну полосу ткани, которая скреплена со слоем бумаги под натяжением в направлении основы, составляющим, по меньшей мере, примерно 10 фунтов на каждый дюйм ширины ткани.

25. Композиционный конструкционный материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он является удлиненным и имеет форму поперечного сечения, которая является прямоугольной, так что конструкционный материал имеет четыре стороны, и при этом слоистое покрытие содержит по меньшей мере один упомянутый бандаж из кордов, который покрывает по меньшей мере одну сторону конструкционного материала.

26. Композиционный конструкционный материал по п.24, отличающийся тем, что форма его поперечного сечения представляет собой неравносторонний прямоугольник, так что конструкционный материал имеет две противоположные широкие стороны и две противоположные узкие стороны, и при этом слоистое покрытие содержит по меньшей мере один упомянутый бандаж из кордов, покрывающий каждую из упомянутых широких сторон конструкционного материала.

27. Композиционный конструкционный материал по п.26, отличающийся тем, что слоистое покрытие состоит из двух расположенных друг против друга перекрывающихся, соединенных швеллеров, причем каждый швеллер покрывает одну из широких сторон и простирается на всю длину конструкционного материала.

28. Композиционный конструкционный материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что корды представляют собой корды основы полосы ткани, которая является текстильной.

29. Композиционный конструкционный материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что корды подаются в форме холста.

30. Композиционный конструкционный материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он является удлиненным и имеет, по существу, одинаковое поперечное сечение по всей его длине, и при этом ширина упомянутого по меньшей мере одного бандажа из кордов занимает примерно 100% окружности этого поперечного сечения.

31. Композиционный конструкционный материал по п.30, отличающийся тем, что он имеет характеристическое отношение по меньшей мере в одном направлении поперечного сечения, составляющее по меньшей мере 0,1.

32. Способ получения удлиненного композиционного конструкционного материала, отличающийся тем, что включает в себя следующие этапы, на которых

а) получают первый удлиненный швеллер из пористого тонколистового материала, выбранного из группы, состоящей из бумаги и ткани, который пропитан смесью-предшественником термореактивной смолы, и ориентируют этот швеллер впадиной сечения вверх,

-22005844

г) наносят поверх упомянутой полосы ткани текучую композицию-предшественник связующей смолы, которая совместима как со смесью-предшественником смолы в тонколистовом материале, так и со смесью-предшественником смолы в ткани, и которая, прореагировав, дает отверждающееся связующее, которое является, по меньшей мере, частично полужестким,

д) накрывают первый швеллер вторым швеллером из пористого тонколистового материала, который пропитан смесью-предшественником термореактивной смолы и который ориентирован впадиной сечения вверх, так что вертикальные стороны обоих швеллеров перекрываются и касаются друг друга, а оба швеллера ограничивают пространство сердцевины между собой, и

е) удерживают эти два швеллера рядом друг с другом в условиях, которые позволяют затвердеть (1) связующей смоле в пространстве сердцевины, (ίί) термореактивной смоле в пористом тонколистовом материале и (ίίί) термореактивной смоле в ткани, причем затвердевание происходит на протяжении времени, достаточного для того, чтобы затвердели все три смолы, вследствие чего оба швеллера становятся скрепленными друг с другом в местах, где они перекрываются, полоса ткани оказывается скрепленной с первым швеллером, пространство сердцевины оказывается заполненным связующей смолой, а связующая смола оказывается скрепленной с тканью и тонколистовым материалом.

33. Способ получения удлиненного композиционного конструкционного материала, отличающийся тем, что включает в себя следующие этапы, на которых

а) формируют гнущийся слоистый материал из двух полос пористого тонколистового материала, выбранного из группы, состоящей из ткани и бумаги, заключая между этими полосами по меньшей мере одну полосу бандажа из армирующих кордов, при этом корды проходят в направлении длины, а полосы пористого тонколистового материала и все материалы, лежащие между этими полосами, пропитаны смесью-предшественником термореактивной смолы,

б) загибают слоистый материал, придавая ему форму желоба и ориентируя его горизонтально, при этом одну из полос пористого тонколистового материала располагают сверху, а другую полосу пористого тонколистового материала снизу,

д) поддерживают сомкнутый слоистый материал и его содержимое в пресс-форме в условиях, которые позволяют затвердеть и термореактивной смоле в слоистом материале, и связующей смоле в пространстве сердцевины, на протяжении времени, достаточного для того, чтобы затвердели обе смолы, вследствие чего (ί) и слоистый материал, и связующая смола становятся, по меньшей мере, полужесткими, (ίί) связующая смола вместе с любым твердым веществом-наполнителем, которое она может содержать, заполняет пространство сердцевины, и (ίίί) слоистый материал и связующая смола скрепляются друг с другом.

34. Способ по п.33, отличающийся тем, что смесь-предшественник связующей смолы содержит реагенты и пенообразующее вещество, необходимые для образования пенополиуретана, который является, по меньшей мере, полужестким.

35. Способ по любому из пп.32 или 33, отличающийся тем, что обе полосы тонколистового материала представляют собой полосы бумаги.

36. Способ по любому из пп.33-35, отличающийся тем, что нижняя полоса бумаги представляет собой двухслойную бумагу, в которой слой смолы, являющийся барьером для просачивания эпоксидной смолы, заключен между двумя слоями бумаги, и при этом крайний изнутри слой слоистого покрытия представляет собой бумагу, которая лишена такого барьерного слоя.

37. Способ по любому из пп.33-36, отличающийся тем, что смесь-предшественник термореактивной смолы содержит реагенты, необходимые для образования эпоксидной смолы.

38. Способ по любому из пп.33-37, отличающийся тем, что ткань, заключенная между полосами бумаги, имеет основу, состоящую либо из непрерывной нити сложного полиэфира, либо из стекловолокна.

39. Способ по любому из пп.33-38, отличающийся тем, что во время этапа д) слоистый материал поддерживают под натяжением в направлении длины, достаточным для того, чтобы внешний слой бумаги конструкционного материала, получающийся в результате проведения этого этапа, оказался, по существу, не имеющим морщин.

40. Способ по любому из пп.33-38, отличающийся тем, что во время этапа д) корды, заключенные между полосами бумаги, состоят из непрерывной нити из сложного полиэфира.

41. Способ по любому из пп.33-40, отличающийся тем, что композиция-предшественник связующей смолы содержит кусочки по меньшей мере одного твердого вещества-наполнителя, выбранного из группы, состоящей из покрышечной резины, стеклянных микросфер, гранул пенополимера и вспененного перлита.

-23005844

42. Способ по любому из пп.33-41, отличающийся тем, что композиция-предшественник связующей смолы содержит кусочки покрышечной резины, содержащие не более чем примерно 3% кордного металла в общей массе резины, а количество такой резины таково, что она составляет примерно 20-90 об.% от общего объема сердцевины готового материала.

43. Способ по любому из пп.33-41, отличающийся тем, что композиция-предшественник связующей смолы содержит стеклянные микросферы, большинство которых имеет диаметр примерно 5-225 мкм, а количество таких микросфер таково, что они составляют примерно 20-90 об.% от общего объема сердцевины готового материала.

44. Способ по любому из пп.33-41, отличающийся тем, что композиция-предшественник связующей смолы содержит вспененный перлит в таком количестве, что он составляет примерно 10-80 об.% от общего объема сердцевины готового материала.

45. Удлиненный четырехсторонний композиционный конструкционный материал, имеющий, по существу, одинаковое прямоугольное поперечное сечение по всей его длине, причем материал состоит из пенополимерного материала сердцевины, заключенного в покрытие, которое скреплено с этим материалом сердцевины, отличающийся тем, что материал сердцевины является жестким пенополиуретаном, а покрытие является слоистой структурой, которая скреплена с материалом сердцевины термореактивной смолой, при этом слоистое покрытие состоит меньшей мере из одного бандажа из армирующих кордов, скрепленного со слоем бумаги, которая пропитана достаточным количеством повышающей жесткость термореактивной смолы для придания бумаге размерной стабильности, причем слой бумаги является внешним по отношению к кордам, а армирующие корды ориентированы в продольном направлении конструкционного материала и проходят, по существу, на всю его длину, при этом упомянутый по меньшей мере один бандаж из армирующих кордов покрывает по меньшей мере две противоположные стороны конструкционного материала, а материал сердцевины имеет сопротивление раздавливанию по меньшей мере 300 фунтов-сил/кв.дюйм.

46. Конструкционный материал по п.45, отличающийся тем, что материал сердцевины содержит кусочки по меньшей мере одного твердого вещества-наполнителя, выбранного из группы, состоящей из покрышечной резины, вспененного перлита, гранул пенополимера и стеклянных микросфер, и имеет сопротивление раздавливанию в диапазоне примерно 300-1700 фунтов-сил/кв.дюйм.

47. Конструкционный материал по п.45 или 46, отличающийся тем, что материал сердцевины имеет сопротивление раздавливанию в диапазоне примерно 1800-2500 фунтов-сил/кв.дюйм.

48. Конструкционный материал по любому из пп.45-47, отличающийся тем, что слоистое покрытие состоит из слоя бумаги, двух слоев армирующих кордов и второго слоя бумаги в этом порядке.

49. Конструкционный материал по любому из пп.45-47, отличающийся тем, что слоистое покрытие состоит - в этом порядке - из слоя бумаги, слоя кордов, слоя бумаги, слоя кордов и слоя бумаги.

50. Грузовой поддон, состоящий из досок настилов и несущих досок настилов, выбранных из группы, состоящей из (а) стрингеров и (б) совокупности блоков и соединительных досок, при этом по меньшей мере одна из досок настилов или несущих досок настилов представляет собой удлиненный четырехсторонний композиционный конструкционный материал, имеющий, по существу, одинаковое прямоугольное поперечное сечение по всей его длине, отличающийся тем, что композиционный конструкционный материал состоит, по меньшей мере, из полужесткого пенополиуретанового материала сердцевины, заключенного в слоистое покрытие, которое скреплено с этим материалом сердцевины термореактивной смолой, при этом слоистое покрытие состоит по меньшей мере из одного бандажа из армирующих кордов, скрепленных со слоем бумаги, которая пропитана достаточным количеством повышающей жесткость термореактивной смолы для придания бумаге размерной стабильности, причем слой бумаги является внешним по отношению к кордам, а армирующие корды ориентированы в продольном направлении конструкционного материала и простираются, по существу, на всю его длину, и при этом упомянутый по меньшей мере один бандаж из армирующих кордов покрывает по меньшей мере две противоположные стороны конструкционного материала, а материал сердцевины имеет сопротивление раздавливанию по меньшей мере 300 фунтов-сил/кв.дюйм.

51. Грузовой поддон по п.50, отличающийся тем, что материал сердцевины в каждой из композитных досок настилов содержит кусочки по меньшей мере одного твердого вещества-наполнителя, выбранного из группы, состоящей из покрышечной резины, вспененного перлита, гранул пенополимера и стеклянных микросфер, и имеет сопротивление раздавливанию в диапазоне примерно 300-1700 фунтовсил/кв.дюйм.

52. Грузовой поддон по п.50 или 51, отличающийся тем, что материал сердцевины в каждой из композитных несущих досок настилов содержит кусочки по меньшей мере одного твердого веществанаполнителя, выбранного из группы, состоящей из покрышечной резины и стеклянных микросфер, и имеет сопротивление раздавливанию в диапазоне примерно 1800-2500 фунтов-сил/кв.дюйм.

53. Грузовой поддон по любому из пп.50-52, отличающийся тем, что каждый бандаж из кордов в каждой из композитных досок настилов и несущих досок настилов имеет по меньшей мере примерно 12 кордов на поперечный дюйм ткани.

-24005844

54. Грузовой поддон по любому из пп.50-53, отличающийся тем, что каждая из четырех сторон каждой композитной доски, по существу, полностью покрыта упомянутым по меньшей мере одним бандажом армирующих кордов.

55. Грузовой поддон по любому из пп.50-54, отличающийся тем, что он является стрингерным поддоном, и каждая из досок настилов представляет собой упомянутую композитную доску настила, а каждый из стрингеров представляет собой композитный стрингер.

56. Грузовой поддон по любому из пп.50-55, отличающийся тем, что материал сердцевины в каждой композитной доске настила содержит примерно 40-50 об.% вспененного перлита.

57. Грузовой поддон по любому из пп.50-56, отличающийся тем, что в слоистом покрытии по меньшей мере одной из упомянутых композитных досок или по меньшей мере одного из блоков присутствует прослойка материала, который отличается от сердцевины и покрытия и который имеет физическое свойство, которое можно измерять на расстоянии и которое может служить в качестве идентифицирующего признака поддона.

58. Грузовой поддон по п.55, отличающийся тем, что материал прослойки представляет собой слой металла на подложке.