RU2731930C1 - Method of manufacturing shaped articles with base from foamed polymers - Google Patents
Method of manufacturing shaped articles with base from foamed polymers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2731930C1 RU2731930C1 RU2019120042A RU2019120042A RU2731930C1 RU 2731930 C1 RU2731930 C1 RU 2731930C1 RU 2019120042 A RU2019120042 A RU 2019120042A RU 2019120042 A RU2019120042 A RU 2019120042A RU 2731930 C1 RU2731930 C1 RU 2731930C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polymer
- layer
- strength
- product
- base
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/68—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
- B29C70/82—Forcing wires, nets or the like partially or completely into the surface of an article, e.g. by cutting and pressing
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области строительства, в частности к производству светопрозрачных ограждающий конструкций - оконных рам, дверных полотен, профилей, элементов для закрывания проемов, неподвижных или подвижных закрывающих элементов, деталей жестко закрепленных внешних рам, связанных с монтажом створок и прочих строительных элементов.The present invention relates to the field of construction, in particular to the production of translucent enclosing structures - window frames, door leaves, profiles, elements for closing openings, fixed or movable covering elements, parts of rigidly fixed external frames associated with the installation of sashes and other building elements.
Широко применяемые в настоящее время технологии изготовления светопрозрачных ограждающих конструкций на основе дерева или ПВХ с металлическим внутренним армированием обладают рядом недостатков, таких как: недолговечность для деревянных конструкций, высокий уровень температурной деформации для обеих технологий, высокая степень теплопроводности у ПВХ профилей, наличие вредных продуктов как естественного распада ПВХ, так и его температурного разложения, низкий уровень сопротивления ультрафиолету. Помимо ПВХ и дерева, окна и двери также изготавливают из стеклопластика методом пултрузии, но, несмотря на ряд превосходных свойств по сравнению с ПВХ и деревом, они имеют очень высокую стоимость, а также сложную и дорогостоящую технологию производства и технологические ограничения, связанные с особенностью производства.The currently widely used technologies for the manufacture of translucent enclosing structures based on wood or PVC with a metal internal reinforcement have a number of disadvantages, such as: fragility for wooden structures, a high level of thermal deformation for both technologies, a high degree of thermal conductivity in PVC profiles, the presence of harmful products such as natural decomposition of PVC and its thermal decomposition, low level of UV resistance. In addition to PVC and wood, windows and doors are also made of fiberglass by pultrusion, but despite a number of excellent properties compared to PVC and wood, they have a very high cost, as well as complex and expensive production technology and technological limitations associated with the peculiarity of production ...
Профили, состоящие из металла, как правило, алюминия и его сплавов, обладают крайне высокой теплоемкостью и могут применяться только во внутренних помещениях, либо в мягких климатических условиях. Существуют комбинированные решения, сочетающие применения различных материалов, как алюминий-дерево, алюминий-пенополиуретан, но все они имеют недостаток в виде различного коэффициента температурного расширения материалов и постепенного разрушения связи между материалами с накоплением влаги во внутренних полостях и ухудшению конструктивных и пользовательских свойств.Profiles consisting of metal, usually aluminum and its alloys, have an extremely high heat capacity and can only be used indoors or in mild climatic conditions. There are combined solutions that combine the use of various materials, such as aluminum-wood, aluminum-polyurethane foam, but all of them have the disadvantage of a different coefficient of thermal expansion of materials and a gradual destruction of the bond between materials with the accumulation of moisture in the internal cavities and deterioration of design and user properties.
Из общего уровня существующих технологий известно несколько способов получения конструкций из пенополимеров, применяемых в строительстве, в частности в виде ограждающих конструкций, все технологии сводятся к тому, что относительно слабый по прочности слой пенополимера усиливается жесткими накладками из пластика или металла. Автору известны такие способы формирования тел сплошных и светопрозрачных ограждающих конструкций, как внешнее армирование сталью, алюминиевым профилем, жесткими видами пластика, такими как ПВХ. Во всех случаях существует трудно решаемая на сегодняшний день проблема расслоения разносоставных материалов с различными показателями коэффициентов температурного расширения, слабой адгезии, различных уровней гигроскопичности и химической несовместимости. Способы решения задачи исключения расслоения как правило сводятся к введению промежуточных слоев с высокой пластичностью и адгезией.From the general level of existing technologies, several methods are known for producing structures from polymeric foam used in construction, in particular in the form of enclosing structures, all technologies boil down to the fact that a relatively weak polymer layer in strength is reinforced by rigid plastic or metal linings. The author knows such methods of forming bodies of solid and translucent enclosing structures, such as external reinforcement with steel, aluminum profiles, and rigid types of plastics such as PVC. In all cases, there is a problem, which is difficult to solve today, between different composite materials with different coefficients of thermal expansion, poor adhesion, different levels of hygroscopicity and chemical incompatibility. Methods for solving the problem of excluding delamination are usually reduced to the introduction of intermediate layers with high plasticity and adhesion.
Под профильными изделиями в данной заявке принимаются изделия со сложной формой сечения, площадь которого значительно меньше площади поверхности изделия с учетом его длины. Это элементы рам и фрамуг светопрозрачных ограждающих конструкций - окон, дверей со светопрозрачными вставками, прочих профильных изделий с самонесущими и несущими свойствами. Основной инженерной задачей при построении таких профильных изделий является обеспечение высокой нагрузочной, конструкционной способности при низкой теплоемкости. Профиль должен иметь прочность в теле и по поверхности, достаточную для обеспечения надежного крепления в нем элементов креплений фурнитуры с большим сроком эксплуатации в условии динамических нагрузок, поверхность должна быть достаточно прочной, защищенной от воздействия механических и температурных воздействий, ультрафиолета. Изделие в целом должно иметь большой срок эксплуатации без изменения механических и потребительских свойств.Under the profile products, in this application, products with a complex cross-sectional shape are accepted, the area of which is significantly less than the surface area of the product, taking into account its length. These are elements of frames and transoms of translucent enclosing structures - windows, doors with translucent inserts, other shaped products with self-supporting and bearing properties. The main engineering task in the construction of such shaped products is to ensure a high load, structural capacity at a low heat capacity. The profile must have strength in the body and along the surface, sufficient to ensure reliable fastening of fittings fasteners in it with a long service life under dynamic loads, the surface must be strong enough, protected from mechanical and thermal effects, ultraviolet radiation. The product as a whole must have a long service life without changing its mechanical and consumer properties.
Особое значение для промышленного производства изделий имеет воспроизводимость форм, скорость и сложность производственных процессов. Основным недостатком применения вспениваемых полимеров в серийном промышленном производстве является низкая скорость полимеризации, особенно для пенополимеров на основе композитных смол, в связи с чем требуется большое время нахождения изделия в пресс-форме для достижения стабильных геометрических параметров.Of particular importance for the industrial production of products is the reproducibility of shapes, the speed and complexity of production processes. The main disadvantage of the use of expandable polymers in serial industrial production is the low polymerization rate, especially for foamed polymers based on composite resins, and therefore requires a long residence time of the product in the mold to achieve stable geometric parameters.
Целью изобретения является выработка способа производства профильных изделий, включающего в себя способы увеличения прочности материала и способы ускорения технологических процессов.The aim of the invention is to develop a method for the production of shaped products, including methods for increasing the strength of the material and methods for accelerating technological processes.
Основным материалом профильного изделия выбраны вспененные жесткие закрытоячеистые полимеры, получаемые в процессе полимеризации с участием реакции полимеризации, совмещенной с химической реакцией, сопровождающейся выделением газа. Основными доступными материалами, соответствующими требованиям способа, на момент подачи заявки являются жесткий полиуретан, пенополиизоцианурат (ПИР, PIR), эпоксидные смолы с пенообразующими реагентами. Эти пеноматериалы обладают очень низкой теплоемкостью и высокой стабильностью физических параметров при эксплуатации, не выделяют вредных веществ при естественном распаде. Однако, конструкционная прочность исходного материала, как правило, недостаточна для производства из него несущих изделий, особенно для пенополиуретанов с низкой объемной плотностью, и для повышения конструкционной прочности применяется ряд решений:Foamed rigid closed-cell polymers obtained in the process of polymerization with the participation of a polymerization reaction combined with a chemical reaction accompanied by gas evolution were chosen as the main material of the profile product. The main available materials that meet the requirements of the method at the time of filing are rigid polyurethane, polyisocyanurate foam (PIR, PIR), epoxy resins with foaming reagents. These foams have a very low heat capacity and high stability of physical parameters during operation, do not emit harmful substances during natural decomposition. However, the structural strength of the starting material, as a rule, is insufficient for the production of load-bearing products from it, especially for polyurethane foams with low bulk density, and a number of solutions are used to increase the structural strength:
- внешнее и внутреннее механическое армированием минеральными или полимерными волокнами, фиброй, стекло- или базальтовыми волокнами, усиливающими матами, тканевыми и неткаными материалами с пропиткой из не вспениваемого материала основы, либо химически совместимых полимеров;- external and internal mechanical reinforcement with mineral or polymer fibers, fiber, glass or basalt fibers, reinforcing mats, fabric and non-woven materials impregnated with non-expandable base material, or chemically compatible polymers;
- применение внутреннего армирования фиброматериалами - нитями минерального и синтетического происхождения, связывающими тело профиля с равномерным распределением в его массе. Такое армирование позволяет повысить прочность изделий на разрыв, изгиб;- the use of internal reinforcement with fibromaterials - threads of mineral and synthetic origin, connecting the body of the profile with a uniform distribution in its mass. Such reinforcement makes it possible to increase the tensile and bending strength of products;
- применение немодифицирующих усиливающих и объемоформирующих добавок - наполнителей, не влияющих или слабо влияющих на межмолекулярные связи основного материала профиля, но изменяющих его физические свойства - ударную прочность, теплоемкость, огнестойкость, химическую стойкость и сопротивляемость к высокотемпературному воздействию и ультрафиолету. Это минеральные и синтетические микросферы, увеличивающие объем наряду с усилением ударной прочности и уменьшением теплоемкости, тальк и тонкодисперсные минеральные наполнители, антипирены, красители;- the use of non-modifying reinforcing and volume-forming additives - fillers that do not affect or only slightly affect the intermolecular bonds of the main material of the profile, but change its physical properties - impact strength, heat capacity, fire resistance, chemical resistance and resistance to high-temperature exposure and ultraviolet radiation. These are mineral and synthetic microspheres that increase their volume along with an increase in impact strength and a decrease in heat capacity, talc and finely dispersed mineral fillers, flame retardants, dyes;
- применение модифицирующих добавок, значительно влияющих на межмолекулярные связи основного материала профиля. Это микро и нанодобавки, имеющие достаточно распределенную активную поверхность частиц, участвующую в межмолекулярных связях между конгломератами макромолекул полимера и в значительной степени изменяющие прочностные свойства материала.- the use of modifying additives that significantly affect the intermolecular bonds of the main material of the profile. These are micro and nanoadditives that have a fairly distributed active surface of the particles, participating in intermolecular bonds between conglomerates of polymer macromolecules and significantly changing the strength properties of the material.
В патенте автора данной заявки Христова Д.А., №RU 2620486 С1 от 30.11.2015, описано действие наноматериалов на прочность полимерной матрицы и их применение для изготовления оконных и дверных конструкций из пенополимеров достаточной прочности. Автором в качестве микро и наноматериалов предложены углеродные сепарированные порошки с малым зерном, в пределах 5-50 нанометров, углеродные нановолокна (CNFs) и нанотрубки (многостенные (MWNTs), тонкие (SDNTs) и одностенные (SWNTs), длина которых может составлять сотни нанометров, нанопластины на основе органоглин, (ММТ), имеющих высокие показатели относительной поверхностной площади к объему, значительную длину и продольную прочность, что позволяет связывать больше участков полимерных конгломератов;The patent of the author of this application, DA Hristova, No. RU 2620486 C1 dated 11/30/2015, describes the effect of nanomaterials on the strength of the polymer matrix and their use for the manufacture of window and door structures from foamed polymers of sufficient strength. The author proposes as micro and nanomaterials carbon separated powders with small grains, within 5-50 nanometers, carbon nanofibers (CNFs) and nanotubes (multi-walled (MWNTs), thin (SDNTs) and single-walled (SWNTs), the length of which can be hundreds of nanometers , nanoplates based on organoclay, (MMT), having high relative surface area to volume, significant length and longitudinal strength, which allows you to bind more areas of polymer conglomerates;
Модифицированные и усиленные немодифицирующими добавками полимеры обладают значительно лучшими прочностными свойствами, достаточными для применения их в качестве основы для несущих профилей. Особо нагруженные участки, подвергающиеся повышенным динамическим нагрузкам, могут быть усилены внешним и внутренним армированием. Комплексное применение добавок может привести прочностные параметры материала изделия к параметрам, соответствующим плотным породам дерева, при этом пенополимерный материал выгодно отличается меньшей теплоемкостью, высокой химической и биологической стойкостью, отсутствием гигроскопичности и высоким сроком эксплуатации без изменения физических и геометрических параметров.Polymers modified and reinforced with non-modifying additives have significantly better strength properties, sufficient for their use as a base for load-bearing profiles. Particularly loaded areas subject to increased dynamic loads can be reinforced with external and internal reinforcement. The complex application of additives can bring the strength parameters of the product material to the parameters corresponding to dense wood species, while the foam polymer material favorably differs in lower heat capacity, high chemical and biological resistance, lack of hygroscopicity and a long service life without changing the physical and geometric parameters.
Единственным ограничением применения пенополимеров в производстве сложнопрофильных конструкций является низкая скорость полимеризации. Если для пенополиуретана этот параметр не является критическим, так как существующие материалы способны полимеризоваться в течение нескольких минут, то для пенокомпозитов на основе эпоксидных смол период полимеризации в десятки минут значительно ограничивает область их промышленного применения.The only limitation on the use of foamed polymers in the production of complex-shaped structures is the low polymerization rate. If for polyurethane foam this parameter is not critical, since existing materials are capable of polymerizing within a few minutes, then for foam composites based on epoxy resins, the polymerization period of tens of minutes significantly limits the area of their industrial application.
Из общего уровня техники известно существование способа ускорения процесса полимеризации полимерных материалов, основанный на воздействии на полимеризуемый материал электромагнитного излучения сверхвысокой частоты (СВЧ). Кратковременное воздействие поля, особенно импульсного характера, вызывает поляризацию диполей полимеров и значительно лучшее распределение агломератов в массе вещества. Увеличивается энергия взаимодействия электронных пар, скорость реакции полимеризации кратно увеличивается. Наряду с ускорением процесса, за счет более плотного распределения реагентов в массе, увеличивается прочность структуры. Скорость отверждения, например, эпоксидной смолы ЭД20 составляет 2 минуты против 20 при одинаковых температурных условиях. При этом ее прочность увеличивается до 4 раз, теплостойкость в 1,6 раз.From the general prior art, it is known that there is a method for accelerating the process of polymerization of polymeric materials, based on exposure of the polymerizable material to electromagnetic radiation of ultra-high frequency (microwave). Short-term exposure to a field, especially of a pulsed nature, causes polarization of the polymer dipoles and a significantly better distribution of agglomerates in the mass of the substance. The energy of interaction of electron pairs increases, the rate of the polymerization reaction multiplies. Along with the acceleration of the process, due to the more dense distribution of the reagents in the mass, the strength of the structure increases. The curing speed, for example, of ED20 epoxy resin is 2 minutes versus 20 minutes under the same temperature conditions. Moreover, its strength increases up to 4 times, heat resistance 1.6 times.
Вторым положительным результатом воздействия СВЧ излучения на материал является значительное улучшение распределения в массе добавок на основе углеродных материалов - микро и нанодобавок. Обладая высокой поглощающей способностью, частицы накапливают энергию и получают заряд, что приводит к более равномерному распределению их в теле полимера и следственно, к более равномерному связыванию полимерных конгломератов. Обработанный излучением СВЧ, вспениваемый полимер обладает прочностными свойствами, в разы превышающие свойства необработанного пенополимера. Повышение прочности полимерного материала после обработки СВЧ полем обусловлено более острой фазой кристаллизации и более полным распределением взаимодействующих олигомеров, участвующих в реакции. Одинаково эффективно технология работает как с компаундами - эпоксидными смолами, так и с двухкомпонентными материалами полиуретановой группы, включая пенополиизоцианурат (PIR). PIR формирует более прочную среду, чем пенополиуретан за счет высокотемпературной реакции, при которой связываются излишние мономеры изоцианурата, образуя прочные длинные легирующие связи. Воздействие СВЧ излучения на материал непосредственно перед вступлением его компонентов в реакцию, значительно ускоряет процесс полимеризации как полиольно-изоцианатных групп, так и изоцианат-изоцианатных.The second positive result of the effect of microwave radiation on the material is a significant improvement in the distribution in the mass of additives based on carbon materials - micro and nano additives. Possessing a high absorptive capacity, the particles accumulate energy and receive a charge, which leads to a more uniform distribution of them in the polymer body and, consequently, to a more even binding of polymer conglomerates. Treated by microwave radiation, the expandable polymer has strength properties that are several times higher than the properties of untreated polymer foam. An increase in the strength of the polymer material after treatment with a microwave field is due to a more acute crystallization phase and a more complete distribution of interacting oligomers participating in the reaction. The technology works equally efficiently both with compounds - epoxy resins, and with two-component polyurethane group materials, including polyisocyanurate foam (PIR). PIR forms a more durable environment than polyurethane foam due to a high-temperature reaction in which excess isocyanurate monomers bind, forming strong long alloy bonds. The effect of microwave radiation on the material immediately before the entry of its components into the reaction significantly accelerates the process of polymerization of both polyol-isocyanate groups and isocyanate-isocyanate groups.
В результате, обработка полимера электромагнитным полем СВЧ непосредственно перед введением в пресс-форму положительно влияет на три фактора - ускорение реакции полимеризации, усиление прочностных свойств непосредственно пенополимера и улучшение распределения микро и нанодобавок на основе углеродных материалов в массе полимера, что значительно улучшает прочностные характеристики изделия.As a result, the processing of the polymer by the microwave electromagnetic field immediately before introduction into the mold has a positive effect on three factors - acceleration of the polymerization reaction, enhancement of the strength properties of the foam directly and improvement of the distribution of micro and nano-additives based on carbon materials in the polymer mass, which significantly improves the strength characteristics of the product. ...
Сутью способа является последовательность следующих операций:The essence of the method is the sequence of the following operations:
1. Подготовка пресс-формы. Пресс форма, выполненная из материала, обеспечивающего отсутствие или низкую адгезию к используемым полимерным материалам, при необходимости покрывается слоем нейтрального разделителя. Способ допускает использовании готового защитного или декорирующего слоя, выполненного заблаговременно из полимерных, полимерно-композитных материалов, металлов, керамики, дерева, стекла, представляющего из себя цельный контурный пласт или частичную вставку в изделие. Такой защитный элемент помещается в пресс-форму и фиксируется в ней за счет вакуумной или иной удерживающей системы. Так же в пресс-форму заблаговременно вводятся элементы креплений, фурнитуры, внешние или встроенные элементы, ребра жесткости, профили или декорирующие вставки, усиливающие маты.1. Preparation of the mold. The mold, made of a material that provides no or low adhesion to the polymeric materials used, is, if necessary, covered with a layer of a neutral separator. The method allows the use of a ready-made protective or decorating layer made in advance of polymer, polymer-composite materials, metals, ceramics, wood, glass, which is a solid contour layer or a partial insert into the product. Such a security element is placed in a mold and fixed in it by means of a vacuum or other holding system. Also, fasteners, fittings, external or built-in elements, stiffeners, profiles or decorating inserts, reinforcing mats, are introduced into the mold in advance.
2. Подготовка субстанций - реагентов, участвующих в процессе полимеризации с введением в них требуемых по техническим условиям немодифицирующих и модифицирующих добавок. В смеситель последовательно подаются дозированные составные части среды, которая формирует определенный слой изделия. В компонент смеси добавляются и тщательно смешиваются с применением механических и ультразвуковых технологий требуемые по техническим условиям минеральные или полимерные волокна, фибра, стекло или базальтовые волокна. Для слоя, формирующего внешнее твердое покрытие, используется полимерная композиция без пенообразователя, для последующих слоев объем пенообразования определяется либо составами реагентов для пенополиуретанов, либо объемом добавляемого реагента - пенообразователя для композитных смол. Для регулирования пластических свойств сред используются химические реагенты - пластификаторы. При использовании в качестве основы композиции из не вспениваемого полимера с объемоформирующими добавками, такая композиция формируется на базе одного из составных компонентов с последующим вмешиванием второго компонента непосредственно перед введением в форму. В качестве объемоформирующей добавки как во вспениваемую, так и невспениваемую композиции, способ предусматривает использование алюмосиликатных зольных микросфер с модифицированной поверхностью. Введение 15% зольных микросфер не только увеличивают объем, но и уменьшают себестоимость до 30%, теплоемкость, влагопоглощение изделия до 5 раз, увеличивают его прочность до 2-х раз.2. Preparation of substances - reagents participating in the polymerization process with the introduction of non-modifying and modifying additives required by technical conditions. Metered components of the medium, which forms a certain layer of the product, are sequentially fed into the mixer. Mineral or polymer fibers, fiber, glass or basalt fibers, required according to technical conditions, are added to the component of the mixture and thoroughly mixed using mechanical and ultrasonic technologies. For the layer that forms the outer hard coating, a polymer composition without a foaming agent is used; for subsequent layers, the volume of foaming is determined either by the compositions of reagents for polyurethane foams, or by the volume of the added reagent - a foaming agent for composite resins. To regulate the plastic properties of the media, chemical reagents are used - plasticizers. When used as a base composition of a non-expandable polymer with bulk forming additives, such a composition is formed on the basis of one of the constituent components, followed by the addition of the second component immediately before being introduced into the mold. As a bulking agent in both foamable and non-foamable compositions, the method involves the use of aluminosilicate ash microspheres with a modified surface. The introduction of 15% ash microspheres not only increases the volume, but also reduces the cost up to 30%, the heat capacity, moisture absorption of the product up to 5 times, and increases its strength up to 2 times.
В качестве антипирена способ предусматривает использование композиции 10/1 Интеркалированный графит+цианурат меламина в массовом объеме до 20% к массе основы. В данном соотношении графита с антипиреном достигается как максимальная прочность материала на сжатие в сочетании с оптимальной стойкостью к высоким температурам. При воздействии высокой температуры интеркалированный графит вспучивается и блокирует дальнейшее проникновение ее вглубь материала, а антипирен цианурат меламина связывает легко разрушаемую корку вспученного графита, защищая ее от разрушения. В добавление к свойству усиливающего модификатора, т.е. связующего для макромолекулярной структуры полимера, антипиреновая композиция делает материал самозатухающим в присутствии источника горения с сохранением конструкционной формы, что важно с точки зрения безопасности при использовании в качестве несущих остекленных элементов.As a fire retardant, the method involves the use of
3. Воздействие на реагенты электромагнитного поля на стадии смешивания путем прохождения через волновод под давлением на протяжении времени, определенном техническими условиями. Мощность и время воздействия определяет скорость фаз кристаллизации и полимеризации сред. В зависимости от применяемых материалов и скорости реакции на СВЧ воздействие используется раздельная обработка СВЧ полем обоих компонентов с последующим микшированием непосредственно в узле распыления. Такая схема актуальна для материалов с высокой скоростью реакции.3. Impact on the reagents of the electromagnetic field at the mixing stage by passing through the waveguide under pressure for a time period determined by the technical conditions. The power and time of exposure determines the rate of the crystallization and polymerization phases of the media. Depending on the materials used and the speed of reaction to the microwave action, separate processing by the microwave field of both components is used, followed by mixing directly in the sputtering unit. This scheme is relevant for materials with a high reaction rate.
4. Введение или распыление смеси реагентов на внутреннюю поверхность пресс-формы или на предыдущий слой на стадии его расширения до окончания стадии полимеризации. Соблюдение условия перекрестных фаз кристаллизации и полимеризации обеспечивает максимальную межсредовую адгезию и последующую монолитность изделия при последовательном нанесении сред с переменными параметрами плотности.4. Introduction or spraying of a mixture of reagents on the inner surface of the mold or on the previous layer at the stage of its expansion until the end of the polymerization stage. Compliance with the conditions of the cross phases of crystallization and polymerization ensures maximum intermedia adhesion and subsequent solidity of the product during sequential application of media with variable density parameters.
Особо нагруженные участки изделия могут быть дополнительно армированы тканевыми и неткаными матами, пропитанными невспениваемым полимерным материалом основы, выкладываемыми на стенки пресс-формы до начала процесса ее заполнения. Время окончательной полимеризации пропитки матов рассчитывается так, чтобы она закончилась уже после заполнения формы и примерно соответствовала моменту окончательной полимеризации прилежащей среды. Таким образом, маты прочно интегрируются в тело изделия с максимально возможной межсредовой адгезией.Particularly loaded sections of the product can be additionally reinforced with fabric and non-woven mats impregnated with a non-foaming polymer base material, laid out on the walls of the mold before the process of filling it begins. The time of the final polymerization of the impregnation of the mats is calculated so that it ends after filling the mold and approximately corresponds to the moment of the final polymerization of the surrounding medium. In this way, the mats are firmly integrated into the body of the product with the greatest possible inter-media adhesion.
Межсредовая адгезия обеспечивается так же естественным давлением расширяющихся сред в закрытом пространстве пресс-формы. Объем подаваемых сред и степень расширения рассчитывается так, чтобы давление объема расширяющихся газов при пенообразовании было умеренным, не влияло на целостность геометрии пресс-формы в процессе пневмоудара и впоследствии - на прочность и геометрию изделия в целом.Intermedium adhesion is also ensured by the natural pressure of expanding media in the closed space of the mold. The volume of the supplied media and the degree of expansion are calculated so that the pressure of the volume of expanding gases during foaming is moderate, does not affect the integrity of the geometry of the mold in the process of pneumatic impact and, subsequently, the strength and geometry of the product as a whole.
В зависимости от технических условий изделие может выполняться с сформированием внешнего покрытия непосредственно в пресс-форме как твердым невспениваемым слоем, с повторением декоративной текстуры, нанесенной на стенки пресс-формы, либо с применением ламинирующих вставок и пленок, наносимых на внутреннюю поверхность пресс-формы перед ее заполнением.Depending on the technical conditions, the product can be made with the formation of an outer coating directly in the mold as a hard, non-foaming layer, with a repetition of the decorative texture applied to the walls of the mold, or using laminating inserts and films applied to the inner surface of the mold before filling it out.
Так же, внешнее декорирующее и усиливающее покрытие может наноситься на готовое изделие клеевым или иным способом, обеспечивающим надежную фиксацию. Это могут быть декорирующие пластиковые и металлические накладки, огнестойкие и вандалостойкие покрытия. Так же, в качестве финишного покрытия, в зависимости от дизайна, можно использовать следующие материалы: ЛКМ (различные эмали и лаки), краску, гелькоут или ламинирующие пленки. Поверхность изделия, полученная пресс-формированием, обладает высоким качеством и полностью повторяет текстуру покрытия пресс-формы. На данном этапе требуется только обработка изделия для снятия остатков разделителя - вещества, наносимого на поверхность пресс-формы для надежного отделения от нее готового изделия. Поверхность изделия при этом уже является самодостаточным финишным покрытием, обеспечивающим большой срок защиты изделия и достаточную прочность.Likewise, the external decorating and reinforcing coating can be applied to the finished product by glue or in any other way, which ensures reliable fixation. These can be decorative plastic and metal linings, fire-resistant and vandal-resistant coatings. Also, as a topcoat, depending on the design, you can use the following materials: paintwork materials (various enamels and varnishes), paint, gelcoat or laminating films. The surface of the product obtained by pressing has a high quality and completely repeats the texture of the coating of the mold. At this stage, only the processing of the product is required to remove the remnants of the separator - a substance applied to the surface of the mold to reliably separate the finished product from it. At the same time, the surface of the product is already a self-sufficient finishing coating, which provides a long product protection period and sufficient strength.
Значительное ускорение процесса полимеризации в результате воздействия СВЧ позволяет в значительной мере ускорить процесс производства изделий, добиться стойкости и равномерности заполнения сложных геометрически форм вспениваемыми средами в требуемых пропорциях, чего трудно добиться при нормальных условиях полимеризации. Например, при естественном стекании вспененного полимера с вертикальных участков пресс-формы, ранее приходилось принимать меры к ее постоянному или периодическому вращению, что негативно сказывается на монолитности среды при полимеризации.A significant acceleration of the polymerization process as a result of exposure to microwave frequencies makes it possible to significantly accelerate the production process of products, to achieve durability and uniformity of filling complex geometrical shapes with foamed media in the required proportions, which is difficult to achieve under normal polymerization conditions. For example, with the natural flow of foamed polymer from vertical sections of the mold, previously it was necessary to take measures for its constant or periodic rotation, which negatively affects the solidity of the medium during polymerization.
Быстрое формирование слоев независимо от положения слоя позволяет последовательно формировать сложную структуру слоев с разными параметрами плотности, формировать внутри изделия усиливающий слой высокой плотности (конструктивный сердечник), определяющий конструкционную прочность и не влияющий на теплоемкость изделия.The rapid formation of layers, regardless of the position of the layer, makes it possible to consistently form a complex structure of layers with different density parameters, to form a reinforcing layer of high density (structural core) inside the product, which determines the structural strength and does not affect the heat capacity of the product.
Структура технологического процесса способа изготовления профильного изделия с основой из вспененных полимеров показана на Фиг. 1, где схематически изображено:The structure of the technological process of the method for manufacturing a shaped article with a foam polymer base is shown in FIG. 1, which schematically shows:
1 - подготовка реагентов - компонентов полимерной или полимерно-композитной смеси;1 - preparation of reagents - components of a polymer or polymer-composite mixture;
2 - добавление модифицирующих и немодифицирующих добавок в компоненты смеси;2 - adding modifying and non-modifying additives to the components of the mixture;
3 - устройство смешивания компонентов;3 - component mixing device;
4 - волновод и устройство прокачки смеси для регулировки времени обработки СВЧ электромагнитным полем;4 - a waveguide and a device for pumping the mixture for adjusting the time of processing the microwave with an electromagnetic field;
5 - пресс-форма;5 - mold;
6 - внутренняя накладка в пресс-форму, формирующая внешнее декоративное покрытие изделия;6 - an internal overlay in the mold, which forms an external decorative coating of the product;
7 - интегрируемый в изделие внешний крепежный элемент, закрепленный в пресс-форме;7 - an external fastening element integrated into the product, fixed in a mold;
8 - распылитель полимерной композиции (среды).8 - sprayer of polymer composition (medium).
Стадии заполнения пресс-формы средами с различной плотностью показаны на Фиг. 2, где схематически отображено:The stages of filling the mold with media of different densities are shown in FIG. 2, which schematically shows:
5 - пресс-форма;5 - mold;
8 - распылитель полимерной композиции (среды);8 - sprayer of the polymer composition (medium);
9 - слой полимерной композиции (среды) высокой плотности без пенообразователя;9 - layer of high-density polymer composition (medium) without foaming agent;
10 - слой полимерной композиции (среды) с пенообразованием высокой плотности;10 - layer of polymer composition (medium) with high density foaming;
11 - слой полимерной композиции (среды) с пенообразованием низкой плотности;11 - layer of polymer composition (medium) with low density foaming;
12 - слой полимерной композиции (среды) с пенообразованием повышенной плотности для формирования конструктивного сердечника.12 - layer of polymer composition (medium) with increased density foaming to form a structural core.
Процесс формирования слоев в процессе объемного расширения сред показан на Фиг. 3, представляющем из себя диаграмму А, Б, В. Г, Д, где схематически отображено сечение профиля изделия, последовательность введения сред и стадии их расширения с формированием слоев с различными параметрами плотности:The process of forming layers in the process of volumetric expansion of the media is shown in FIG. 3, which is a diagram A, B, C. D, E, which schematically shows the cross section of the product profile, the sequence of the introduction of media and the stages of their expansion with the formation of layers with different density parameters:
5 - пресс-форма, показана в сечении;5 - a mold, shown in section;
9 - слой полимерной композиции (среды) высокой плотности без пенообразователя;9 - layer of high-density polymer composition (medium) without foaming agent;
10 - слой полимерной композиции (среды) с пенообразованием высокой плотности;10 - layer of polymer composition (medium) with high density foaming;
11 - слой полимерной композиции (среды) с пенообразованием низкой плотности;11 - layer of polymer composition (medium) with low density foaming;
12 - слой полимерной композиции (среды) с пенообразованием повышенной плотности;12 - layer of polymer composition (medium) with high density foaming;
13 - увеличение объема среды с момента ее нанесения до момента нанесения последующей среды на ее поверхность.13 - an increase in the volume of the medium from the moment it is applied to the moment the subsequent medium is applied to its surface.
На диаграмме А показана стадия нанесения слоя 9 со средой без пенообразователя. Слой не подвержен объемному расширению.Diagram A shows the stage of application of
На диаграмме Б показана стадия нанесения слоя 10 с высокой плотностью, обеспечивающего в сочетании с внешним слоем 9 высокую поверхностную прочность изделия, нагрузочную способность при креплении фурнитуры, но при этом, обладающий относительно низкой теплоемкостью.Diagram B shows the stage of application of the
На диаграмме В показана промежуточная стадия объемного расширения слоя 10, на которой на поверхность слоя 10 наносится среда низкой плотности - слой 11. Расширение слоя 10 продолжается вместе с расширением слоя 11, происходит усиленная адгезия химически однородных сред, отличающихся только объемом пенообразователя. На этой стадии процесс полимеризации в средах 9 и 10 активен, в среде 11 он находится на начальной стадии.Diagram B shows an intermediate stage of volumetric expansion of
На диаграмме Г показана стадия введения среды 12 высокой плотности на поверхность среды 11, находящейся в стадии расширения вместе со средой 10, в среде 12 начинается процесс вспенивания и полимеризации.Diagram D shows the stage of introduction of the medium 12 of high density on the surface of the medium 11, which is in the stage of expansion together with the medium 10, in the medium 12 the process of foaming and polymerization begins.
На диаграмме Д показана окончательная фаза расширения всех вспениваемых сред с заполнением пресс-формы с созданием незначительного избыточного давления, обеспечивающего высокую степень межсредовой адгезии.Diagram E shows the final expansion phase of all expandable media with filling the mold with a slight overpressure to ensure a high degree of intermedia adhesion.
Результатом изобретения является значительное повышение экономической эффективности производства светопрозрачных ограждающих конструкций - окон и дверей, их конструктивных элементов, отделочных материалов, прочих строительных конструкций как массового, так и индивидуального назначения. Удалось добиться радикального снижения веса таких конструкций, обеспечив уменьшение общей нагрузки на несущие конструкции зданий. Технология позволила достичь расчетного времени эксплуатации изделий до 50 лет и более, обеспечить отсутствие выбросов вредных веществ как при естественном распаде используемых веществ, так и в случае термического воздействия. Значительно увеличена пожаробезопасность конструкции - композитные материалы, использующие в качестве армирования стекловолокно или углеродное фиброволокно в высшей степени резистивны к открытому огню, твердые пенополистиролы с применением стандартных безопасных добавок имеют свойства самозатухания. Технология предполагает крайне низкий уровень отходов производства и вторичную переработку остатков материалов, безопасность природного разложения отходов при стандартной утилизации на полигонах ТБО.The result of the invention is a significant increase in the economic efficiency of the production of translucent enclosing structures - windows and doors, their structural elements, finishing materials, other building structures for both mass and individual purposes. It was possible to achieve a radical reduction in the weight of such structures, ensuring a reduction in the total load on the supporting structures of buildings. The technology made it possible to achieve the estimated operating time of products up to 50 years or more, to ensure the absence of emissions of harmful substances both during the natural decomposition of the substances used and in the case of thermal exposure. The fire safety of the structure has been significantly increased - composite materials using fiberglass or carbon fiber as reinforcement are highly resistant to open fire, solid polystyrene foam with the use of standard safe additives has self-extinguishing properties. The technology assumes an extremely low level of production wastes and recycling of residual materials, the safety of natural waste decomposition during standard disposal at solid waste landfills.
Преимущества технологии.Technology advantages.
Заявленный способ имеет явное преимущество перед широко применяемой технологией производства окон из ПВХ профиля. Ранее недоступная высокая степень безопасности продукта, долговечность, высокие механические характеристики, стабильность применяемого материала, низкая себестоимость и высокая вариативность производства позволяют считать данную технологию перспективной как в промышленном, так и в мелкосерийном производстве. При эксплуатации изделий при отрицательных температурах на их поверхности полностью отсутствует конденсат, исключается развитие микроорганизмов и грибка. Изделия имеют крайне высокий уровень звукопоглощения.The claimed method has a clear advantage over the widely used technology for the production of PVC profile windows. Previously inaccessible high degree of product safety, durability, high mechanical characteristics, stability of the material used, low cost and high production variability make this technology promising both in industrial and small-scale production. When operating products at low temperatures, condensation is completely absent on their surface, the development of microorganisms and fungus is excluded. The products have an extremely high level of sound absorption.
Недостатки технологии.Disadvantages of technology.
При организации производства требуется модернизация существующих мощностей, обеспечение вентиляции в достаточном объеме. Этап полимеризации термореактивных полимеров требует наличия повышенного внимания к вентиляции и чистоте производственных помещений. Оборудование СВЧ обладает повышенным уровнем опасности электромагнитного излучения, требуется соблюдение мер по экранизации излучения и защите обслуживающего персонала.When organizing production, the modernization of existing facilities is required, and adequate ventilation is provided. The stage of polymerization of thermosetting polymers requires increased attention to ventilation and cleanliness of industrial premises. Microwave equipment has an increased level of danger of electromagnetic radiation, it is required to comply with measures for screening radiation and protecting service personnel.
Результат производственных испытаний.Production test result.
Данная технология прошла успешные испытания на производственных мощностях как в части получения единичных сложных изделий, так и в создании технологии массового - поточного - производства элементов конструкций для последующего формирования конечных изделий. Подтверждены высокая скорость формирования изделий в пресс-формах, низкая себестоимость и высокие потребительские свойства, что позволяет считать применяемую технологию в производстве в значительной степени востребованной рынком.This technology has been successfully tested at production facilities both in terms of obtaining single complex products, and in creating a technology for mass - in-line - production of structural elements for the subsequent formation of final products. The high speed of forming products in molds, low cost and high consumer properties have been confirmed, which makes it possible to consider the technology used in production to be in high demand on the market.
Claims (5)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019120042A RU2731930C1 (en) | 2019-06-27 | 2019-06-27 | Method of manufacturing shaped articles with base from foamed polymers |
PCT/RU2019/000783 WO2020263119A1 (en) | 2019-06-27 | 2019-11-01 | Method for producing shaped articles having a base made of foamed polymers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019120042A RU2731930C1 (en) | 2019-06-27 | 2019-06-27 | Method of manufacturing shaped articles with base from foamed polymers |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2731930C1 true RU2731930C1 (en) | 2020-09-09 |
Family
ID=72421966
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019120042A RU2731930C1 (en) | 2019-06-27 | 2019-06-27 | Method of manufacturing shaped articles with base from foamed polymers |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2731930C1 (en) |
WO (1) | WO2020263119A1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4596682A (en) * | 1984-05-11 | 1986-06-24 | Benjamin Mosier | Method of manufacturing fire retardant polystyrene insulating board |
EP0297888A1 (en) * | 1987-07-02 | 1989-01-04 | Lion Corporation | Electroconductive resin composition |
US5026736A (en) * | 1987-02-24 | 1991-06-25 | Astro-Valcour, Inc. | Moldable shrunken thermoplastic polymer foam beads |
EA006962B1 (en) * | 2001-02-14 | 2006-06-30 | Стайрофен Интернэшнл Пти Лтд. | Polymeric composite foam |
RU2328375C2 (en) * | 2005-12-06 | 2008-07-10 | Андрей Николаевич Плаксунов | Method for forming articles from foaming polymers with use of microwave radiation |
RU2471632C2 (en) * | 2007-02-21 | 2013-01-10 | Джонс Мэнвилл Юроп Гмбх | New composite materials, methods of their production and application |
RU2620486C1 (en) * | 2015-11-30 | 2017-05-25 | Дмитрий Андреевич Христов | Technology of manufacturing window and door profiles, case structures of window and door sashes and frames with using combined polymeric composite material |
-
2019
- 2019-06-27 RU RU2019120042A patent/RU2731930C1/en active
- 2019-11-01 WO PCT/RU2019/000783 patent/WO2020263119A1/en active Application Filing
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4596682A (en) * | 1984-05-11 | 1986-06-24 | Benjamin Mosier | Method of manufacturing fire retardant polystyrene insulating board |
US5026736A (en) * | 1987-02-24 | 1991-06-25 | Astro-Valcour, Inc. | Moldable shrunken thermoplastic polymer foam beads |
EP0297888A1 (en) * | 1987-07-02 | 1989-01-04 | Lion Corporation | Electroconductive resin composition |
EA006962B1 (en) * | 2001-02-14 | 2006-06-30 | Стайрофен Интернэшнл Пти Лтд. | Polymeric composite foam |
RU2328375C2 (en) * | 2005-12-06 | 2008-07-10 | Андрей Николаевич Плаксунов | Method for forming articles from foaming polymers with use of microwave radiation |
RU2471632C2 (en) * | 2007-02-21 | 2013-01-10 | Джонс Мэнвилл Юроп Гмбх | New composite materials, methods of their production and application |
RU2620486C1 (en) * | 2015-11-30 | 2017-05-25 | Дмитрий Андреевич Христов | Technology of manufacturing window and door profiles, case structures of window and door sashes and frames with using combined polymeric composite material |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2020263119A1 (en) | 2020-12-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11904557B2 (en) | Composite products | |
TWI262123B (en) | Composite materials | |
JP5587202B2 (en) | Molded body of support material containing reactive resin capable of foaming | |
GB2464540A (en) | Patterned laminate | |
WO2007057244A1 (en) | Transluscent polymer and foam panels with optical fibres | |
US9587393B2 (en) | Method for producing sandwich construction elements | |
RU2731930C1 (en) | Method of manufacturing shaped articles with base from foamed polymers | |
EP3184294A1 (en) | Flame-retardant lightweight structural core and manufacturing method therefor | |
AU2013248209B2 (en) | Method of forming composite products by pressure, related products and apparatus | |
US20220048226A1 (en) | A glossy finish sandwich composite and process for preparing the same | |
Meekum et al. | Manufacturing of lightweight sandwich structure engineered wood reinforced with fiber glass: Selection of core materials using hybridized natural/engineered fibers | |
RU2620486C1 (en) | Technology of manufacturing window and door profiles, case structures of window and door sashes and frames with using combined polymeric composite material | |
US20210362383A1 (en) | Thermoset porous composites and methods thereof | |
JPH071637A (en) | Fire resistive composite plate | |
Liu et al. | Recycling construction wastes to fabricate particle boards with admirable flame retardancy, smoke suppression and mechanical performance | |
RU2541652C2 (en) | Wood composite | |
JPH0462044A (en) | Fiber reinforced phenolic resin foam and manufacture thereof | |
JP2000096737A (en) | Fireproof member and its manufacture | |
Meekum et al. | Designing the wood foam core for manufacturing of lightweight sandwich structure engineered wood | |
Joseph et al. | Introduction to sandwich composite panels and their fabrication methods | |
John et al. | Design and manufacturing of bio-based sandwich structures | |
AU2016208360B2 (en) | Method of forming composite products by pressure, related products and apparatus | |
Rymar et al. | Obtaining urea-formaldehyde foam materials with improved mechanical properties | |
JP5565571B2 (en) | Speaker frame | |
JPS5892542A (en) | Manufacture of molding excellent in heat resistance |