RU2563498C2 - Novel composite materials and methods for production thereof - Google Patents
Novel composite materials and methods for production thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2563498C2 RU2563498C2 RU2013142065/05A RU2013142065A RU2563498C2 RU 2563498 C2 RU2563498 C2 RU 2563498C2 RU 2013142065/05 A RU2013142065/05 A RU 2013142065/05A RU 2013142065 A RU2013142065 A RU 2013142065A RU 2563498 C2 RU2563498 C2 RU 2563498C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- foaming
- press
- resin
- impregnated
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
Abstract
Description
Данное изобретение относится к области техники, связанной с композиционными материалами на основе волокнистых материалов и смол. В частности, оно относится к области техники, связанной с композиционными материалами, изготовленными из природных волокнистых материалов и смол на водной основе.This invention relates to the field of technology related to composite materials based on fibrous materials and resins. In particular, it relates to the field of technology related to composite materials made from natural fibrous materials and water-based resins.
В настоящее время композиционные материалы, как правило, используют в более или менее специализированных областях. Такие композиционные материалы, как правило, изготавливают известным способом, исходя из тканого или нетканого, органического или неорганического впитывающего материала, пропитанного термоотверждаемой смолой. В заявке EP 0041054, в частности, описывается создание таких материалов. Некоторые композиционные материалы состоят, в частности, из стекловолокон, минеральных волокон, целлюлозных или полиэфирных волокон, пропитанных термоотверждаемыми смолами на основе сочетаний мочевины и формальдегида, фенола и формальдегида, резорцина и формальдегида, или меламина и формальдегида.Currently, composite materials are typically used in more or less specialized fields. Such composite materials are typically made in a known manner based on a woven or non-woven, organic or inorganic absorbent material impregnated with a thermosetting resin. EP 0041054, in particular, describes the creation of such materials. Some composite materials consist, in particular, of glass fibers, mineral fibers, cellulosic or polyester fibers impregnated with thermosetting resins based on combinations of urea and formaldehyde, phenol and formaldehyde, resorcinol and formaldehyde, or melamine and formaldehyde.
Как правило, изготовление таких материалов включает в себя пропитку волокон поглощающего материала раствором смолы, например фенолформальдегидной смолы, в котором распределены микросферы, состоящие из полимерного материала типа сополимера винилиденхлорида и акрилонитрила, содержащие вспенивающую добавку, например, типа изобутана.Typically, the manufacture of such materials involves impregnating the fibers of the absorbing material with a resin solution, for example phenol-formaldehyde resin, in which microspheres are composed of a polymer material such as a vinylidene chloride / acrylonitrile copolymer containing a blowing agent, for example, an isobutane type.
В частности, пример в тексте европейской заявки на патент EP 0102335, в частности, описывает способ получения композиционного материала с применением целлюлозных волокон, при этом указанный способ включает в себя смешивание микросфер с суспензией на основе целлюлозных волокон. После обезвоживания волокнистую решетку пропускают через каландр и нагревают до 120°С, чтобы вызвать вспенивание. Вспененный материал пропитывают водным раствором фенольной смолы, затем сушат в микроволновой печи, после чего смола сшивается.In particular, the example in the text of European patent application EP 0102335, in particular, describes a method for producing a composite material using cellulose fibers, the method comprising mixing microspheres with a suspension based on cellulose fibers. After dewatering, the fiber grid is passed through a calender and heated to 120 ° C. to cause foaming. The foam is impregnated with an aqueous solution of phenolic resin, then dried in a microwave oven, after which the resin is crosslinked.
Способ, описанный в данной заявке, дает преимущество, заключающееся в том, что композиционный материал можно изготовить в две стадии, которые можно в некоторой степени разнести по времени. С другой стороны, он требует наличия двух стадий термической обработки: первой, чтобы заставить реагировать микросферы, которые выступают в качестве вспенивающей добавки и вызывают вспенивание материала, и второй для сшивания смолы и придания материалу прочности. Таким образом, имеется некоторая сложность в применении данного способа.The method described in this application gives the advantage that the composite material can be manufactured in two stages, which can be somewhat spread out over time. On the other hand, it requires two stages of heat treatment: the first to react the microspheres, which act as foaming additives and cause foaming of the material, and the second to crosslink the resin and give the material strength. Thus, there is some difficulty in applying this method.
Поэтому желательно иметь другой более простой способ, с помощью которого можно проще изготовить композиционный материал, в частности, композиционный материал на основе природных волокон.Therefore, it is desirable to have another simpler method by which it is easier to produce a composite material, in particular, a composite material based on natural fibers.
В связи с этим, изобретение относится к композиционному материалу, состоящему из:In this regard, the invention relates to a composite material consisting of:
- подложки из природного волокна, имеющей войлочную структуру, при этом вышеуказанный войлок является иглопробивным с двух поверхностей при подаче дополнительного полиэтиленового волокна;- substrates of natural fiber having a felt structure, wherein the above-mentioned felt is needle-punched from two surfaces when an additional polyethylene fiber is fed;
- термоотверждаемой матрицы, образованной из водоосновной смолы, предназначенной для полной пропитки подложки;- thermoset matrix formed from a water-based resin, designed for complete impregnation of the substrate;
- вспенивающей добавки, распределенной в матрице, вспенивание которой инициируется (вызывается) ее нагреванием до заданной температуры, при этом вспенивающая добавка вместе с термоотверждаемой матрицей образует водную смесь, объединяемую с подложкой путем пропитки.- a foaming additive distributed in the matrix, foaming of which is initiated (caused) by heating it to a predetermined temperature, while the foaming additive together with the thermoset matrix forms an aqueous mixture that is combined with the substrate by impregnation.
Согласно изобретению, массовые доли используемых подложки и термоотверждаемой матрицы устанавливаются таким образом, чтобы получить пропитанную подложку, которая после сушки имеет следующие массовые доли:According to the invention, the mass fractions of the used substrate and the thermoset matrix are set so as to obtain an impregnated substrate, which after drying has the following mass fractions:
- в диапазоне от 60% до 80% волокон,- in the range from 60% to 80% of the fibers,
- в диапазоне от 40% до 20% смолы.- in the range of 40% to 20% resin.
Кроме того, весовая доля вспенивающей добавки в водной смеси составляет от 10% до 15%.In addition, the weight fraction of the blowing agent in the aqueous mixture is from 10% to 15%.
В соответствии с предпочтительным вариантом воплощения материала, соответствующего изобретению, подложка является войлоком из базальтовых волокон.According to a preferred embodiment of the material according to the invention, the substrate is felt from basalt fibers.
В соответствии с предпочтительным вариантом такого осуществления изобретения, базальт, из которого состоят волокна, образующие подложку, содержит долю оливина, равную, по меньшей мере, 15% масс.In accordance with a preferred embodiment of such an embodiment of the invention, the basalt of which the fibers constituting the substrate are composed contains a fraction of olivine equal to at least 15% by weight.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, смола, из которой состоит матрица, является фенол-формальдегидной смолой.According to a preferred embodiment, the resin of which the matrix is composed is a phenol-formaldehyde resin.
Согласно другому варианту осуществления, смолу, из которой состоит матрица, получают из биологического источника.According to another embodiment, the resin of which the matrix consists is obtained from a biological source.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, вспенивающая добавка образована микросферами из углеводородов, покрытыми полимерной пленкой.According to a preferred embodiment, the blowing agent is formed by hydrocarbon microspheres coated with a polymer film.
В соответствии с предпочтительным вариантом такого осуществления изобретения, углеводород вспенивающей добавки является изобутаном.According to a preferred embodiment of such an embodiment of the invention, the blowing agent hydrocarbon is isobutane.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, вспенивающая добавка является дрожжами, примешанными к водоосновной смоле.According to a preferred embodiment, the blowing agent is yeast admixed with a waterborne resin.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, материал, соответствующий изобретению, содержит подложку из волокон и термоотверждаемую матрицу (на водной основе), имеющих следующие массовые доли:In accordance with a preferred embodiment, the material corresponding to the invention comprises a fiber substrate and a thermoset matrix (water-based) having the following weight fractions:
- волокна: 30%- fiber: 30%
- матрица: 70%- matrix: 70%
В соответствии с вариантом осуществления, который является альтернативным по отношению к предыдущему варианту осуществления, материал, соответствующий данному изобретению, содержит подложку из волокон и термоотверждаемую матрицу (на водной основе), имеющие следующие массовые доли:According to an embodiment which is alternative to the previous embodiment, the material of the invention comprises a fiber substrate and a thermoset matrix (water-based) having the following weight fractions:
- волокна: 40%- fiber: 40%
- матрица: 60%- matrix: 60%
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, материал, соответствующий данному изобретению, также содержит бактерицидный компонент, помещенный в матрицу.According to a preferred embodiment, the material of the invention also contains a bactericidal component placed in a matrix.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, материал, соответствующий данному изобретению, также содержит, по меньшей мере, один краситель, помещенный в матрицу.According to a preferred embodiment, the material of the invention also comprises at least one dye placed in the matrix.
Изобретение также относится к способу изготовления композиционного материала, соответствующего изобретению, при этом указанный способ главным образом включает в себя следующие стадий:The invention also relates to a method for manufacturing a composite material according to the invention, said method mainly comprising the following steps:
- первую стадию пропитки волокнистой подложки водоосновной смесью, при этом пропитку осуществляют гравитационным распылением на, по меньшей мере, одну из поверхностей подложки и пропусканием через каландр,- the first stage of impregnation of the fibrous substrate with a water-based mixture, while the impregnation is carried out by gravitational spraying on at least one of the surfaces of the substrate and passing through a calender,
- вторую стадию обезвоживания пропитанной подложки, при этом обезвоживание осуществляют сушкой пропитанной подложки и искусственной вентиляцией, при этом сушка осуществляется в соответствии с чередованием циклов подвергания пропитанной подложки воздействию положительной температуры выше 20°С и отрицательной температуры ниже -5°С,- the second stage of dehydration of the impregnated substrate, while dehydration is carried out by drying the impregnated substrate and artificial ventilation, while drying is carried out in accordance with the alternation of cycles of exposure of the impregnated substrate to a positive temperature above 20 ° C and a negative temperature below -5 ° C,
- третью стадию активации вспенивающей добавки, при этом вспенивание вызывается путем повышения температуры пропитанной и обезвоженной подложки, при наложении на подложку ограничителя объема,- the third stage of activation of the foaming additive, while foaming is caused by increasing the temperature of the impregnated and dehydrated substrate, when a volume limiter is applied to the substrate,
- четвертую стадию удаления летучих веществ, удерживаемых в полученном материале, при этом удаление осуществляется проведением стадии поверхностной декомпрессии полученного материала в начале и/или в конце вспенивания.- the fourth stage of the removal of volatile substances held in the obtained material, while the removal is carried out by conducting the stage of surface decompression of the obtained material at the beginning and / or at the end of foaming.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, вторая стадия удаления воды заключается в помещении пропитанной подложки в климатическую камеру и подвергании ее чередующимся циклам выдержки при значении температуры, в диапазоне от 25°С до 28°С, после чего выдержки при значении температуры, входящем в совокупность значений, приблизительно равных -10°С.In accordance with a preferred embodiment, the second stage of water removal consists in placing the impregnated substrate in a climate chamber and subjecting it to alternating holding cycles at a temperature in the range of 25 ° C to 28 ° C, followed by holding at a temperature value included in the whole values approximately equal to -10 ° C.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, стадии вспенивания и декомпрессии проводят с задержкой, при этом пропитанную и обезвоженную подложку хранят в упаковке, подходящей для поддержания ее постоянного уровня влаги.According to an embodiment of the invention, the foaming and decompression steps are delayed, while the impregnated and dehydrated substrate is stored in a package suitable to maintain its constant moisture level.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, способ, соответствующий данному изобретению, завершается конечной стадией стабилизации, в ходе которой изготовленный материал выдерживают в горизонтальном положении при комнатной температуре до тех пор, пока его температура естественным образом не вернется к значению комнатной температуры.In accordance with one embodiment of the invention, the method of the invention ends with a final stabilization step, during which the fabricated material is held in a horizontal position at room temperature until its temperature naturally returns to room temperature.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, третья стадия вспенивания осуществляется путем пропускания материала через пресс с подогревом для наложения противодавления, ограничивающего расширение, вызванное нагреванием, и включает в себя следующие процессы:In accordance with a preferred embodiment, the third stage of foaming is carried out by passing the material through a heated press to apply back pressure, limiting the expansion caused by heating, and includes the following processes:
- предварительное нагревание пресса,- pre-heating the press,
- размещение между двумя плитами пресса приспособления для регулирования толщины, а также геометрии изготавливаемого элемента из композиционного материала;- placement between two plates of the press devices for adjusting the thickness, as well as the geometry of the manufactured element from composite material;
- помещение разделительного компонента для пресс-форм на нижнюю плиту пресса, а также на верхнюю поверхность пропитанной подложки;- placing the separation component for the molds on the lower plate of the press, as well as on the upper surface of the impregnated substrate;
- подача давления на пресс, при этом значение прикладываемого давления зависит от толщины, которую должен иметь элемент после вспенивания.- applying pressure to the press, the value of the applied pressure depends on the thickness that the element must have after foaming.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, разделительный компонент для пресс-форм, используемый на третьей стадии, является пергаментной бумагой.According to one embodiment, the mold release agent used in the third step is parchment paper.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, значение давления, прикладываемого прессом, является значением, предварительно записанным в системе управления пресса.According to one embodiment, the pressure value applied by the press is a value previously recorded in the press control system.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, значение давления, прикладываемого прессом, находится в интервале от 75 до 200 тонн.According to a preferred embodiment, the pressure applied by the press is in the range of 75 to 200 tons.
В соответствии с отдельно взятым вариантом осуществления способа, соответствующего изобретению, элемент из материала получают формованием пропитанной подложки, при этом последняя помещается в пресс-форму пресса, при этом прикладываемое прессом давление передается подложке путем передачи приложенного давления на верхнюю и нижнюю части его пресс-формы.According to a particular embodiment of the method according to the invention, an element of material is obtained by molding an impregnated substrate, the latter being placed in the mold of the press, the pressure applied by the press being transferred to the substrate by transferring the applied pressure to the upper and lower parts of its mold .
Благодаря своим внутренним характеристикам, материал, соответствующий данному изобретению, можно успешно использовать для изготовления элементов для термоизоляции и огнезащиты, главным образом в авиационной отрасли, где достижение экономии за счет бортового веса является предметом постоянной озабоченности. Материал, соответствующий данному изобретению, можно, таким образом, успешно использовать для изготовления:Due to its internal characteristics, the material corresponding to this invention can be successfully used for the manufacture of elements for thermal insulation and fire protection, mainly in the aviation industry, where the achievement of savings due to the side weight is a matter of constant concern. The material corresponding to this invention can thus be successfully used for the manufacture of:
- смотровых люков, устанавливаемых в конструкцию самолета или вертолетов и дающих возможность осматривать внутреннюю область некоторых частей указанной конструкции,- inspection hatches installed in the structure of the aircraft or helicopters and giving the opportunity to inspect the inner region of some parts of this design,
- внутренних перегородок, предназначенных для организации внутреннего пространства транспортных средств, в частности, самолета (пассажирский салон и кабина пилота), крепежных скоб (деталей для прикрепления к полу и потолку), предназначенных для закрепления вышеуказанных перегородок на своем месте, или элементов мебели, предназначенных для оборудования тех же самых транспортных средств,- internal partitions intended for organizing the internal space of vehicles, in particular, an airplane (passenger cabin and cockpit), fastening brackets (parts for attaching to the floor and ceiling) designed to fix the above partitions in place, or furniture elements designed for equipment of the same vehicles
- термозащитных покрытий крышек, в частности, крышек, обеспечивающих доступ к валам двигателей самолетов или вертолетов,- thermo-protective coatings for covers, in particular covers providing access to the shafts of aircraft engines or helicopters,
- элементов для термозащиты гондол двигателя,- elements for thermal protection of engine nacelles,
- упаковки для защиты и транспортировки предметов, являющихся чувствительными к температурным напряжениям,- packaging for the protection and transport of items that are sensitive to temperature stresses,
- основных материалов для шумоизоляции, акустической изоляции, теплоизоляции и механической изоляции.- basic materials for sound insulation, acoustic insulation, thermal insulation and mechanical insulation.
Особенности и преимущества данного изобретения будут лучше поняты исходя из изложенного ниже описания, которое основано на приложенных фигурах, на которых показаны:Features and advantages of this invention will be better understood based on the description below, which is based on the attached figures, which show:
- Фиг. 1, основная блок-схема последовательности стадий способа изготовления композиционного материала согласно изобретению;- FIG. 1, a basic flowchart of a method for manufacturing a composite material according to the invention;
- Фиг. 2, изображение предпочтительного варианта осуществления стадии пропитки, относящейся к способу, соответствующему изобретению;- FIG. 2 is a depiction of a preferred embodiment of an impregnation step related to the method of the invention;
- Фиг. 3, основная временная диаграмма чередования циклов камерной сушки, применяемой в контексте предпочтительного варианта осуществления стадии обезвоживания, относящейся к способу, соответствующему изобретению;- FIG. 3, a basic timing diagram of the alternation of chamber drying cycles used in the context of a preferred embodiment of the dewatering step related to the method of the invention;
- Фиг. 4, изображение, относящееся к выбору температуры, воздействующей на пропитанную и обезвоженную подложку в ходе стадии вспенивания, относящейся к способу, соответствующему изобретению;- FIG. 4, an image relating to the selection of the temperature acting on the impregnated and dehydrated substrate during the foaming step related to the method of the invention;
- Фиг. 5 и 6, изображения осуществления стадии вспенивания, относящейся к способу, соответствующему изобретению.- FIG. 5 and 6, images of the implementation of the foaming step related to the method of the invention.
- Фиг. 7 и 8, временные диаграммы, изображающие принцип последовательности стадий вспенивания подложки и удаления летучих компонентов, удерживаемых в подложке, в случае изготовления элемента из композиционного материала с малой толщиной, или в случае изготовления элемента из композиционного материала с большей толщиной;- FIG. 7 and 8 are timing diagrams illustrating the principle of the sequence of stages of foaming the substrate and removing volatile components held in the substrate in the case of manufacturing an element from a composite material with a small thickness, or in the case of manufacturing an element from a composite material with a larger thickness;
- Фиг. 9, основная блок-схема варианта последовательности стадий способа изготовления композиционного материала, соответствующего изобретению, применяемого для изготовления элемента из композиционного материала большой толщины.- FIG. 9, the main flowchart of a variant of the sequence of steps of a method for manufacturing a composite material according to the invention used for manufacturing an element of composite material of large thickness.
В соответствии с первой задачей, настоящее изобретение, исходя из вышеизложенного, относится к новому типу композиционного материала, состоящего из основы, подложки, образованной волокнами естественного происхождения, пропитанной смесью, состоящей из одной или нескольких термоотверждаемых смол и вспенивающей добавки.In accordance with the first objective, the present invention, based on the foregoing, relates to a new type of composite material consisting of a base, a substrate formed by fibers of natural origin, impregnated with a mixture consisting of one or more thermosetting resins and a foaming additive.
В соответствии с данным изобретением, волокна естественного происхождения являются минеральными или растительными волокнами в виде войлока, в частности, волокнами базальта, льна, конопли, кукурузы, подсолнуха, или бамбука. Природные волокна, подходящие для использования согласно изобретению, могут быть получены вплоть до 30% из вторичного сырья.In accordance with this invention, the fibers of natural origin are mineral or vegetable fibers in the form of felt, in particular fibers of basalt, flax, hemp, corn, sunflower, or bamboo. Natural fibers suitable for use according to the invention can be obtained up to 30% from recycled materials.
Под войлоком следует понимать нетканое полотно промышленного производства, состоящее из пленок, или из слоев волокон, ориентированных в определенном направлении, или случайным образом. Указанный войлок может существовать во всех формах, обеспечивающих его достаточной пористостью, чтобы его можно было пропитать.Felt should be understood as a non-woven fabric of industrial production, consisting of films, or of layers of fibers oriented in a certain direction, or randomly. The specified felt can exist in all forms, providing it with sufficient porosity so that it can be impregnated.
Использование природных волокон в виде войлока преимущественно дает возможность объемного расширения волокон (т.е. в трех направлениях). Таким образом, волокна могут быть распределены равномерно по всей толщине подложки, обеспечивая, таким образом, однородность конечного продукта. Такое объемное расширение способствует, кроме того, увеличению механической прочности, а также шумоизоляции, акустической изоляции и тепловых характеристик образующегося композиционного материала. Использование войлока также означает, что требуется только одна стадия термической обработки, в отличие от EP 0102335, а значит, ограничиваются энергетические затраты.The use of natural fibers in the form of felt advantageously enables bulk expansion of the fibers (i.e., in three directions). Thus, the fibers can be distributed evenly over the entire thickness of the substrate, thus ensuring uniformity of the final product. Such volumetric expansion also contributes to an increase in mechanical strength, as well as sound insulation, acoustic insulation and thermal characteristics of the resulting composite material. The use of felt also means that only one heat treatment step is required, unlike EP 0102335, which means that energy costs are limited.
Следует отметить, что волокна естественного происхождения, используемые при изготовлении войлоков, как правило, получают дефибрированием, что приводит к совершенно случайному уровню содержания в них влаги. Такой в значительной степени непостоянный уровень содержания влаги подразумевает, что их использование является ограниченным по сравнению с волокнами, обычно используемыми для изготовления композиционных материалов, такими как стекловолокно. Известно, что присутствие воды оказывает сильное влияние на воспроизводимость результатов в виде конечного продукта, если применяемые способы изготовления не принимают во внимание непостоянство уровня содержания влаги в волокнах. Использование волокон естественного происхождения, следовательно, требует удаления водяного пара, чего нет в случае стеклянных или целлюлозных волокон, используемых обычно в композиционных материалах. Таким образом, способы, описанные в EP 0 041 054 и EP0102335 нельзя применять как таковые по отношению к природным волокнам.It should be noted that fibers of natural origin used in the manufacture of felts are usually obtained by defibration, which leads to a completely random level of moisture content in them. This substantially variable level of moisture content implies that their use is limited compared to fibers commonly used for the manufacture of composite materials such as fiberglass. It is known that the presence of water has a strong influence on the reproducibility of the results in the form of the final product if the manufacturing methods used do not take into account the inconsistency of the moisture content in the fibers. The use of fibers of natural origin, therefore, requires the removal of water vapor, which is not the case with glass or cellulose fibers, usually used in composite materials. Thus, the methods described in
Как уже упоминалось, волокна подложки, используемой для изготовления композиционного материала, соответствующего изобретению, являются волокнами естественного происхождения, среди которых мы можем, в частности, упомянуть базальтовые, лен, коноплю, подсолнух, бамбук, или кукурузу. Однако в случае, когда требуемый конечный продукт отличается превосходной теплостойкостью, а также устойчивостью к высоким уровням механической нагрузки, используемые волокна предпочтительно являются базальтовыми волокнами. Известно, что волокна растительного происхождения, разложение которых под воздействием теплового потока происходит при более низкой температуре, не являются подходящими в качестве составляющих конечного материала, который предположительно будет подвергаться воздействию окружающих условий с высоким уровнем тепловой нагрузки.As already mentioned, the fibers of the substrate used to make the composite material according to the invention are fibers of natural origin, among which we can, in particular, mention basalt, flax, hemp, sunflower, bamboo, or corn. However, in the case where the desired end product is characterized by excellent heat resistance as well as resistance to high levels of mechanical stress, the fibers used are preferably basalt fibers. It is known that fibers of plant origin, the decomposition of which under the influence of the heat flux occurs at a lower temperature, are not suitable as components of the final material, which is expected to be exposed to environmental conditions with a high level of heat load.
В соответствии с предпочтительным вариантом воплощения материала, соответствующего изобретению, подходящего для окружающих условий с высоким уровнем тепловой нагрузки, используют базальтовые волокна украинского происхождения, или, при его отсутствии, российского происхождения, которые отличаются, в частности, относительно высоким уровнем содержания оливина, как правило, выше 15% (процентное содержание по массе). Такой уровень содержания оливина преимущественно позволяет получать хорошую равномерность диаметра волокон, полученных формованием, и обеспечивает данные волокна подходящими характеристиками в отношении механической прочности и теплостойкости.In accordance with a preferred embodiment of the material corresponding to the invention, suitable for environmental conditions with a high level of heat load, basalt fibers of Ukrainian origin, or, in its absence, of Russian origin, which differ, in particular, with a relatively high level of olivine, are used, as a rule , above 15% (percentage by weight). This level of olivine content mainly allows you to get a good uniformity of the diameter of the fibers obtained by molding, and provides these fibers with suitable characteristics with respect to mechanical strength and heat resistance.
Таким образом, используемое базальтовое волокно предпочтительно имеет свойства, представленные ниже в Таблице 1.Thus, the basalt fiber used preferably has the properties shown in Table 1 below.
В предпочтительном варианте воплощения композиционного материала согласно изобретению, используемые войлоки являются войлоками, предлагаемыми компанией Basaltex, а конкретнее, марки 4/120 и 6/130 из серии BCF Fibers Needlefelts/Mats, соответствующие значениям веса, равным 480 и 780 г/м2 соответственно.In a preferred embodiment of the composite material according to the invention, the felts used are those offered by Basaltex, and more specifically, grades 4/120 and 6/130 from the BCF Fibers Needlefelts / Mats series, corresponding to weights of 480 and 780 g / m 2, respectively .
В соответствии с изобретением, используемые войлоки предпочтительно являются иглопробивными с двух поверхностей, причем известными способами, так чтобы обеспечивать целостность войлока на протяжении цикла производства вспененного композиционного материала. Иглопробивание предпочтительно осуществляется при подаче дополнительного полиэтиленового волокна.In accordance with the invention, the felt used is preferably needle-punched from two surfaces, moreover, by known methods, so as to ensure the integrity of the felt throughout the production cycle of the foamed composite material. Needle piercing is preferably carried out by supplying additional polyethylene fiber.
К тому же, следует отметить, что по понятным причинам, связанным с регулированием процесса пропитки войлока (оптимальное смачивание волокон в трех пространственных направлениях) смолой, запрещается любая предшествующая поверхностная обработка волокна, такая как смазка.In addition, it should be noted that for obvious reasons related to the regulation of the process of impregnating the felt (optimal wetting of the fibers in three spatial directions) with resin, any previous surface treatment of the fiber, such as lubrication, is prohibited.
В соответствии с данным изобретением, смолы, используемые для изготовления композиционного материала, предпочтительно являются водоосновными смолами, такими как смолы фенольного типа и, в частности, фенолформальдегидными смолами. При этом, под термином «водоосновная смола» понимается водный раствор смолы, содержащий воду и смолу. Преимущественно, такие смолы обладают особенно хорошими характеристиками для обеспечения конечного композиционного материала отличной теплостойкостью. Известно, что когда они подвержены воздействию тепла, сильно эндотермическое явление химического превращения приводит к образованию защитного углерод-содержащего слоя на их поверхности, который выступает в качестве препятствия для передачи этого тепла. Более того, поскольку они разрушены, такие смолы не выделяют вредных для здоровья человека дымовых газов, что позволяет использовать их для внутреннего оборудования салонов, предназначенных для оснащения транспортных средств для перевозки пассажиров.In accordance with this invention, the resins used to make the composite material are preferably water-based resins, such as phenolic resins and, in particular, phenol-formaldehyde resins. Moreover, the term "water-based resin" refers to an aqueous solution of a resin containing water and resin. Advantageously, such resins have particularly good characteristics to provide the final composite material with excellent heat resistance. It is known that when they are exposed to heat, the highly endothermic phenomenon of chemical transformation leads to the formation of a protective carbon-containing layer on their surface, which acts as an obstacle to the transfer of this heat. Moreover, since they are destroyed, such resins do not emit flue gases that are harmful to human health, which allows them to be used for interior equipment of salons designed to equip vehicles for the transport of passengers.
В соответствии с другим вариантом, используемые смолы могут быть водоосновными природными смолами, полученными из In another embodiment, the resins used may be water-based natural resins derived from
биологических источников, такие как древесные смолы, или фенольные смолы растительного происхождения (виноградные танины).biological sources such as wood resins, or plant phenolic resins (grape tannins).
В соответствии с данным изобретением, вязкость применяемой смолы соответствует плотности применяемого для изготовления материала войлока таким образом, чтобы пропитать указанный войлок равномерно по всей толщине. Использование смолы, вязкость которой является неподходящей, приведет к образованию конечного продукта, который является неоднородным, или имеет отношение массовой доли смолы к массовой доле волокон далекое от значений, которые обеспечивают конечный продукт требуемыми механическими, тепловыми и акустическими свойствами.According to the invention, the viscosity of the resin used corresponds to the density of the felt used for the manufacture of the material so as to impregnate said felt uniformly throughout the thickness. The use of a resin, the viscosity of which is inappropriate, will lead to the formation of a final product that is heterogeneous or has a ratio of the mass fraction of resin to the mass fraction of fibers far from the values that provide the final product with the required mechanical, thermal and acoustic properties.
Таким образом, можно отметить в качестве руководства, что смола с вязкостью 300 мПа·с обеспечивает равномерную пропитку базальтового войлока с плотностью 780 г/м2.Thus, it can be noted as a guideline that a resin with a viscosity of 300 mPa · s provides uniform impregnation of basalt felt with a density of 780 g / m 2 .
Следует отметить, что при необходимости имеется возможность добавления к ней воды с целью регулирования уровня ее вязкости.It should be noted that, if necessary, it is possible to add water to it in order to regulate the level of its viscosity.
В соответствии с данным изобретением, вспенивающую добавку можно выбирать из вспенивающих добавок, обычно применяемых для данного типа практического использования. В предпочтительном варианте осуществления данного изобретения вспенивающая добавка предпочтительно содержит микросферы типа Expancel®, поставляемые компанией Akzo Nobel. Вспенивающая добавка также может быть типа изобутана, а также может быть выбрана из природных дрожжей, или химических разрыхлителей.In accordance with this invention, a blowing agent can be selected from blowing agents commonly used for this type of practical use. In a preferred embodiment of the invention, the blowing agent preferably comprises Expancel® type microspheres sold by Akzo Nobel. The blowing agent may also be of the isobutane type, and may also be selected from natural yeast, or chemical disintegrants.
Как правило, композиционный материал, соответствующий данному изобретению, состоит в диапазоне от 20% до 60% по массе из волокон естественного происхождения и в интервале от 40% до 80% из смеси смолы + вспенивающей добавки.Typically, the composite material of this invention is in the range of 20% to 60% by weight of naturally occurring fibers and in the range of 40% to 80% of the resin + blowing agent mixture.
Количество вспенивающей добавки, как правило, составляет от 5% масс. до 25% масс., исходя из массы конечного композиционного материала.The amount of blowing agent, as a rule, is from 5% of the mass. up to 25% of the mass., based on the mass of the final composite material.
С точки зрения массового состава, композиционный материал, соответствующий данному изобретению, содержит приблизительно 30% масс. природных волокон в виде войлока и 70% масс. смеси, состоящей из смолы и вспенивающей добавки. Смесь смолы и вспенивающей добавки в свою очередь состоит приблизительно из 80% смолы и 20% вспенивающей добавки.From the point of view of mass composition, the composite material corresponding to this invention contains approximately 30% of the mass. natural fibers in the form of felt and 70% of the mass. a mixture of resin and a blowing agent. The mixture of resin and blowing agent in turn consists of approximately 80% resin and 20% blowing agent.
Таким образом, соблюдая данные пропорции и применяя описанный выше способ изготовления, получают композиционный материал, который, если сравнивать с материалами промышленного изготовления (древесина, пластмассы, слоистые материалы, сотопласты, алюминиевая лента и т.д.), обычно используемыми в предложенных областях практического применения (оборудование салона самолета, теплоизоляционные коробы и перегородки, смотровые люки для самолета и т.д.), преимущественно имеет следующие свойства:Thus, observing these proportions and applying the manufacturing method described above, we obtain a composite material, which, when compared with industrial materials (wood, plastics, laminated materials, honeycomb, aluminum tape, etc.) commonly used in the proposed areas of practical Applications (equipment of the aircraft cabin, heat-insulating boxes and partitions, inspection hatches for the aircraft, etc.), mainly has the following properties:
- хорошая равномерность волокон, дающая одинаковое расширение в пространстве. Эта равномерность определяется по (случайному) распределению почти постоянной концентрации волокон в трех измерениях материала;- good uniformity of the fibers, giving the same expansion in space. This uniformity is determined by the (random) distribution of an almost constant fiber concentration in three dimensions of the material;
- Изменяемая плотность, регулируемая при изготовлении в интервале от 20 кг/м3 до 1500 кг/м3. Настройка плотности согласно предполагаемой области практического применения позволяет достигать экономии за счет бортового веса;- Variable density, adjustable during manufacture in the range from 20 kg / m 3 to 1500 kg / m 3 . Density adjustment according to the intended field of practical application allows to achieve savings due to the side weight;
- Изменяемая толщина, регулируемая при изготовлении в интервале от 2 мм до 150 мм;- Variable thickness, adjustable during manufacture in the range from 2 mm to 150 mm;
- механические свойства, соответствующие стандартам NF EN ISO 844 (сопротивление раздавливанию) и NF EN ISO 179-1 (ударная прочность по Шарпи): материал может рассматриваться в качестве строительного элемента, в частности, в некоторых областях применения, для внутреннего оснащения салонов транспортных средств для перевозки пассажиров, при этом прочностные характеристики и внешний вид получаемого материала являются подходящими, например, чтобы обеспечить привлекательность его использования для изготовления мебели для салонов гражданских самолетов;- mechanical properties in accordance with NF EN ISO 844 (crush resistance) and NF EN ISO 179-1 (Charpy impact strength): the material can be considered as a building element, in particular in some applications, for interior equipment of vehicle interiors for the carriage of passengers, while the strength characteristics and appearance of the material obtained are suitable, for example, to ensure the attractiveness of its use for the manufacture of furniture for civil aircraft at;
- тепловые и акустические свойства, которые делают его подходящим для использования в качестве материала для тепловой или акустической изоляции в любой практической области, требующей отличные способности к тепловому затуханию (включая противопожарное назначение) и/или акустическому затуханию. Композиционные материалы, соответствующие изобретению, в частности, можно использовать для изготовления конструкций, которые удовлетворяют действующим нормативам огне- и дымозащиты в различных областях деятельности, таких как, в частности, воздушные перевозки, а именно стандарту ISO 2685 (издание 1998) или стандарту FAA AC 20-135, или даже огнеупорных конструкций, попадающих под действие последнего стандарта, при этом их огнестойкость зависит от толщины и плотности используемого материала;- thermal and acoustic properties that make it suitable for use as a material for thermal or acoustic insulation in any practical field requiring excellent thermal attenuation (including fire protection) and / or acoustic attenuation. Composite materials in accordance with the invention, in particular, can be used for the manufacture of structures that meet current fire and smoke protection standards in various fields of activity, such as, in particular, air transportation, namely ISO 2685 (1998 edition) or FAA AC standard 20-135, or even refractory structures falling under the last standard, while their fire resistance depends on the thickness and density of the material used;
- Простота демонтажа, связанная с использованием природных волокон, в частности, базальтовых волокон, которые благодаря внутренним физическим характеристикам (наименьший диаметр формованного волокна, образование трещин по длине волокна практически исключено) не представляют собой опасности для здоровья лица, использующего материал (диаметр волокон находится выше предела «возможности вдыхания»), и, соответственно, лиц, в обязанности которых входят работы, связанные с демонтажем по окончании срока службы изделий, изготовленных из композиционного материала согласно изобретению.- The ease of dismantling associated with the use of natural fibers, in particular, basalt fibers, which due to the internal physical characteristics (the smallest diameter of the formed fiber, the formation of cracks along the length of the fiber is practically excluded) do not pose a risk to the health of the person using the material (fiber diameter is higher the limit of “inhalation potential”), and, accordingly, persons whose responsibilities include work related to dismantling at the end of the service life of products made from compo itsionnogo material according to the invention.
Кроме того, композиционный материал, соответствующий изобретению, не ухудшает передачу радиоволн и, таким образом, может быть использован в областях, связанных с защитой передатчиков и приемных устройств, например, в радиолокационном оборудовании.In addition, the composite material corresponding to the invention does not impair the transmission of radio waves and, thus, can be used in areas related to the protection of transmitters and receivers, for example, in radar equipment.
С другой стороны, композиционный материал, изготовленный с использованием количественных отношений компонентов, выходящих за пределы указанных интервалов, отличается другими свойствами.On the other hand, a composite material made using quantitative ratios of components beyond these ranges has other properties.
Например, материал, массовая доля волокон в котором составляет менее 20%, уже не будет обладать требуемыми механическими свойствами, чтобы рассматривать возможность его применения в качестве конструкционного материала, даже для областей применения, не требующих высоких уровней механической прочности.For example, a material with a fiber mass fraction of less than 20% will no longer have the required mechanical properties in order to consider the possibility of its use as a structural material, even for applications that do not require high levels of mechanical strength.
При этом материал, массовая доля волокон в котором составляет более 40%, не будет иметь характеристики, связанные с достаточной плотностью (после вспенивания), что, соответственно, In this case, the material, the mass fraction of fibers in which is more than 40%, will not have characteristics associated with sufficient density (after foaming), which, accordingly,
понизит способность материала быть устойчивым к раздавливанию.reduce the ability of the material to be resistant to crushing.
В отдельных вариантах осуществления композиционный материал, соответствующий изобретению, может содержать дополнительные к описанным выше компоненты для придания ему дополнительных свойств, таких как устойчивость к загрязняющим химическим веществам, или увеличения или уменьшения его электрического сопротивления, или даже эстетических свойств. Такие компоненты можно, в частности, добавлять в водную смесь смолы и вспенивающего компонента, главным образом, когда они являются, например, бактерицидными компонентами (типа лаурилдиметилбензиламмония хлорида), или органометаллическими пигментами (красителями), распределенными в водной фазе.In certain embodiments, the composite material of the invention may contain additional components to the components described above to give it additional properties, such as resistance to polluting chemicals, or to increase or decrease its electrical resistance, or even aesthetic properties. Such components can, in particular, be added to the aqueous mixture of the resin and the foaming component, mainly when they are, for example, bactericidal components (such as lauryl dimethylbenzylammonium chloride), or organometallic pigments (dyes) distributed in the aqueous phase.
Композиционный материал, соответствующий данному изобретению, может также содержать другие вещества и добавки, применяемые, как правило, в рассмотренных областях: разделительные компоненты для пресс-форм, а также повышающие огнестойкость средства, в частности, для волокон естественного происхождения.The composite material corresponding to this invention may also contain other substances and additives used, as a rule, in the areas considered: release agents for molds, as well as flame retardants, in particular for fibers of natural origin.
Следует отметить, что композиционный материал, изготовленный в соответствии с изобретением, может иметь в значительной степени регулируемую плотность, как упоминалось выше. Таким образом, при заданном весе компонентов, плотность будет обратно пропорциональной к толщине конечного продукта. Поэтому, исходя из того, что толщина материала, изготовленного в соответствии с данным изобретением, может иметь значение в интервале от 2 мм до 150 мм, плотность материала может различаться в 75 раз и, таким образом, может иметь значение в интервале от 20 кг/м3 до 1500It should be noted that a composite material made in accordance with the invention may have a significantly adjustable density, as mentioned above. Thus, for a given weight of the components, the density will be inversely proportional to the thickness of the final product. Therefore, based on the fact that the thickness of the material made in accordance with this invention may have a value in the range from 2 mm to 150 mm, the density of the material may vary 75 times and, thus, may have a value in the range from 20 kg / m 3 to 1500
Следует также отметить, что в контексте данного изобретения плотность полученных из материала досок можно также регулировать путем изменения доли вводимой в смесь вспенивающей добавки. По возможности, указанная доля вспенивающей добавки устанавливается номинально на уровне 15% (в массовых процентах исходя из массы водного раствора) для компонентов с большими значениями толщины и может быть снижена до 12% для компонентов со средними значениями толщины.It should also be noted that in the context of the present invention, the density of the boards obtained from the material can also be controlled by changing the proportion of the foaming additive introduced into the mixture. If possible, the specified proportion of blowing agent is nominally set at 15% (in mass percent based on the weight of the aqueous solution) for components with large thicknesses and can be reduced to 12% for components with average thicknesses.
Композиционные материалы, соответствующие изобретению, как описано выше, изготавливаются с применением нового способа, описанного в данном документе и кратко изложенного с помощью блок-схемы на Фиг. 1. В соответствии с изобретением, применяемый способ изготовления включает в себя следующие стадии:Composite materials according to the invention, as described above, are manufactured using the new method described herein and summarized using the flowchart in FIG. 1. In accordance with the invention, the manufacturing method used includes the following steps:
- первую стадию 11 пропитки войлока из волокон, образующих подложку, водоосновной смесью термоотверждаемой смолы и вспенивающей добавки,- the
- вторую стадию 12 обезвоживания пропитанной подложки,- the
- третью стадию 13 вспенивания пропитанной и обезвоженной подложки,- the
- четвертую стадию 14 удаления водяного пара, содержащегося в образовавшемся композиционном материале.- the
В соответствии с изобретением, за этими четырьмя стадиями изготовления предпочтительно следует завершающая стадия 15 стабилизации изготовленного материала, полученного по завершении четырех стадий изготовления.According to the invention, these four manufacturing steps are preferably followed by the
Как показано на Фиг. 2, стадию 11 пропитки волокон, образующих подложку 21, можно осуществлять поливанием подложки смесью смолы и вспенивающей добавки при ее подаче самотеком, как указано стрелками 23, или путем погружения (не показано) в ванну со смесью смолы и вспенивающей добавки в водной фазе. Она включает в себя операцию пропускания через каландр. Весовая доля смолы в войлоке, или степень пропитки, в данном случае зависит от скорости потока смеси смолы/вспенивающей добавки, от расстояния между центрами валков 24 и 25 каландра, а также от скорости подачи войлока. Предпочтительно, чтобы пропитка осуществлялась с использованием скорости подачи волокнистого армирующего наполнителя равной 2 метрам в минуту. При использовании войлока высокой плотности можно осуществлять две последовательных технологических операции пропитки (с двух поверхностей), чтобы поспособствовать пропитке до самого центра волокнистого армирующего наполнителя.As shown in FIG. 2, the
В соответствии с другим вариантом, пропитку волокнистого войлока можно также осуществлять способом RTM (инжекция смолы в форму), который позволяет получать монолитные детали со сложными геометрическими формами, а также функционализированные (например, интеграция приборов, или измерительные датчики), ограничивая, таким образом, работы, связанные с механической сборкой в предполагаемых областях применения.According to another embodiment, the fiber felt can also be impregnated using the RTM method (injection of resin into the mold), which allows one to obtain monolithic parts with complex geometric shapes, as well as functionalized (for example, instrument integration, or measuring sensors), thus limiting mechanical assembly work in intended applications.
В конце стадии пропитки получают подложку 22, пропитанную смесью смола/вспенивающая добавка, которая имеет приблизительно следующие массовые доли компонентов:At the end of the impregnation step, a
70% смеси смола/вспенивающая добавка,70% resin / blowing agent mixture
30% волокнистых армирующих наполнителей.30% fibrous reinforcing fillers.
Вторая стадия 12 обезвоживания пропитанной подложки 22 перед стадией вспенивания 13 заключается в доведении уровня содержания влаги в пропитанной подложке 22 до значения предпочтительно находящегося в интервале от 10% до 13% по массе, понимая, что, как правило, уровень содержания влаги в интервале от 8% до 15% после обезвоживания является подходящим для осуществления следующих стадий способа, соответствующего изобретению, при этом уровень содержания влаги пропитанной подложки 22 в конце стадии обезвоживания зависит от ее толщины.The
В соответствии с изобретением, стадию 12 обезвоживания пропитанной подложки можно проводить простым испарением с воздухообменом, или путем испарения/конденсации в ограниченной среде таким образом, чтобы не разрушить структуру волокон.In accordance with the invention, the
Однако в предпочтительном варианте осуществления данной стадии обезвоживания 12, пропитанную подложку 22, предварительно размещенную на пористом основании, например, металлической решетке, выдерживают в течение времени, приблизительно равного 24 часам, в климатической камере, имеющей внутреннюю систему вентиляции, в которой она подвергается, как показано на Фиг. 3, воздействию последовательности циклов нагревания 31 и охлаждения 32, при этом температура, до которой материал охлаждают или нагревают предпочтительно меняется в интервале от -10°С до +25°С.However, in a preferred embodiment of this
В конце стадии обезвоживания 12 пропитанная подложка имеет, таким образом, отрегулированное содержание влаги, что позволяет проводить следующие стадии 13 и 14 вспенивания и удаления водяного пара. Соответственно, в таком случае можно сразу перейти к следующим стадиям 13 и 14 и завершить изготовление материала. В соответствии с другим вариантом можно отложить завершение изготовления, а также отложить проведение третьей и четвертой стадий, направляя пропитанную и обезвоженную подложку на хранение 111. Последняя в таком случае, однако, должна быть упакована таким образом, чтобы сохранялся полученный уровень влажности.At the end of the
Следует отметить, что, как правило, предпочтительно обезвоживать пропитанную подложку в той форме, которая требуется для конечного материала. В данном случае пропитанную подложку обезвоживают в то время, когда она помещена в шаблон, соответствующий указанной форме, при этом все располагается в упомянутой выше климатической камере.It should be noted that, as a rule, it is preferable to dehydrate the impregnated substrate in the form that is required for the final material. In this case, the impregnated substrate is dehydrated at the time when it is placed in a template corresponding to the specified form, while everything is located in the above-mentioned climatic chamber.
Третья стадия 13 способа изготовления композиционного материала, соответствующего изобретению, относится к вспениванию обезвоженной пропитанной подложки 22. Она предпочтительно проводится с помощью нагревательного оборудования при повышении температуры подложки до температуры выше или равной температуре вспенивания вспенивающей добавки, например, до температуры, как правило, находящейся в диапазоне от 75°C до 180°С, предпочтительно в диапазоне от 90°С до 130°С. В качестве варианта, данную стадию можно проводить путем подвергания пропитанной и обезвоженной подложки воздействию низкоэнергетического или сверхвысокочастотного электромагнитного излучения.The
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, показанном на Фиг. 5 и 6, данную стадию проводят при помощи пресса с подогревом при температуре нагрева предпочтительно находящейся в диапазоне от 130°С до 180°С, такой температуре, которая дает возможность одновременно осуществить активацию вспенивающей добавки и сшивание смолы. Пресс с подогревом предпочтительно позволяет накладывать противодавление, ограничивающее вспенивание материала, вызванное нагреванием.In accordance with the preferred embodiment shown in FIG. 5 and 6, this stage is carried out using a heated press at a heating temperature preferably in the range from 130 ° C to 180 ° C, such a temperature that makes it possible to simultaneously activate the foaming additive and crosslink the resin. The heated press preferably allows a back pressure to be applied to limit foaming of the material caused by heating.
В данном предпочтительном варианте осуществления, время нахождения в прессе при этом определяется, как поясняется номограммой на Фиг. 4, в зависимости от толщины (и, таким образом, от плотности) материала, который необходимо получить для применения в рассматриваемой области. В данном случае использование пресса с подогревом преимущественно дает возможность регулировать конечную толщину получаемого материала 18 после вспенивания.In this preferred embodiment, the time spent in the press is determined, as explained by the nomogram in FIG. 4, depending on the thickness (and, thus, on the density) of the material, which must be obtained for use in this field. In this case, the use of a heated press advantageously makes it possible to adjust the final thickness of the resulting
В соответствии с данным предпочтительным вариантом осуществления, стадия 13 вспенивания композиционного материала согласно изобретению включает в себя проведение следующих технологических операций:In accordance with this preferred embodiment, the
- предварительное нагревание пресса,- pre-heating the press,
- Размещение на своем месте оборудования и средств для регулирования толщины, а также геометрии элемента из композиционного материала, который необходимо получить. В случае плоского элемента 51, такого как плита, такие средства, например, включают в себя металлические блоки 52, размещенные между верхней плитой 53 и нижней плитой 54 пресса, тогда как в случае детали 61, имеющей заданный объем, такие средства включают в себя, например, как показано на Фиг. 6, полости 62 и 63, соответствующие форме детали, при этом полости используются, например, для придания формы пропитанной подложке;- Placement in place of equipment and means for adjusting the thickness, as well as the geometry of the element from the composite material to be obtained. In the case of a
- помещение разделительного компонента для пресс-форм (не показано на Фиг. 6 и 7) на нижнюю плиту пресса, а также на верхнюю поверхность пропитанной подложки. Этот разделительный компонент для пресс-формы состоит, например, из пергаментной бумаги.- placing the separation component for the molds (not shown in Fig. 6 and 7) on the lower plate of the press, as well as on the upper surface of the impregnated substrate. This release component for the mold consists, for example, of parchment paper.
- помещение пропитанной подложки на нижнюю плиту пресса.- placing the impregnated substrate on the bottom plate of the press.
- подача давления на пресс, при этом значения приложенного давления зависят от толщины, которую должен иметь элемент после вспенивания, являясь, например, значениями, предварительно записанным в системе управления пресса.- applying pressure to the press, while the values of the applied pressure depend on the thickness that the element must have after foaming, being, for example, the values previously recorded in the press control system.
В соответствии с изобретением, противодавление, прикладываемое на пропитанную подложку с целью ограничения ее вспенивания до требуемой величины, будет, таким образом, как правило, иметь значение в интервале от 75 до 200 тонн в случае рассматриваемых областей практического применения.According to the invention, the back pressure applied to the impregnated substrate in order to limit its foaming to the desired value will thus generally have a value in the range of 75 to 200 tons in the case of the practical applications under consideration.
В конце стадии вспенивания необходимо, чтобы присутствующие в различном количестве летучие компоненты, удерживаемые в материале и, в частности, водяной пар, связанный с использованием волокон естественного происхождения, были удалены из материала. Четвертая стадия 14 способа изготовления композиционного материала 18 согласно изобретению относится к переходу к указанному удалению. Данная стадия, длительность которой, в частности, зависит от толщины изготовленного элемента из материала, или изготовленной детали, является необходимой для поддержания структурной целостности вышеуказанной детали.At the end of the foaming step, it is necessary that the volatile components present in various amounts held in the material and, in particular, the water vapor associated with the use of fibers of natural origin, be removed from the material. The
Она предпочтительно применяется в случае, когда изготовленный элемент из композиционного материала имеет сложную геометрическую форму, имеет неплоские поверхности, например, искривленные поверхности, при этом изготовление такого элемента требует размещения между плитами пресса формы, в которую целиком помещается элемент. В случае плоского элемента стандартной толщины (≤12 мм), удерживаемый в материале водяной пар выходит естественным образом по краям элемента, при этом для регулирования толщины предварительно устанавливаются блоки при обеспечении вентиляционных отверстий, достаточных для удаления летучих компонентов при осуществлении стадии вспенивания.It is preferably used in the case when the manufactured element from a composite material has a complex geometric shape, has non-planar surfaces, for example, curved surfaces, and the manufacture of such an element requires placing a mold in which the entire element is placed between the press plates. In the case of a flat element of standard thickness (≤12 mm), the water vapor retained in the material flows naturally along the edges of the element, while to control the thickness, blocks are pre-installed while providing ventilation openings sufficient to remove volatile components during the foaming stage.
В соответствии с изобретением, данная стадия удалении 14 водяного пара преимущественно следует за стадией вспенивания 13. Она заключается в осуществлении частичного снижения давления, которое позволяет выйти водяному пару, изначально присутствующему в пропитанной подложке.According to the invention, this step of removing
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления способа, соответствующего изобретению, осуществление вышеуказанной стадии, длящейся приблизительно 30 секунд, только один раз после стадии 13, как показано на Фиг. 7 и Фиг. 1, является достаточным при изготовлении деталей из материала с толщиной меньше чем, или равной 12 мм. Однако при значениях толщины материала выше чем, или равным 13 мм, для удаления воды из пропитанной подложки может потребоваться проведение одной стадии 14 несколько раз, к примеру, два раза. В таком случае она осуществляется первый раз 141 перед осуществлением стадии вспенивания 13, а второй раз 142 сразу после осуществления последней, как показано на Фиг. 8 и Фиг. 9.According to a preferred embodiment of the method of the invention, the implementation of the above step lasts approximately 30 seconds, only once after
Перед каким-либо использованием материала полученного, таким образом, по завершении четырех стадий изготовления в соответствии с требованиями, последний подвергают завершающей стадии 15 стабилизации, заключающейся в том, что изготовленный элемент из материала 18 оставляют в состоянии покоя в горизонтальной плоскости на время, достаточное для достижения комнатной температуры естественным образом. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данной завершающей стадии, нахождение элемента из материала в состоянии покоя длится, по меньшей мере, 2 часа. Такая завершающая стадия стабилизации, в частности, позволяет уменьшить механические напряжения в материале, при этом такое уменьшение напряжений обеспечивает его структурную целостность (т.е. отсутствие внутренних дефектов), а также поддерживает его геометрические характеристики. Таким образом, получается элемент из композиционного материала 19, готовый для использования при изготовлении требуемого изделия, или конструкции.Before any use of the material obtained, thus, upon completion of the four stages of manufacturing in accordance with the requirements, the latter is subjected to the
Кроме того, полученный таким образом материал, соответствующий изобретению может в зависимости от его практического назначения быть подвержен дополнительным процессам обработки, таким как покраска, нанесение поверхностного покрытия, образующего механическую защиту, или наделяющего материал некоторыми эстетическими свойствами.In addition, the material thus obtained corresponding to the invention may, depending on its practical purpose, be subjected to additional processing processes, such as painting, applying a surface coating that forms a mechanical protection, or endows the material with some aesthetic properties.
Таким образом, при применении способа, соответствующего изобретению, с использованием описанных в данной заявке компонентов, успешно получается композиционный материал, который имеет характеристики состава и строения, а также физические свойства (механические, тепловые и акустические) такого качества, чтобы представлять собой решение упомянутых выше проблем, таких проблем, удовлетворительное решение которых не обеспечивается существующими композиционными материалами.Thus, when applying the method corresponding to the invention, using the components described in this application, a composite material is successfully obtained that has the characteristics of composition and structure, as well as physical properties (mechanical, thermal and acoustic) of such quality as to constitute a solution to the above problems, such problems whose satisfactory solution is not provided by existing composite materials.
Следующий практический пример предоставлен в целях иллюстрирования данного изобретения.The following practical example is provided to illustrate the present invention.
Данный пример относится к изготовлению композиционного материала из базальтовых волокон для практического применения в области авиации. Данный материал назван заявителем ROXALTE®.This example relates to the manufacture of a composite material from basalt fibers for practical use in the field of aviation. This material is named by the applicant ROXALTE®.
Материал является композиционным материалом, соответствующим изобретению, изготовленным следуя стадиям способа, соответствующего изобретению, повторно описанного ниже.The material is a composite material according to the invention, made following the steps of the method according to the invention, described again below.
Материал, о котором идет речь, получают исходя из смеси 17 смолы, вспенивающей добавки и воды, при этом все компоненты перемешиваются механическим способом в смесителе с вертикальной мешалкой типа Lödige, или в устройстве в виде вращающегося барабана, в течение приблизительно 20 минут.The material in question is obtained from a mixture of 17 resin, a blowing agent and water, all components being mechanically mixed in a mixer with a vertical mixer of the Lödige type, or in a device in the form of a rotating drum, for approximately 20 minutes.
Смесь фенольной смолы/вспенивающей добавки в данном случае готовится таким образом, что доли компонентов в готовой смеси соответствуют представленным ниже в Таблице 2.In this case, the phenolic resin / blowing agent mixture is prepared in such a way that the proportions of the components in the finished mixture correspond to those presented in Table 2 below.
- Expancel 642 WU 40
- Вода- Phenolic resin [Casconol PF 1535]
- Expancel 642
- Water
15%
8%77%
fifteen%
8%
Описанную выше смесь перемешивают механическим способом в 28The above mixture was mechanically mixed in 28
смесителе с вертикальной мешалкой типа Lödige в течение 10 минут (время для достижения однородности смеси).mixer with a vertical mixer of the Lödige type for 10 minutes (time to achieve uniformity of the mixture).
Вышеуказанная смесь используется для осуществления пропитки 11 при подаче самотеком и пропускании через каландр войлока 16, являющегося иглопробивным с двух поверхностей при подаче полиэтиленового волокна, вес которого составляет 780 г/м2, при этом указанный войлок распространяется компанией Basaltex под кодом 6/130 из серии BCF Fibers Needlefelts/Mats, при этом требуемое конечное весовое соотношение наполнитель/смола, которое регулируется пропусканием через каландр, составляет 30/70.The above mixture is used to impregnate 11 when feeding by gravity and passing through
После пропитки фенольной смолой, войлок 11 подвергают стадии 12 обезвоживания в течение 24 часов, в ходе которой придерживаются температурного режима, представленного на Фиг. 3.After impregnation with phenolic resin, the felt 11 is subjected to a
В конце в данном случае проводят стадию вспенивания 13 с использованием пресса при механическом давлении, равном 80 тонн.In the end, in this case, the foaming
Изготовленный таким образом образец материала ROXALTE®, свойства которого повторно изложены ниже, был затем охарактеризован испытаниями на огнестойкость. Результаты этих испытаний, проанализированные в соответствии со стандартами FAA АС20-135 и ISO 2685 (издание 1998), позволяют нам утверждать, что материал ROXALTE® являлся огнестойким или «пожаробезопасным».The ROXALTE® material sample thus prepared, the properties of which are reiterated below, was then characterized by fire tests. The results of these tests, analyzed in accordance with FAA AC20-135 and ISO 2685 (1998 edition), allow us to state that the ROXALTE® material was fireproof or “fireproof”.
Размеры плоских образцов: 25,4×25,4 смDimensions of flat samples: 25.4 × 25.4 cm
Испытанные значения толщины: 7 и 14 ммTested thicknesses: 7 and 14 mm
Плотность материала: 150 и 300 кг/м3 Material density: 150 and 300 kg / m 3
Огнестойкость >17 минутFire resistance> 17 minutes
Claims (21)
- подложки (16, 21) из природного волокна, имеющей войлочную структуру, при этом вышеуказанный войлок является иглопробивным с двух поверхностей при подаче дополнительного полиэтиленового волокна;
- термоотверждаемой матрицы, образованной из водоосновной смолы, выполненной для полной пропитки подложки;
- вспенивающей добавки, распределенной в матрице, вспенивание которой инициируется ее нагреванием до заданной температуры, при этом вспенивающая добавка вместе с термоотверждаемой матрицей образует водную смесь (17), объединяемую с подложкой путем пропитки;
массовые доли используемых подложки и термоотверждаемой матрицы определяются таким образом, чтобы получить пропитанную подложку, которая после сушки имеет следующие массовые доли компонентов:
- в диапазоне от 60% до 80% смолы,
- в диапазоне от 40% до 20% волокон.
массовая доля вспенивающей добавки в водной смеси (17) составляет от 10% до 15%.1. Composite material (18), characterized in that it consists of:
- substrates (16, 21) of natural fiber having a felt structure, wherein the above felt is needle-punched from two surfaces when additional polyethylene fiber is fed;
- thermoset matrix formed from a water-based resin, made for complete impregnation of the substrate;
- a foaming additive distributed in the matrix, the foaming of which is initiated by heating it to a predetermined temperature, while the foaming additive together with the thermoset matrix forms an aqueous mixture (17), combined with the substrate by impregnation;
mass fractions of the used substrate and thermoset matrix are determined in such a way as to obtain an impregnated substrate, which after drying has the following mass fractions of components:
- in the range from 60% to 80% of the resin,
- in the range from 40% to 20% of the fibers.
the mass fraction of the blowing agent in the aqueous mixture (17) is from 10% to 15%.
- волокна: 30%,
- смола: 70%.9. Material according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that it contains a substrate of fibers and a thermoset matrix (water-based) with the following mass fractions:
- fiber: 30%,
- resin: 70%.
- волокна: 40%,
- смола: 60%.10. The material according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that it contains a substrate of fibers and a thermoset matrix (water-based) with the following mass fractions:
- fiber: 40%,
- resin: 60%.
- первую стадию (11), на которой пропитывают волокнистую подложку (16, 21) водной смесью, при этом пропитку осуществляют гравитационным распылением на, по меньшей мере, одну из поверхностей подложки (16, 21) и пропускают через каландр,
- вторую стадию (12), на которой удаляют воду из пропитанной подложки (22), при этом удаление воды осуществляют сушкой пропитанной подложки (22) и искусственной вентиляцией, при этом сушка осуществляется в соответствии с чередованием циклов (31, 32) подвергания пропитанной подложки (22) воздействию положительной температуры выше 20°С и отрицательной температуры ниже -5°С,
- третью стадию (13), на которой активируют вспенивающую добавку, при этом вспенивание вызывается путем повышения температуры пропитанной и обезвоженной подложки, при наложении на подложку ограничителя объема,
- четвертую стадию (14), на которой удаляют летучие вещества, удерживаемые в полученном материале, при этом удаление осуществляется проведением стадии поверхностной декомпрессии полученного материала в начале (81) и/или в конце вспенивания (71, 82).13. A method of manufacturing a composite material according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that it mainly includes the following stages:
- the first stage (11), on which the fiber substrate (16, 21) is impregnated with an aqueous mixture, the impregnation is carried out by gravitational spraying on at least one of the surfaces of the substrate (16, 21) and passed through a calender,
- the second stage (12), in which water is removed from the impregnated substrate (22), while the water is removed by drying the impregnated substrate (22) and artificial ventilation, while drying is carried out in accordance with the alternation of cycles (31, 32) of exposure of the impregnated substrate (22) exposure to a positive temperature above 20 ° C and a negative temperature below -5 ° C,
- the third stage (13), which activates the foaming additive, while foaming is caused by increasing the temperature of the impregnated and dehydrated substrate, when a volume limiter is applied to the substrate,
- the fourth stage (14), in which the volatiles held in the obtained material are removed, while the removal is carried out by carrying out the surface decompression stage of the obtained material at the beginning (81) and / or at the end of foaming (71, 82).
- предварительно нагревают пресс,
- размещают между двумя плитами (53, 54) пресса приспособления (52, 62, 63) для регулирования толщины, а также геометрии изготавливаемого элемента из композиционного материала;
- помещают разделительный компонент для пресс-форм на нижнюю плиту пресса, а также на верхнюю поверхность пропитанной подложки;
- прикладывают давление на пресс, при этом значение прикладываемого давления зависит от толщины, которую должен иметь элемент после вспенивания.17. The method according to any one of paragraphs. 13 and 14, characterized in that the third stage (13) of foaming is carried out by passing the material through a heated press to impose a back pressure that limits foaming caused by heating, and includes the following steps, in which:
- preheat the press,
- place between the two plates (53, 54) the press of the device (52, 62, 63) for regulating the thickness, as well as the geometry of the manufactured element from composite material;
- place the separation component for the molds on the lower plate of the press, as well as on the upper surface of the impregnated substrate;
- apply pressure to the press, while the value of the applied pressure depends on the thickness that the element must have after foaming.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2011/052210 WO2011101343A1 (en) | 2010-02-19 | 2011-02-15 | Novel composite materials and methods for manufacturing same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013142065A RU2013142065A (en) | 2015-04-10 |
| RU2563498C2 true RU2563498C2 (en) | 2015-09-20 |
Family
ID=49253783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013142065/05A RU2563498C2 (en) | 2011-02-15 | 2011-02-15 | Novel composite materials and methods for production thereof |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CA (1) | CA2827215C (en) |
| RU (1) | RU2563498C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU172108U1 (en) * | 2016-07-27 | 2017-06-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" | CABIN OF A SELF-PROPELLED CHASSIS WITH PROTECTION AGAINST FALLING FROM TOP PRODUCTS |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4410481A (en) * | 1980-10-27 | 1983-10-18 | Osterreichische Hiag-Werke Aktiengesellschaft | Insulating plate and process for the preparation thereof |
| US4432825A (en) * | 1980-05-21 | 1984-02-21 | Kemanord Ab | Method of making foam composite material impregnated with resin |
| EP0102335A1 (en) * | 1982-08-05 | 1984-03-07 | Casco Nobel Aktiebolag (reg. number 556026-1876) | A method for the production of fibre composite materials impregnated with resin |
| DE4207243A1 (en) * | 1992-03-07 | 1993-09-09 | Basf Ag | Porous moulded sheet, used for sound insulation - comprises polyolefin reinforced with vegetable fibre mat, produced by impregnation compression and expansion |
| DE20104584U1 (en) * | 2001-03-14 | 2002-07-25 | Bledzki Andrzej | Composite material |
| RU2002129110A (en) * | 2000-03-31 | 2004-02-27 | Энвиро Консепт Лтд. (Mt) | Composite material from plant fibers, a product from it and method for their manufacture |
| RU2278027C1 (en) * | 2004-11-30 | 2006-06-20 | Александр Иванович Мелешко | Structural composite material and method for production thereof |
| WO2007143646A2 (en) * | 2006-06-07 | 2007-12-13 | Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien | Foamable compositions based on epoxy resins and polyesters |
-
2011
- 2011-02-15 RU RU2013142065/05A patent/RU2563498C2/en not_active IP Right Cessation
- 2011-02-15 CA CA2827215A patent/CA2827215C/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4432825A (en) * | 1980-05-21 | 1984-02-21 | Kemanord Ab | Method of making foam composite material impregnated with resin |
| US4410481A (en) * | 1980-10-27 | 1983-10-18 | Osterreichische Hiag-Werke Aktiengesellschaft | Insulating plate and process for the preparation thereof |
| EP0102335A1 (en) * | 1982-08-05 | 1984-03-07 | Casco Nobel Aktiebolag (reg. number 556026-1876) | A method for the production of fibre composite materials impregnated with resin |
| DE4207243A1 (en) * | 1992-03-07 | 1993-09-09 | Basf Ag | Porous moulded sheet, used for sound insulation - comprises polyolefin reinforced with vegetable fibre mat, produced by impregnation compression and expansion |
| RU2002129110A (en) * | 2000-03-31 | 2004-02-27 | Энвиро Консепт Лтд. (Mt) | Composite material from plant fibers, a product from it and method for their manufacture |
| DE20104584U1 (en) * | 2001-03-14 | 2002-07-25 | Bledzki Andrzej | Composite material |
| RU2278027C1 (en) * | 2004-11-30 | 2006-06-20 | Александр Иванович Мелешко | Structural composite material and method for production thereof |
| WO2007143646A2 (en) * | 2006-06-07 | 2007-12-13 | Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien | Foamable compositions based on epoxy resins and polyesters |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU172108U1 (en) * | 2016-07-27 | 2017-06-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" | CABIN OF A SELF-PROPELLED CHASSIS WITH PROTECTION AGAINST FALLING FROM TOP PRODUCTS |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2827215C (en) | 2017-06-27 |
| RU2013142065A (en) | 2015-04-10 |
| CA2827215A1 (en) | 2011-08-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9624609B2 (en) | Composite materials | |
| Arenas et al. | Eco-materials with noise reduction properties | |
| JP5587202B2 (en) | Molded body of support material containing reactive resin capable of foaming | |
| Xie et al. | Manufacture and properties of ultra-low density fibreboard from wood fibre | |
| CN104379640B (en) | The artifact and its manufacture method of a kind of fire resisting | |
| US20070042658A1 (en) | Fiber-containing article and method of manufacture | |
| CN104876637A (en) | Fiber-reinforced pure inorganic flame retardant foam composite and preparation method thereof | |
| CN104098869A (en) | Manufacturing method of high-intensity, lightweight and fireproof decorative material | |
| US20110318564A1 (en) | Aircraft insulating foam | |
| EP0967070B1 (en) | Method of making honeycomb panel structures | |
| FR2993202A1 (en) | NOVEL ALLEGED COMPOSITE MATERIALS, METHODS OF MAKING THE SAME, AND USES THEREOF. | |
| RU2563498C2 (en) | Novel composite materials and methods for production thereof | |
| EP1464483A1 (en) | A pigmented panel assembly | |
| EP3184294A1 (en) | Flame-retardant lightweight structural core and manufacturing method therefor | |
| Setyowati et al. | Green Materials Comparison of Sawdust and Coconut Fiber Acoustical Waffle Panel | |
| US11236212B2 (en) | Phyllosilicate-impregnated melamine-formaldehyde foam | |
| KR101974039B1 (en) | Organic-inorganic hybrid materials for reducing the floor noise and manufacturing method of the same | |
| CA1307730C (en) | Silicate treated honeycomb structures | |
| Ahsan et al. | Physical and sound absorption properties of spent tea leaf fiber filled polyurethane foam composite | |
| CN108885862B (en) | sound absorbing material | |
| US20070134479A1 (en) | Noise-absorbable and adiabatic panel | |
| WO2023222244A1 (en) | Fiber-reinforced composite material, component, vehicle and method for manufacturing a fiber-reinforced composite material | |
| DE69908709T2 (en) | Process for the production of honeycomb panels | |
| US20240011225A1 (en) | Insulation material, insulation product, layer stucture, construction and method of manufacturing insulation material | |
| MX2008015122A (en) | Fiber-containing article and method of manufacture. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190216 |