RU2529687C2 - Композитный слоистый материал (варианты) - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области производства клееных слоистых конструкций. Технический результат: повышение эксплуатационных характеристик, снижение веса конструкции. Композитный слоистый материал содержит связанные между собой посредством клея или адгезива с последующим его отверждением два поверхностных слоя из листового материала каждый и размещенные между ними по крайней мере два внутренних слоя, выполненные каждый в виде армированной сотовой ячеистой конструкции из фрагментов бамбука в виде пластин или щепы из стенок бамбука, полученных разрезкой стебля бамбука вдоль стенок и поперек стебля. Для армирования сотовой ячеистой конструкции использована сетка из стекловолокна или полотно из стекловолокна, при этом сотовая ячеистая конструкция уложена на сетку или полотно и сверху закрыта другой сеткой или полотном. Также описаны варианты слоистого материала. 4 н. и 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Изобретение относится к области производства клееных слоистых конструкций и может быть использовано для изготовления мелкоштучных стеновых материалов, мелкоразмерных сборных конструкций, элементов строительных конструкций и самих конструкций, а также элементов покрытий пола и кровли, подвесных и подшивных потолков, столярных и мебельных щитов.

Изобретение рассматривает композитный слоистый материал или слоистую конструкцию, в которой под понятием «композитный» понимается так называемый композиционный материал или композит - искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов, различных по физическим и химическим свойствам, которые остаются раздельными на макроскопическом уровне в финишной структуре. Механическое поведение композита определяется соотношением свойств армирующих элементов и матрицы (только в значении связующего вещества в композитном материале), а также прочностью связи между ними. Эффективность и работоспособность материала зависят от правильного выбора исходных компонентов и технологии их соединения, призванной обеспечить прочную связь между компонентами при сохранении их первоначальных характеристик.

На современном рынке композитных материалов существует потребность в легких, прочных теплых панелях, содержащих экологически чистые материалы и способствующих быстрому возведению конструкций любого назначения, в том числе, зданий, мебели, полов. В связи с этим панели из натурального бамбука рассматриваются как альтернатива деловой древесине. Производители быстро оценили твердость бамбука (показатель по Бринеллю - 4,5-4,8), устойчивость к влаге и точечным нагрузкам. Бамбук - не дерево, а быстрорастущее высокое травянистое растение с небольшой толщины пустотелым стеблем. Если сравнить прочность двух стержней одинакового сечения из древесины и бамбука, то можно убедиться, что бамбук приблизительно в два раза более прочен и гибок. В течение длительного времени эти его особенности использовали при изготовлении различных изделий. Применение бамбука с целью замены древесины уменьшает вес массивной древесины и композитных материалов на основе древесины примерно на 40%, достигая плотности до 250 кг/м³, и позволяет значительно уменьшить в таких слоистых материалах внутреннее напряжение, часто приводящее к деформации панелей при нарушении технологии изготовления или при воздействии нагрузки и атмосферных явлений.

Известен композитный материал из бамбука, содержащий два поверхностных слоя, выполненных из листового материала, и внутренний слой - наполнитель, размещенный между ними, причем внутренний слой - наполнитель выполнен в виде сотовой ячеистой конструкции, листовой материал выполнен в виде бамбуковых панелей, внутренний наполнитель по периметру снабжен коробчатым каркасом, выполненным из бамбука, стороны которого соединены врезками не менее чем двумя слоями перекрещивающихся стержней, выполненных из бамбука, между которыми размещена армирующая сетка из стекловолокна или металла или пластика и нанесен слой клея или адгезива, а между слоями листового материала и внутренним наполнителем также размещена армирующая сетка и нанесены слои клея или адгезива, связывающие листовой материал со стержнями из бамбука (RU №110110, Е04С 2/00, опубл. 10.11.2011).

Известен также композитный материал из бамбука, содержий два поверхностных слоя, выполненных из листового материала, и внутренний наполнитель, размещенный между ними, причем внутренний наполнитель выполнен в виде сотовой ячеистой конструкции, листовой материал выполнен в виде бамбуковых панелей, внутренний наполнитель состоит из одного и более слоев, сотовые ячейки выполнены в виде цилиндров из бамбука, картона или пластика, между слоями внутреннего наполнителя размещены слои листового материала в виде панелей из бамбука, фанеры, картона или бумаги, а между слоями листового материала и сотовыми ячейками в виде цилиндров из бамбука размещена армирующая сетка из стекловолокна или пластика или металла и нанесены слои клея или адгезива, связывающие листовой материал с цилиндрами из бамбука, картона или пластика (RU №103548, Е04С 2/00, опубл. 20.04.2011). Данное решение принято в качестве прототипа для всех заявленных объектов.

Недостаток всех известных решений, в том числе и прототипа, заключается в том, что фрагменты бамбука в слоистом композите используются в качестве заполнителя пространства между двумя поверхностными слоями, на которые возложена функция формирования заданной толщины панели и уменьшения удельного веса этого изделия. В связи с этим в качестве заполнителя и формирователя сотовой конструкции используются цилиндры бамбука. При таком исполнении и для соблюдения требований по контролю за толщиной изделия и за плоскостностью верхнего поверхностного слоя по отношению к нижнему необходимо строго выполнить условие, согласно которому цилиндры из бамбука должны иметь одинаковую высоту при том, что поверхность, на которую они укладываются, так же должна быть выровнена. Если эти условия в достаточной степени сложности можно выполнить для трехслойной конструкции, то при увеличении числа слоев сотового слоя процесс выравнивания приобретает сложность и становится прямо зависимым от размеров цилиндров из бамбука. Задача постоянного контроля за плоскостностью положения каждого последующего слоя в известном патенте решена за счет применения армирующих сеток, в том числе из пластика и металла. Это указывает на то, что эти сетки жесткие и не меняют своей пространственной формы. За счет этого и за счет введения между слоями клея происходит выравнивание накладываемой поверхности по отношению к выложенному слою. Но введение металлических сеток влияет на вес изделия и не позволяет готовое изделие распиливать и подгонять по месту приложения. Кроме того, наличие панелей во внутренней структуре как несущих элементов между наполнителями увеличивает вес изделия.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационных характеристик за счет обеспечения сниженного веса при увеличении количества внутренних слоев в композитном слоистом материале по отношению к прототипу.

Указанный технический результат для первого варианта исполнения достигается тем, что в композитном слоистом материале, содержащем связанные между собой посредством клея или адгезива с последующим его отверждением два поверхностных слоя из листового материала каждый и размещенный между ними по крайней мере один внутренний слой, выполненный в виде армированной сотовой ячеистой конструкции из фрагментов бамбука в виде колец или цилиндров, полученных поперечно разрезкой стебля бамбука, или в виде пластин или щепы из стенок бамбука, полученных разрезкой стебля бамбука вдоль стенок и поперек стебля, для армирования сотовой ячеистой конструкции использована сетка из стекловолокна или полотно из стекловолокна, при этом сотовая ячеистая конструкция уложена на сетку или полотно и сверху закрыта другой сеткой или полотном.

Указанный технический результат для второго варианта исполнения достигается тем, что в композитном слоистом материале, содержащем связанные между собой посредством клея или адгезива с последующим его отверждением два поверхностных слоя из листового материала каждый и размещенный между ними по крайней мере один внутренний слой, выполненный в виде армированной сотовой ячеистой конструкции из фрагментов бамбука в виде колец или цилиндров, полученных поперечно разрезкой стебля бамбука, для армирования сотовой ячеистой конструкции использована сетка из стекловолокна или полотно из стекловолокна, при этом сотовая ячеистая конструкция образована размещением фрагментов бамбука с ориентацией направления их волокна перпендикулярно поверхности поверхностного слоя и уложена на сетку или полотно, и сверху закрыта другой сеткой или полотном.

Указанный технический результат для третьего варианта исполнения достигается тем, что в композитном слоистом материале, содержащем связанные между собой посредством клея или адгезива с последующим его отверждением слои, выполненные каждый в виде армированной сотовой ячеистой конструкции из фрагментов бамбука в виде колец или цилиндров, полученных поперечно разрезкой стебля бамбука, или в виде пластин или щепы из стенок бамбука, полученных разрезкой стебля бамбука вдоль стенок и поперек стебля, для армирования каждой сотовой ячеистой конструкции использована сетка из стекловолокна или полотно из стекловолокна, при этом сотовая ячеистая конструкция уложена на сетку или полотно и сверху закрыта другой сеткой или полотном, а в каждом следующем слое фрагменты бамбука уложены на сетку или полотно, закрывающую фрагменты бамбука в первом слое, и сверху закрыты дополнительной сеткой или полотном для образования композитного блока в форме параллелепипеда или куба.

Указанный технический результат для четвертого варианта исполнения достигается тем, что в композитном слоистом материале, содержащем связанные между собой посредством клея или адгезива с последующим его отверждением два поверхностных слоя из листового материала каждый и размещенный между ними по крайней мере один внутренний слой, выполненный в виде армированной сотовой ячеистой конструкции из фрагментов бамбука в виде пластин или щепы из стенок бамбука, полученных разрезкой стебля бамбука вдоль стенок и поперек стебля, для армирования сотовой ячеистой конструкции использована сетка из стекловолокна или полотно из стекловолокна, при этом сотовая ячеистая конструкция образована размещением фрагментов бамбука с ориентацией направления их волокна перпендикулярно поверхности поверхностного слоя и уложена на сетку, или полотно и сверху закрыта другой сеткой или полотном.

Указанный технический результат для пятого варианта исполнения достигается тем, что в композитном слоистом материале, содержащем по крайней мере один слой, выполненный в виде армированной сотовой ячеистой конструкции из фрагментов бамбука в виде колец или цилиндров, полученных поперечно разрезкой стебля бамбука, или в виде пластин или щепы из стенок бамбука, полученных разрезкой стебля бамбука вдоль стенок и поперек стебля, отличающейся тем, что для армирования сотовой ячеистой конструкции использована сетка из стекловолокна или полотно из стекловолокна, при этом сотовая ячеистая конструкция уложена на сетку или полотно и сверху закрыта другой сеткой или полотном.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами исполнения, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.

На фиг.1 - первый пример исполнения композитного материала;

фиг.2 - второй пример исполнения композитного материала;

фиг.3 - третий пример исполнения композитного материала;

фиг.4 - четвертый пример исполнения композитного материала;

фиг.5 - пятый пример исполнения композитного материала;

фиг.6 - фрагмент выполнения внутреннего слоя;

фиг.7 - внутренний слой в виде сетки из бамбуковых планок;

фиг.8 - внутренний слой в виде сетки из бамбуковых планок, наложенных друг на друга.

Согласно настоящему изобретению рассматривается слоистый композитный материал, который может быть использован для изготовления панелей или элементов конструкций самого широкого назначения. Особенностью композитного материала является его пониженный вес при высоких прочностных показателях и высокой несущей способности, которая обусловлена тем, что в качестве исходного материала применяется натуральный бамбук, который в виде фрагментов (отдельные части в виде колец, цилиндров 1, пластин 2 из стенок) заполняет полость панели. Фрагменты бамбука хорошо выдерживают высокие нагрузки как вдоль волокна, так и поперек волокна.

Композитный слоистый материал имеет многослойную конструкцию и в примере, приведенном на фиг.1, состоит из трех слоев: два наружных слоя 3 и 4, являющихся поверхностными и армирующими, и один внутренний слой 5, выполненный в виде сотовой ячеистой конструкции из фрагментов бамбука в виде колец или цилиндров 1, полученных поперечно разрезкой стебля бамбука, или в виде пластин 2 или щепы из стенок бамбука, полученных разрезкой стебля бамбука вдоль стенок и поперек стебля. Для этого примера исполнения и для всех последующих примеров исполнения, независимо от количества слоев для армирования сотовой ячеистой конструкции использована сетка 6 из стекловолокна или полотно из стекловолокна. Сотовая ячеистая конструкция уложена на сетку 6 или полотно, на которую нанесен слой клея 7 или адгезива, и сверху закрыта другой сеткой 6 или полотном, на стороне которой, обращенной в сторону сотовой ячеистой конструкции, так же нанесен слой клея 7 или адгезива. Таким образом, в примере по фиг.1 наружные слои 3 и 4, выполненные из сетки 6 из стекловолокна или полотна из стекловолокна, одновременно являются и армировочными слоями.

В качестве клея или адгезива применяют клеящие составы, которые обычно используют при производстве паркетной доски или приклейки шпона на мебельную поверхность. В связи с многообразием таких средств в рамках данной заявки конкретизация типа клея или адгезива не производится.

Такой композитный материал представляет собой панель заданного размера, внутренняя структура которого, выполненная из фрагментов бамбука, определяет механические свойства этого изделия. Панель хорошо воспринимает нагрузки в направлениях, совпадающих как с направлением волокна бамбука, так и поперек этих волокон, а это как раз нагрузки, поперечные к панели, что позволяет такую панель рассматривать в качестве строительного листового слоистого материала с высокой несущей способностью. Такая панель обладает сниженным весом, который определяется, по сути, весом самого бамбука (бамбук имеет низкую плотность около 500 кг/м^З, вес сетки из стекловолокна -135 грамм на квадратный метр, а вес полотна из стекловолокна - 473 грамма на квадратный метр). Так как сетка или полотно из стекловолокна, обладая гибкостью до взаимодействия с клеем или связующим, практически не подвержена воздействию агрессивных сред и не обладает эластичностью, то после высыхания клея или полимеризации адгезива происходит монолитизация всей слоистой конструкции.

Механические свойства, то есть несущую способность панели из композитного материала, можно кратно увеличить при практически небольшом увеличении веса за счет увеличения количества слоев сотовой конструкции. Для образования двух слоев сначала формируют панель, как это описано применительно к изделию по фиг.1, а затем формируют второй слой. Во втором слое сетку 6 или полотно, закрывающую фрагменты бамбука в первом слое, покрывают слоем клея 7 или адгезива. Затем фрагменты бамбука укладывают на сетку или полотно, закрывающую фрагменты бамбука в первом слое, и сверху закрывают дополнительной сеткой или полотном, тыльная сторона которой также несет слой клея или адгезива. Аналогичным образом можно увеличивать количество слоев. После уплотнения под прессом и полимеризации связующих компонентов панель с двумя и более внутренними слоями становится монолитной конструкцией.

В таких многослойных панелях слои с фрагментами бамбука могут быть расположены с совпадением направления их волокон (фиг.3), или в одном слое фрагменты бамбука могут быть расположены с направлением их волокон, отличным от направления волокон фрагментов бамбука в другом слое или других слоях (фиг.5). При этом во внутреннем слое по крайней мере часть фрагментов бамбука может быть расположена с направлением их волокон, отличным от направления волокон другой части фрагментов бамбука в этом слое (пример иллюстративно не показан).

При увеличении количества однотипных слоев, описанных применительно к примеру на фиг.1, можно добиться того, что материал приобретет форму композитного блока в форме параллелепипеда или куба (фиг.4). Такие блоки удобны, так как позволяют потом с помощью пилы распиливать его на отдельные панели 8 по любому направлению блока, как это показано на фиг.4. Для формирования блока формируют первый базовый трехслойный фрагмент: сотовую ячеистую конструкцию из фрагментов бамбука укладывают на сетку или полотно из стекловолокна и сверху закрывают другой такой же сеткой или полотном, а в каждом следующем слое фрагменты бамбука укладывают на сетку или полотно, закрывающую фрагменты бамбука в предыдущем слое, и сверху закрывают дополнительной сеткой или полотном для образования композитного блока. Естественно, что скрепление сеток или полотен с фрагментами бамбука осуществляют за счет клея или адгезива, которые в виде слоев наносят на сетку или полотно.

Особенностью применения гибкой сетки или гибкого нетканого полотна, изготовленных из стекловолокон, является то, что при полимеризации клея или адгезива сетка укладывается на слой фрагментов бамбука и нивелирует неровности сотовой конструкции.

Применение сетки или нетканого полотна из стекловолокна позволяет обеспечить воздухопроницаемость как отдельной трехслойной панели, так и многослойной панели и строительного блока из таких слоев. Это позволяет получить вентилируемую конструкцию с одной стороны и шумо- и звукоизолирующую конструкцию с другой стороны. Шумо- и звукоизоляция обеспечена тем, что звуковые волны, проникая во внутреннюю структуру панели, попадают в большое количество камер или полостей и дробятся и гасятся. В такой панели отсутствует эффект резонанса.

Такой композитный материал, являясь, по сути, законченным строительным композитным модулем, позволяет изготавливать панели, которые несут отдельные поверхностные слои, придавая изделию прикладной характер.

Например, на фиг.2 показан композитный слоистый материал, содержащий связанные между собой посредством клея или адгезива с последующим его отверждением два поверхностных слоя 9 и 10 из листового материала каждый и размещенный между ними по крайней мере один внутренний слой, выполненный в виде армированной сотовой ячеистой конструкции из фрагментов бамбука в виде колец или цилиндров, полученных поперечно разрезкой стебля бамбука, или в виде пластин или щепы из стенок бамбука, полученных разрезкой стебля бамбука вдоль стенок и поперек стебля. Этот внутренний слой повторяет конструкцию композитного модуля по фиг.1.

В этом примере поверхностные слои могут быть выполнены из картона или бумаги, или пластика, или дерева, или из бамбука. В зависимости от вида материала поверхностного слоя можно на выходе получить панели для мебели, паркетную доску, декоративные панели и т.д. Толщина таких панелей определяется суммой толщин каждого из слоев, что позволяет варьировать этим параметром в зависимости от прикладной задачи.

В сотовых ячеистых конструкциях могут использоваться в качестве фрагментов бамбука его части в виде колец или цилиндров 1, полученных поперечно разрезкой стебля бамбука, или в виде пластин 2 или щепы из стенок бамбука, полученных разрезкой стебля бамбука вдоль стенок и поперек стебля. При этом вариации расположения этих фрагментов в сотовых ячеистых конструкциях отличаются разнообразием. Например, во втором внутреннем слое фрагменты бамбука в виде колец или цилиндров могут быть расположены со смещением относительно фрагментов бамбука в виде колец или цилиндров в первом внутреннем слое. Во внутреннем слое фрагменты бамбука в виде колец или цилиндров могут быть расположены с примыканием друг к другу стенками или расположены относительно друг друга с зазором между стенками. Или во внутреннем слое по крайней мере часть фрагментов бамбука в виде колец или цилиндров расположены с примыканием друг к другу стенками.

Возможен вариант исполнения, согласно которому средний слой может быть выполнен из цилиндриков бамбука по принципу "один в другом", т.е. по принципу «матрешки». В цилиндр 1 или кольцо из бамбука вставляется такой же цилиндр 1 или кольцо из бамбука, но меньшего диаметра, как это показано на фиг.6. Этот вариант позволяет цилиндриками (кольцами) из бамбука большого диаметра проще "выбирать" объем изделий. А для повышения прочности внутрь такого цилиндрика вставляется малый. В этом варианте исполнения расположение цилиндриков в среднем слое может быть, как упорядоченным, так и хаотичным. На фиг.7 показан пример выполнения материала с внутренним слоем, выполненным в виде одноуровневой сетки, составленной из перекрещивающихся бамбуковых планок, а на фиг.8 - то же, что на фиг.9, только сетка выполнена двухуровневой: на нижнем уровне бамбуковые планки уложены дистантно относительно друг друга при совпадающем их направлении, а в верхнем уровне та же укладка, но планки направлены в другом направлении - перекрестно.

Кроме того, композитный материал может быть модифицирован в части исключения одного из слоев сетки из стекловолокна. Для этого примера на один слой сетки или полотна из стекловолокна укладываются упорядоченно или хаотично цилиндры или кольца, выполненные, например, разной высоты, но их положение упорядоченно или хаотично, что позволяет создавать художественный орнамент. Данная возможность позволяет создавать композитный слоистый материал, в котором фрагменты бамбука в виде колец или цилиндров или пластин из стенок выполнены разновысотными и выложены на смазанной клеем или абразивом сетке из стекловолокна или полотна из стекловолокна в виде орнамента или рисунка.

Предложенная конструкция строительно-отделочного композитного материала позволяет получить панели любой толщины и конструкции при малом весе, при этом конструкция получается достаточно жесткой для использования в качестве несущих плит. Кроме того, предложенное устройство позволяет надежно защитить внутреннее помещение от колебаний температур и внешнего шума и тем самым повысить тепло и звукоизоляцию.

Специалисту в данной области техники очевидно, что в настоящем изобретении возможны разнообразные модификации и изменения. Соответственно, предполагается, что настоящее изобретение охватывает указанные модификации и изменения, а также их эквиваленты, без отступления от сущности и объема изобретения, раскрытые в прилагаемой формуле изобретения.

Claims (5)

1. Композитный слоистый материал, содержащий связанные между собой посредством клея или адгезива с последующим его отверждением два поверхностных слоя из листового материала каждый и размещенные между ними по крайней мере два внутренних слоя, выполненные каждый в виде армированной сотовой ячеистой конструкции из фрагментов бамбука в виде пластин или щепы из стенок бамбука, полученных разрезкой стебля бамбука вдоль стенок и поперек стебля, отличающийся тем, что для армирования сотовой ячеистой конструкции использована сетка из стекловолокна или полотно из стекловолокна, при этом сотовая ячеистая конструкция уложена на сетку или полотно и сверху закрыта другой сеткой или полотном.

2. Материал по п.1, отличающийся тем, что поверхностные слои выполнены из картона или бумаги, или пластика, или дерева.

3. Композитный слоистый материал, содержащий по крайней мере два слоя, выполненных каждый в виде армированной сотовой ячеистой конструкции из фрагментов бамбука в виде пластин или щепы из стенок бамбука, полученных разрезкой стебля бамбука вдоль стенок и поперек стебля, отличающийся тем, что для армирования сотовой ячеистой конструкции использована сетка из стекловолокна или полотно из стекловолокна, при этом сотовая ячеистая конструкция уложена на сетку или полотно, на которые нанесен слой клея или адгезива, и сверху закрыта другой сеткой или полотном, на стороне которой, обращенной в сторону сотовой ячеистой конструкции, нанесен слой клея или адгезива.

4. Композитный слоистый материал, содержащий связанные между собой посредством клея или адгезива с последующим его отверждением слои, выполненные каждый в виде армированной сотовой ячеистой конструкции из фрагментов бамбука в виде пластин или щепы из стенок бамбука, полученных разрезкой стебля бамбука вдоль стенок и поперек стебля, отличающийся тем, что для армирования каждой сотовой ячеистой конструкции использована сетка из стекловолокна или полотно из стекловолокна, при этом сотовая ячеистая конструкция уложена на сетку или полотно и сверху закрыта другой сеткой или полотном, а в каждом следующем слое фрагменты бамбука уложены на сетку или полотно, закрывающую фрагменты бамбука в первом слое, и сверху закрыты дополнительной сеткой или полотном для образования композитного блока в форме параллелепипеда или куба.

5. Композитный слоистый материал, содержащий слои, выполненные в виде армированной сотовой ячеистой конструкции из фрагментов бамбука в виде колец или цилиндров, полученных поперечной разрезкой стебля бамбука, или в виде пластин или щепы из стенок бамбука, полученных разрезкой стебля бамбука вдоль стенок и поперек стебля, отличающийся тем, что для армирования сотовой ячеистой конструкции использована сетка из стекловолокна или полотно из стекловолокна, сотовая ячеистая конструкция уложена на сетку или полотно, на которые нанесен слой клея или адгезива, а фрагменты бамбука в виде колец или цилиндров, или пластин из стенок выполнены разновысотными и выложены на сетке из стекловолокна или полотно из стекловолокна в виде орнамента или рисунка.

Images