Конструкционный элемент из композиционного материала (варианты)

 

Изобретение относится к элементам строительных конструкции и может быть использовано в длинномерных несущих строительных элементах из композиционного материала. Конструкционный элемент из композиционного материала содержит армирующий каркас из слоев перекрещивающихся продольных и поперечных нитей и продольных нитей между ними, размещенный в сплошной среде скрепляющего его полимерного связующего. Получают его способом протяжки через фильеру. Внешний слой перекрещивающихся продольных и поперечных нитей армирующего каркаса в местах перехода вокруг боковых кромок профиля на противоположные стороны поверхностей его стенки выполнен непрерывным с расположением продольного стыка в нем на одной из боковых поверхностей стенки профиля с параллельным расположением слоев на плоских участках стенки и конгруэнтным в местах радиусных изгибов стенки профиля, с объемным соотношением перекрещивающихся продольных и поперечных нитей внешнего слоя от 1:1 до 1:50, объемным соотношением продольных нитей с перекрещивающимися продольными и поперечными нитями внешнего слоя от 1:1 до 50:1, при объемном соотношении всех нитей армирующего каркаса с полимерным связующим от 1:1 до 1:0,20. Техническим результатом от использования изобретения является создание конструкционного элемента минимальной массы с достижением повышенной жесткости и прочности. 2 с. и 34 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к элементам строительных конструкций и может быть использовано в длинномерных несущих строительных элементах из композиционного материала.

К конструкционным элементам из композиционного материала предъявляются повышенные требования по обеспечению ими высокой жесткости, прочности и надежности при минимальной их массе, обеспечивающие длительную стабильность физико-механических свойств.

Известен конструкционный элемент из композиционного материала, содержащий армирующий каркас из слоев перекрещивающихся продольных и поперечных нитей и продольных нитей между ними, размещенный в сплошной среде скрепляющего его полимерного связующего, образующих стенку профиля, полученного способом протяжки через фильеру (заявка ЕПВ 0902148 А2, Е 06 В 3/22, 1998).

Известен конструкционный элемент в виде трубчатого стержня из высокомодульного волокнистого композиционного материала с размещением армировки по фасонному профилю поперечного сечения (Авторское свидетельство СССР 1513102, Е 04 С 3/00, 1989).

Известен конструкционный элемент из композиционного материала, содержащий армирующий каркас из слоев продольных нитей и скрепляющих их продольных профильных элементов (Авторское свидетельство СССР 1237760, Е 04 С 3/28, 1986).

Известен также строительный конструкционный элемент из композиционного материала, содержащий армирующий каркас из слоев перекрещивающихся продольных и поперечных нитей и продольных нитей между ними, размещенный в сплошной среде скрепляющего его полимерного связующего, образующих стенку профиля, полученного способом протяжки через фильеру (патент Великобритании 1586184, Е 03 С 3/28, 1981).

Общими недостатками известных конструкционных элементов из композиционного материала является прерывистость слоев в местах перехода вокруг кромок профилей с одной боковой поверхности на противоположную, размещение стыков слоев в угловых переходах профиля, что значительно снижает их прочностные свойства. Кроме того, минимальный вес не может быть достигнут с обеспечением повышенных жесткостных и прочностных свойств из-за отсутствия возможности выбора наиболее эффективного соотношения слоев перекрещивающихся продольных и поперечных нитей между ними.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является конструкционный элемент по заявке ЕПВ 0902148 А2.

Основной задачей является создание конструкционного элемента из композиционного материала, полученного протяжкой его профиля через формующую фильеру, у которого не воспроизводились бы известные недостатки.

Техническим результатом от использования изобретения является создание конструкционного элемента минимальной массы с достижением повышенной жесткости и прочности.

Основная задача решена и технический результат достигнут за счет изменения конструкции армирующего каркаса, введения непрерывных армирующих нитей по поверхности вокруг кромок профиля, эффективного объемного соотношения армирующих нитей различных направлений между собой и со скрепляющим их полимерным связующим при стабильных свойствах, эффективной поверхностной плотности слоев и размерности волокон.

Для этого в конструкционном элементе из композиционного материала, содержащем армирующий каркас из слоев перекрещивающихся продольных и поперечных нитей и продольных нитей между ними, размещенный в сплошной среде скрепляющего его полимерного связующего, образующих стенку профиля, полученного способом протяжки через фильеру, в первом варианте его внешний слой перекрещивающихся продольных и поперечных нитей армирующего каркаса в местах перехода вокруг боковых кромок профиля на противоположные стороны поверхностей стенки выполнен непрерывным с расположением продольного стыка в нем на одной из боковых поверхностей стенки профиля с параллельным расположением слоев на плоских участках стенки и конгруэнтным в местах радиусных изгибов стенки профиля, с объемным соотношением перекрещивающихся продольных и поперечных нитей внешнего слоя от 1:1 до 1:50, объемным соотношением продольных нитей с перекрещивающимися продольными и поперечными нитями внешнего слоя от 1:1 до 50: 1, при объемном соотношении всех нитей армирующего каркаса с полимерным связующим от 1: 1 до 1:0,2. Стенка профиля по всему его контуру может быть выполнена постоянной толщины. Радиусные изгибы слоев профиля могут быть выполнены с конгруэнтной выпуклой кривизной, ориентированной в одинаковом направлении с радиусным изгибом контура профиля.

Во втором варианте конструкционный элемент снабжен двумя закрытыми продольными каналами с замкнутыми слоями из перекрещивающихся продольных и поперечных нитей со стороны их поверхностей и открытым продольным пазом между ними, расположенными по одну сторону от общего основания его профиля, и одним общим внешним слоем перекрещивающихся продольных и поперечных нитей, охватывающим общее основание, стенки вокруг закрытых продольных каналов и открытого продольного паза с объемным наполнением промежуточных участков между ними продольными нитями, образующими совместно армирующий каркас, при объемном соотношении перекрещивающихся продольных и поперечных нитей внешнего слоя, замкнутых слоев по поверхности закрытых продольных каналов от 1:1 до 1: 50, объемном соотношении продольных нитей с перекрещивающимися продольными и поперечными нитями общего внешнего слоя и замкнутых слоев по поверхностям закрытых продольных каналов от 1:1 до 50:1, при объемном соотношении всех нитей армирующего каркаса с полимерным связующим от 1:1 до 1:0,2. Общее основание конструкционного элемента может быть выполнено с плоской базирующей опорной поверхностью и параллельными базирующими боковыми поверхностями, или с выпуклой, или вогнутой опорной радиусной поверхностью.

В первом и втором вариантах армирующий каркас конструкционного элемента может быть выполнен с промежуточным слоем из продольных нитей однонаправленных стекло- или базальтоволокон ⊘ 13-27 мм или комбинации из них и слоев из перекрещивающихся продольных и поперечных нитей стекло- или базальтоволокон ⊘ 5-15 мкм или комплексных нитей из них линейной плотностью 100-500 текс, скрепленных прошивной нитью, с поверхностной плотностью полотен 200-700 г/м², размещенный в сплошной среде скрепляющего его полиэфирного, винилэфирного или эпоксидного связующего.

Армирующий каркас конструкционного элемента может быть выполнен с промежуточным слоем из продольных нитей однонаправленных стекло- или базальтоволокон ⊘ 13-27 мм или комбинации из них и слоев из перекрещивающихся продольных и поперечных нитей стекло- или базальтоволокон ⊘ 5-15 мкм в виде ткани полотняного или сатинового плетения при расположении нитей основы вдоль, а нитей утка - поперек продольных нитей промежуточного слоя каркаса, поверхностной плотностью 150-350 г/м², размещенный в сплошной среде скрепляющего его полиэфирного, винилэфирного или эпоксидного связующего.

Армирующий каркас конструкционного элемента может быть выполнен с промежуточным слоем из продольных нитей однонаправленных стекло- или базальтоволокон ⊘ 13-27 мм или комбинации из них и слоев из хаотично перекрещивающихся стекло- или базальтоволокон ⊘ 5-15 мкм, длиной 10-100 мм, в виде холста, поверхностной плотностью 75-350 г/м², размещенный в сплошной среде скрепляющего его полиэфирного, винилэфирного или эпоксидного связующего.

Армирующий каркас конструкционного элемента может быть выполнен с промежуточным слоем из продольных нитей стекло- или базальтоволокон ⊘ 13-27 мм или комбинации из них и слоев из перекрещивающихся продольных и поперечных нитей из однонаправленных стекло- или базальтоволокон ⊘ 5-15 мкм линейной плотностью 100-500 текс, скрепленных прошивной нитью, с поверхностной плотностью полотен 200-700 г/м², или из стекло- или базальтоволокон ⊘ 5-15 мкм в виде ткани полотняного или сатинового плетения при расположении нитей основы вдоль, а нитей утка - поперек продольных нитей промежуточного слоя каркаса, поверхностной плотностью 150-350 г/м², или из хаотично перекрещивающихся стекло- или базальтоволокон ⊘ 5-15 мкм, длиной 10-100 мм, в виде холста, поверхностной плотностью 75-350 г/м², размещенный в сплошной среде термопласта, например, атмосферо- и/или светостойком полиэтилене, полипропилене, полисульфоне или поливинилхлориде (ПВХ).

Армирующий каркас конструкционного элемента может быть выполнен с промежуточным слоем из продольных нитей стекло- или базальтоволокон и полых стеклянных и/или полимерных волокон, например полиэтиленовых, полипропиленовых или полинитрильных в объемном соотношении от 1:1 до 1:10.

Армирующий каркас конструкционного элемента может быть выполнен с промежуточным слоем из продольных нитей однонаправленных стекло- или базальтоволокон текстурированных полностью или частично.

В полимерное связующее, скрепляющее армирующий каркас конструкционного элемента, может быть введена минеральная добавка: песок или мел, или двуокись титана, или доломитовая мука, или комбинация из них в объемном соотношении связующего и добавки от 1:0,05 до 1:0,3.

Полимерное связующее, скрепляющее армирующий каркас, может быть модифицировано каучуком в объемном соотношении связующего и каучука от 1:0,02 до 1:0,3.

В полимерное связующее, скрепляющее армирующий каркас, может быть введена трехокись сурьмы при объемном соотношении связующего и трехокиси сурьмы от 1:0,03 до 1:0,15 и гидрат окиси алюминия объемном соотношении связующего и гидрата окиси алюминия от 1:0,05 до 1,3.

В полимерное связующее, скрепляющее армирующий каркас, может быть введен краситель в объемном соотношении связующего и красителя от 1:0,03 до 1:0,10.

Наружные боковые поверхности конструкционного элемента могут быть облицованы мастикой, обладающей звукоизолирующими свойствами, толщиной 0,3-5 мм.

Наружные боковые поверхности конструкционного элемента могут быть облицованы вспучивающейся огнезащитной мастикой, толщиной 0,5-3,5 мм. Облицовочная мастика может быть армирована сеткой из стекло- или базальтоволокон.

Наружная поверхность конструкционного элемента может быть покрыта светорассеивающей эмалью толщиной 0,05-0,5 мм.

Отличительными особенностями конструкционного элемента из композиционного материала являются следующие признаки: первого варианта: - непрерывность перехода перекрещивающихся продольных и поперечных нитей внешнего слоя вокруг кромок профиля на противоположные поверхности; - расположение продольного стыка внешнего слоя на одной из боковых поверхностей; - объемные соотношения нитей между направлениями армирования, объемное соотношение всех нитей и полимерного связующего; - выполнение стенки профиля с постоянной толщиной по контуру профиля; - параллельное расположение слоев на плоских участках стенки профиля и конгруэнтное в местах радиусного изгиба стенок; второго варианта: - снабжение элемента двумя закрытыми продольными каналами; - наличие на поверхностях каналов замкнутых слоев из перекрещивающихся продольных и поперечных нитей;
- наличие открытого продольного паза между продольными каналами;
- расположение закрытых продольных каналов и открытого продольного паза по одну сторону от общего основания;
- наличие одного общего внешнего слоя перекрещивающихся продольных и поперечных нитей, охватывающего общее основание, стенки вокруг закрытых продольных каналов и открытого продольного паза;
- объемное наполнение промежуточных участков между каналами, пазом, внешним слоем и внутренними слоями закрытых продольных каналов продольными нитями, образующими совместно армирующий каркас элемента;
- объемное соотношение нитей между собой, объемное соотношение нитей и полимерного связующего;
- выполнение общего основания конструкционного элемента с плоской базирующей опорной поверхностью и параллельными базирующими боковыми поверхностями;
- выполнение общего основания конструкционного элемента с выпуклой или вогнутой опорной радиусной поверхностью.

Дополнительными общими отличительными признаками конструкционного элемента из композиционного материала первого и второго варианта являются следующие признаки:
- выполнение армирующего каркаса с промежуточным слоем из продольных нитей однонаправленных стекло- или базальтоволокон или комбинации из них и слоев из перекрещивающихся продольных и поперечных нитей или комплексных нитей из них, скрепленных прошивной нитью, или ткани полотняного или сатинового плетения, или холста, скрепленных полиэфирным, винилэфирным или эпоксидным связующим или термопластом, например, атмосферо- и/или светостойком полиэтиленом, полипропиленом, полисульфоном или поливинилхлоридом (ПВХ);
- выполнение промежуточного слоя из продольных однонаправленных и синусоидально расположенных в продольном направлении стекло- или базальтоволокон или комбинации из них, объемное соотношение;
- введение в продольные стекло- или базальтоволокна полых стеклянных и/или полимерных волокон, их объемное соотношение;
- введение в качестве продольных однонаправленных текстурированных стекло- или базальтоволокон полностью или частично;
- введение в связующее минеральных добавок;
- модифицирование связующего каучуком;
- введение в связующее красителя;
- облицовка наружной поверхности конструкционного элемента мастиками, вспучивающейся мастикой;
- армирование облицовочных мастик сеткой из стекло- или базальтоволокон;
- покрытие наружной поверхности конструкционного элемента светорассеивающей эмалью.

Указанные отличительные признаки являются существенными, т.к. каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи и получение нового технического результата.

Выполнение внешнего слоя из перекрещивающихся продольных и поперечных нитей в местах перехода вокруг боковых кромок профиля на противоположные стороны поверхностей его стенки непрерывным позволяет создать замкнутый по поперечному периметру профиля армирующий каркас конструкционного элемента повышенной жесткости и прочности, причем продольный стык в этом слое размещен на одной из боковых поверхностей стенки профиля. Указанные объемные соотношения продольных и поперечных нитей во внешнем слое, в слое, армирующем поверхности закрытых продольных каналов, объемные соотношения продольных нитей с перекрещивающимися продольными и поперечными нитями внешнего слоя, объемное соотношение всех нитей с полимерным связующим, скрепляющим армирующий каркас из них в единое целое, позволяет получить конструкционный элемент из композиционного материала с минимальной массой повышенной жесткости, прочности и надежности. Параллельность слоев и их конгруэнтность в местах радиусных изгибов стенки профиля позволяет придать конструкционному элементу стабильные свойства по их непрерывной длине. Перечисленные существенные отличия характеризуют конструкционный элемент в первом и втором варианте исполнения. В конструкционном элементе второго варианта стенка профиля имеет развитую поверхность за счет введения двух закрытых продольных каналов и открытого продольного паза между ними с одним боковым внешним слоем из перекрещивающихся продольных и поперечных нитей по сложному контуру профиля и по одному на поверхности каждого закрытого продольного канала, расположенных так, что пространство между ними объемно наполнено уплотненными между собой и с ними продольными нитями, скрепляющими все нити слоев в армирующем каркасе также в единое целое профиля.

Изготовление конструкционного элемента из стекло- или базальтоволокон ⊘ 13-27 мм или комбинации из них в продольных нитях промежуточного слоя и из перекрещивающихся продольных и поперечных нитей внешнего слоя из стекло- или базальтоволокон ⊘ 5-15 мкм или комбинации из них в виде прошивного полотна или ткани, или холста в полимерном связующем типа полиэфирного, винилэфирного или эпоксидного или типа термопласта - атмосферо- и/или светостойком полиэтилене, полипропилене, полисульфоне или поливинилхлориде (ПВХ) позволяет получить профили с различными потребительскими свойствами, различной номенклатуры, с учетом реализации основных существенных признаков первого или второго варианта исполнения. Сочетание в продольных нитях синусоидально расположенных нитей или текстурирование нитей повышает сдвиговую прочность профиля. Введение полых волокон в продольные нити, введение в полимерное связующее минеральных добавок или модификация связующего, скрепляющего нити армирующего каркаса, модифицированным каучуком повышает звукоизолирующие свойства конструкционного элемента. Введение добавок - трехокиси сурьмы и гидрата окиси алюминия в полимерное связующее повышает огнезащитные свойства профиля. Звукоизолирующие свойства профилей повышаются при из облицовке мастикой, обладающей звукоизолирующими свойствами. На профиль может быть нанесена мастика, обладающая огнезащитными свойствами. Мастики, наносимые на поверхность конструкционного элемента, могут быть армированы усиливающей их сеткой из стекло- или базальтоволокон. В связующее, скрепляющее нити армирующего каркаса, может быть введен краситель. На наружной поверхности профиля может быть нанесена слоем светорассеивающая эмаль, исключающая образование бликов.

Указанные отличительные существенные признаки являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружено, что характеризует предложенное техническое решение соответствием критерию "новизна".

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу создания конструкционных элементов из композиционных материалов и достичь новый технический результат, что характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипа.

Конструкционные элементы из композиционного материала в предложенных вариантах являются новыми модификациями исполнения, наиболее эффективно реализующими уникальные свойства волокон в нитяных системах их армирующих каркасов. Новые конструкционные элементы являются результатом исследовательских и опытно-экспериментальных работ, творческого вклада, получены без использования стандартизованных решений или каких-либо рекомендаций в данной области техники, в предложенной совокупности существенных признаков соответствуют критерию "изобретательский уровень". Сущность изобретения поясняется чертежами с кратким их описанием.

На фиг. 1 (а, б, в, г) представлен конструкционный элемент из композиционного материала первого варианта (общий вид).

На фиг. 2 (а, б, в, г) - конструкционный элемент из композиционного материала второго варианта (общий вид).

На фиг.3 (а, б, в, г) - поперечное сечение конструкционного элемента первого варианта.

На фиг. 4 (а, б, в, г) - поперечное сечение конструкционного элемента второго варианта.

На фиг.5 - схема перекрещивающихся продольных и поперечных нитей, скрепленных в полотно прошивными нитями.

На фиг.6 - схема переплетенных перекрещивающихся продольных и поперечных нитей в виде ткани.

На фиг.7 - схема хаотично перекрещивающихся волокон в виде холста.

На фиг.8 - схема армирования промежуточного слоя из продольных однонаправленных и синусоидально расположенных в продольном направлении нитей.

На фиг.9 - внешний облицовочный слой конструкционного элемента.

На фиг.10 - схема армирования облицовочного слоя сеткой из волокон.

Более подробное описание сущности изобретения с указанием позиций на чертежах состоит в следующем.

Конструкционный элемент из композиционного материала по первому и второму варианту (фиг.1 и 2) содержит армирующий каркас 1 из слоев 2, 3 соответственно перекрещивающихся продольных и поперечных нитей 4, 5 и продольных нитей 6 между ними, размещенный в сплошной среде 7 скрепляющего его полимерного связующего, образующих стенку 8 профиля, полученного способом протяжки через фильеру. Внешний слой 2 перекрещивающихся продольных и поперечных нитей 4, 5 армирующего каркаса 1 в местах перехода 9 вокруг боковых кромок 10 профиля на противоположные стороны поверхностей 11, 12 стенки 8 профиля выполнен непрерывным, с расположением продольного стыка 13 в нем на одной из боковых поверхностей 11, 12 профиля, с параллельным расположением слоев 2, 3 на плоских участках стенки и конгруэнтным - в местах радиусных изгибов 14 стенки профиля. Конструкционный элемент из композиционного материала по второму варианту (фиг. 2 и 4) снабжен двумя закрытыми каналами 15, 16 с замкнутыми слоями 17, 18 из перекрещивающихся продольных и поперечных нитей 4, 5 со стороны их поверхностей и открытым продольным пазом 19 между ними, расположенными по одну сторону от общего основания 20 его профиля. Внешний слой 2 перекрещивающихся продольных и поперечных нитей 4, 5 охватывает основание 20, стенки 8 вокруг закрытых продольных каналов 15, 16 и открытого продольного паза 19 между ними, является общим для них, вместе с замкнутыми слоями 17, 18 продольных каналов 15, 16 и промежуточным слоем из продольных нитей 6, объемно наполняющим промежутки участков между ними, создает армирующий каркас 1 конструкционного элемента второго варианта, скрепленный сплошной средой 7 из полимерного связующего, с образованием стенки профиля этого варианта.

Конструкционные элементы первого и второго вариантов выполнены с объемным соотношением перекрещивающихся продольных и поперечных нитей 4, 5 внешнего слоя 2, слоев 17, 18 каналов 15, 16 от 1:1 до 1:50, с объемным соотношением продольных нитей 6 промежуточного слоя с перекрещивающимися продольными и поперечными нитями 4, 5 слоя 2 и слоев 17, 18 от 1:1 до 50:1, при объемном соотношении всех нитей армирующего каркаса 1 с полимерным связующим от 1:1 до 1:0,2.

Стенка 8 профиля конструкционного элемента первого варианта может быть выполнена постоянной толщины. Радиусные изгибы 14 слоев 2, 3 профиля выполнены с конгруэнтной выпуклой кривизной, ориентированной в одинаковом направлении с радиусным изгибом контура профиля.

Армирующие каркасы 1 конструкционных элементов первого и второго вариантов могут быть выполнены с промежуточным слоем из продольных нитей 6 однонаправленных стекло- или базальтоволокон ⊘ 13-27 мм или комбинации из них и слоев 2, 17, 18 из перекрещивающихся продольных и поперечных нитей 4, 5 стекло- или базальтоволокон ⊘ 5-15 мкм или комплексных нитей из них линейной плотностью 100-500 текс, скрепленных прошивной нитью, с поверхностной плотностью полотен 200-700 г/м², с промежуточным слоем 3 из продольных нитей 6 однонаправленных стекло- или базальтоволокон ⊘ 13-27 мм или комбинации из них и слоев 2, 17, 18 из перекрещивающихся продольных и поперечных нитей 4, 5 стекло- или базальтоволокон ⊘ 5-15 мкм в виде ткани полотняного или сатинового плетения при расположении нитей основы вдоль, а нитей 5 утка - поперек продольных нитей 6 промежуточного слоя каркаса 1, поверхностной плотностью 150-300 г/м², или с промежуточным слоем из продольных нитей 6 однонаправленных стекло- или базальтоволокон ⊘ 13-27 мм или комбинации из них и слоев 2, 17, 18 из хаотично перекрещивающихся стекло- или базальтоволокон 21 ⊘ 5-15 мкм, длиной 10-100 мм, в виде холста поверхностной плотностью полотен 70-350 г/м².

В качестве сплошной среды 7 полимерного материала, скрепляющей армирующий каркас 1 из каждой из трех вышеприведенных групп слоев и структур нитей в пределах эффективных соотношений в первом и втором варианте конструкционного элемента, может быть использовано полиэфирное, винилэфирное или эпоксидное связующее или использован термопласт, например, атмосферо- и/или светостойкий полиэтилен, полипропилен, полисульфон или поливинилхлорид (ПВХ).

Армирующие каркасы 1 могут быть выполнены с промежуточным слоем из продольных нитей 6 и 22, соответственно расположенных однонаправленно и синусоидально вдоль конструкционного элемента из стекло- или базальтоволокон или комбинации из них, в объемном соотношении от 4:1 до 50:1.

Армирующие каркасы 1 могут быть выполнены с промежуточным слоем из продольных нитей 6 стекло- или базальтоволокон и полых стеклянных и/или полимерных волокон, например, полиэтиленовых, полипропиленовых или полинитрильных в объемном соотношении от 1:1 до 1:10.

Армирующие каркасы 1 могут быть выполнены с промежуточным слоем из продольных нитей 6, однонаправленных из стекло- или базальтоволокон, текстурированных полностью или частично.

В полимерное связующее - среду 7, скрепляющее армирующие каркасы 1, может быть введена минеральная добавка: песок или мел, или двуокись титана, или доломитовая мука, или комбинация из них в объемном соотношении связующего и добавки от 1:0,05 до 1:0,3.

Полимерное связующее - среда 7, скрепляющее армирующий каркас 1, может быть модифицировано каучуком в объемном соотношении связующего и каучука от 1:0,02 до 1:0,3.

В полимерное связующее - среду 7, скрепляющее армирующий каркас 1, может быть введена добавка - трехокись сурьмы в объемном соотношении от 1:0,03 до 1: 0,15 и гидрат окиси алюминия в объемном соотношении связующего и гидрата окиси алюминия от 1:0,05 до 1:0,3.

В полимерное связующее - среду 7, скрепляющее армирующий каркас 1, может быть введен краситель в объемном соотношении связующего и красителя от 1: 0,03 до 1:0,10.

Наружные боковые поверхности конструкционного элемента могут быть облицованы мастикой 23, обладающей звукоизоляционными свойствами, толщиной 0,3-5,0 мм.

Наружные боковые поверхности конструкционного элемента могут быть облицованы вспучивающейся огнезащитной мастикой 23, обладающей звукоизоляционными свойствами, толщиной 0,5-3,5 мм.

Облицовочная мастика может быть армирована сеткой 24 из стекло- или базальтоволокон.

Наружная поверхность конструкционного элемента может быть покрыта светорассеивающей эмалью, толщиной 0,05-0,5 мм.

Конструкционный элемент может быть выполнен с плоской базирующей опорной поверхностью 25 и параллельными базирующими боковыми поверхностями 26.

Конструкционный элемент может иметь основание 20, выполненное с выпуклой или вогнутой опорной радиусной поверхностью 27.

Конструкционные элементы (фиг.1 и 10) получают способом протяжки через формующую фильеру (условно не показано) с образованием стенки профиля по первому или второму варианту соответственно.

Изготовленные конструкционные элементы из композиционного материала с использованием рассмотренных технических решений обладают минимальной массой, повышенной жесткостью и прочностью.

Следует отметить, что могут быть различные варианты выполнения конструкционного элемента в отношении формы, размеров и расположения отдельных слоев, нитей, если все это не выходит за пределы объема изобретения, изложенного в пунктах формулы.

Проведенные испытания фрагментов конструкционных элементов показали положительные результаты.

Таким образом, новое техническое решение, предложенное для конструкционных элементов из композиционного материала, соответствует критерию "промышленная применимость", т.е. уровню изобретения.

Формула изобретения

1. Конструкционный элемент из композиционного материала, содержащий армирующий каркас из слоев перекрещивающихся продольных и поперечных нитей и продольных нитей между ними, размещенный в сплошной среде скрепляющего его полимерного связующего, образующих стенку профиля, полученного способом протяжки через фильеру, отличающийся тем, что внешний слой перекрещивающихся продольных и поперечных нитей армирующего каркаса в местах перехода вокруг боковых кромок профиля на противоположные стороны поверхностей его стенки выполнен непрерывным с расположением продольного стыка в нем на одной из боковых поверхностей стенки профиля с параллельным расположением слоев на плоских участках стенки и конгруэнтным в местах радиусных изгибов стенки профиля, с объемным соотношением перекрещивающихся продольных и поперечных нитей внешнего слоя от 1: 1 до 1: 50, объемным соотношением продольных нитей с перекрещивающимися продольными и поперечными нитями внешнего слоя от 1: 1 до 50: 1, при объемном соотношении всех нитей армирующего каркаса с полимерным связующим от 1: 1 до 1: 0,20.

2. Конструкционный элемент по п. 1, отличающийся тем, что стенка профиля по всему его контуру выполнена постоянной толщины.

3. Конструкционный элемент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что радиусные изгибы слоев профиля выполнены с конгруэнтной выпуклой кривизной, ориентированной в одинаковом направлении с радиусным изгибом контура профиля.

4. Конструкционный элемент по пп. 1-3, отличающийся тем, что армирующий каркас выполнен с промежуточным слоем из продольных нитей однонаправленных стекло- или базальтоволокон ⊘ 13-27 мкм или комбинации из них и слоев из перекрещивающихся продольных и поперечных нитей стекло- или базальтоволокон ⊘ 5-15 мкм или комплексных нитей из них линейной плотностью 100-500 текс, скрепленных прошивной нитью, с поверхностной плотностью полотен 200-700 г/м², размещенный в сплошной среде скрепляющего его полиэфирного, винилэфирного или эпоксидного связующего.

5. Конструкционный элемент по пп. 1-3, отличающийся тем, что армирующий каркас выполнен с промежуточным слоем из продольных нитей однонаправленных стекло- или базальтоволокон ⊘ 13-27 мкм или комбинации из них и слоев из перекрещивающихся продольных и поперечных нитей стекло- или базальтоволокон ⊘ 5-15 мкм в виде ткани полотняного или сатинового плетения при расположении нитей основы вдоль, а нитей утка - поперек продольных нитей промежуточного слоя каркаса, поверхностной плотностью 150-350 г/м, размещенный в сплошной среде скрепляющего его полиэфирного, винилэфирного или эпоксидного связующего.

6. Конструкционный элемент по пп. 1-3, отличающийся тем, что армирующий каркас выполнен с промежуточным слоем из продольных нитей однонаправленных стекло- или базальтоволокон ⊘ 13-27 мкм или комбинации из них и слоев из хаотично перекрещивающихся стекло- или базальтоволокон ⊘ 5-15 мкм, длиной 10-100 мм в виде холста поверхностной плотностью 75-350 г/м², размещенный в сплошной среде полиэфирного, винилэфирного или эпоксидного связующего.

7. Конструкционный элемент по пп. 1-3, отличающийся тем, что армирующий каркас выполнен с промежуточным слоем из продольных нитей однонаправленных стекло- или базальтоволокон ⊘ 13-27 мкм или комбинации из них и слоев из перекрещивающихся продольных и поперечных нитей стекло- или базальтоволокон ⊘ 5-15 мкм или комплексных нитей из них линейной плотностью 100-500 текс, скрепленных прошивной нитью с поверхностной плотностью полотен 200-700 г/м², или из стекло- или базальтоволокон ⊘ 5-15 мкм в виде ткани полотняного или сатинового плетения нитей при расположении нитей основы вдоль, а нитей утка - поперек продольных нитей промежуточного слоя каркаса, поверхностной плотностью 150-350 г/м², или из хаотично перекрещивающихся стекло- или базальтоволокон ⊘ 5-15 мкм, длиной 10-100 мм в виде холста поверхностной плотностью 75-350 г/м², размещенный в сплошной среде термопласта, например, атмосфере- и/или светостойком полиэтилене, полипропилене, полисульфоне или поливинилхлориде (ПВХ).

8. Конструкционный элемент по пп. 4-7, отличающийся тем, что армирующий каркас выполнен с промежуточным слоем из продольных нитей однонаправленных и синусоидально расположенных в продольном направлении из стекло- или базальтоволокон или комбинации из них, в объемном соотношении от 4: 1 до 50: 1.

9. Конструкционный элемент по пп. 4-7, отличающийся тем, что армирующий каркас выполнен с промежуточным слоем из продольных нитей стекло- или базальтоволокон и полых стеклянных и/или полимерных волокон, например, полиэтиленовых, полипропиленовых или полинитрильных в объемном соотношении от 1: 1 до 1: 10.

10. Конструкционный элемент по пп. 4-7, отличающийся тем, что армирующий каркас выполнен с промежуточным слоем из продольных нитей стекло- или базальтоволокон однонаправленных текструрированных, полностью или частично.

11. Конструкционный элемент по пп. 1-10, отличающийся тем, что в полимерное связующее, скрепляющее армирующий каркас, введена минеральная добавка, например, песок, или мел, или двуокись титана, или доломитовая мука, или комбинация из них в объемном соотношении связующего и добавки от 1: 0,05 до 1: 0,3.

12. Конструкционный элемент по пп. 1-10, отличающийся тем, что полимерное связующее, скрепляющее армирующий каркас, модифицировано каучуком в объемном соотношении связующего и каучука от 1: 0,02 до 1: 0,3.

13. Конструкционный элемент по пп. 1-10, отличающийся тем, что в полимерное связующее, скрепляющее армирующий каркас, введены добавки - трехокись сурьмы в объемном соотношении связующего и трехокиси сурьмы от 1: 0,03 до 1: 0,15 и гидрат окиси алюминия в объемном соотношении от 1: 0,05 до 1: 0,3.

14. Конструкционный элемент по пп. 1-10, отличающийся тем, что в полимерное связующее, скрепляющее армирующий каркас, введен краситель в объемном соотношении связующего и красителя от 1: 0,03 до 1: 0,10.

15. Конструкционный элемент по пп. 1-14, отличающийся тем, что его наружные боковые поверхности облицованы мастикой, обладающей звукоизолирующими свойствами, толщиной 0,3-5 мм.

16. Конструкционный элемент по пп. 1-14, отличающийся тем, что его наружные боковые поверхности облицованы вспучивающейся огнезащитной мастикой толщиной 0,5-3,5 мм.

17. Конструкционный элемент по пп. 15-16, отличающийся тем, что облицовочная мастика армирована сеткой из стекло- или базальтоволокон.

18. Конструкционный элемент по пп. 1-17, отличающийся тем, что его наружная поверхность покрыта светорассеивающей эмалью, толщиной 0,05-0,5 мм.

19. Конструкционный элемент из композиционного материала, содержащий армирующий каркас из слоев перекрещивающихся продольных и поперечных нитей и продольных нитей между ними, размещенный в сплошной среде его полимерного связующего, образующих стенку профиля, полученного способом протяжки через фильеру, отличающийся тем, что элемент снабжен двумя закрытыми продольными каналами с замкнутыми слоями из перекрещивающихся продольных и поперечных нитей со стороны их поверхностей и открытым продольным пазом между ними, расположенными по одну сторону от общего основания его профиля, и одним общим внешним слоем перекрещивающихся продольных и поперечных нитей, охватывающим общее основание, стенки вокруг закрытых продольных каналов и открытого продольного паза с объемным наполнением промежуточных участков между ними продольными нитями, образующими совместно армирующий каркас, при объемном соотношении перекрещивающихся продольных и поперечных нитей внешнего слоя, замкнутых слоев по поверхности закрытых продольных каналов от 1: 1 до 1: 50, объемном соотношении продольных нитей с перекрещивающимися продольными и поперечными нитями общего внешнего слоя и замкнутых слоев по поверхностям закрытых продольных каналов от 1: 1 до 50: 1 при объемном соотношении всех нитей армирующего каркаса с полимерным связующим от 1: 1 до 1: 0,20.

20. Конструкционный элемент по п. 19, отличающийся тем, что его общее основание выполнено с плоской базирующей опорной поверхностью и параллельными базирующими боковыми поверхностями.

21. Конструкционный элемент по п. 19, отличающийся тем, что его общее основание выполнено с выпуклой или вогнутой опорной радиусной поверхностью.

22. Конструкционный элемент по пп. 19-21, отличающийся тем, что армирующий каркас выполнен с промежуточным слоем из продольных нитей однонаправленных стекло- или базальтоволокон ⊘ 13-27 мкм или комбинации из них и слоев из перекрещивающихся продольных и поперечных нитей стекло- или базальтоволокон ⊘ 5-15 мкм или комплексных нитей из них линейной плотностью 100-500 текс, скрепленных прошивной нитью, с поверхностной плотностью полотен 200-700 г/м², размещенный в сплошной среде скрепляющего его полиэфирного, винилэфирного или эпоксидного связующего.

23. Конструкционный элемент по пп. 19-21, отличающийся тем, что армирующий каркас выполнен с промежуточным слоем из продольных нитей однонаправленных стекло- или базальтоволокон ⊘ 13-27 мкм или комбинации из них и слоев из перекрещивающихся продольных и поперечных нитей стекло- или базальтонитей ⊘ 5-15 мкм в виде ткани полотняного или сатинового плетения при расположении нитей основы вдоль, а нитей утка - поперек нитей промежуточного слоя каркаса, поверхностной плотностью 150-350 г/м, размещенный в сплошной среде скрепляющего его полиэфирного, винилэфирного или эпоксидного связующего.

24. Конструкционный элемент по пп. 19-21, отличающийся тем, что армирующий каркас выполнен с промежуточным слоем из продольных нитей однонаправленных стекло- или базальтоволокон ⊘ 13-27 мкм или комбинации из них и слоев из хаотично перекрещивающихся стекло- или базальтоволокон ⊘ 5-15 мкм, длиной 10-100 мм, в виде холста поверхностной плотностью 75-350 г/м², размещенный в сплошной среде полиэфирного, винилэфирного или эпоксидного связующего.

25. Конструкционный элемент по пп. 19-21, отличающийся тем, что армирующий каркас выполнен с промежуточным слоем из продольных нитей однонаправленных стекло- или базальтоволокон ⊘ 13-27 мкм или комбинации из них и слоев из перекрещивающихся продольных и поперечных нитей из однонаправленных стекло- или базальтоволокон ⊘ 5-15 мкм или комплексных нитей из них линейной плотностью 100-500 текс, скрепленных прошивной нитью, с поверхностной плотностью полотен 200-700 г/м², или из стекло- или базальтоволокон ⊘ 5-15 мкм в виде ткани полотняного или сатинового плетения при расположении нитей основы вдоль, а нитей утка - поперек продольных нитей промежуточного слоя каркаса, поверхностной плотностью 150-300 г/м², или из хаотично перекрещивающихся стекло- или базальтоволокон ⊘ 5-15 мкм, длиной 10-100 мм, в виде холста, поверхностной плотностью 75-350 г/м, размещенный в сплошной среде термопласта, например, атмосфере и/или светостойком полиэтилене, полипропилене, полисульфоне или поливинилхлориде (ПВХ).

26. Конструкционный элемент по пп. 22-25, отличающийся тем, что армирующий каркас выполнен с промежуточным слоем из продольных нитей однонаправленных и синусоидально расположенных в продольном направлении из стекло- или базальтоволокон или комбинации из них, в объемном соотношении от 4: 1 до 50: 1.

27. Конструкционный элемент по пп. 22-25, отличающийся тем, что армирующий каркас выполнен с промежуточным слоем из продольных нитей стекло- или базальтоволокон и полых стеклянных и/или полимерных волокон, например, полиэтиленовых, полипропиленовых или полинитрильных в объемном соотношении от 1: 1 до 1: 10.

28. Конструкционный элемент по пп. 22-25, отличающийся тем, что армирующий каркас выполнен с промежуточным слоем из продольных нитей однонаправленных стекло- или базальтоволокон текстурированных, полностью или частично.

29. Конструкционный элемент по пп. 19-28, отличающийся тем, что в полимерное связующее, скрепляющее армирующий каркас, введена минеральная добавка, например, песок, или мел, или двуокись титана, или доломитовая мука, или комбинация из них в объемном соотношении связующего и добавки от 1: 0,05 до 1: 0,3.

30. Конструкционный элемент по пп. 19-28, отличающийся тем, что полимерное связующее, скрепляющее армирующий каркас, модифицировано каучуком в объемном соотношении связующего и каучука от 1: 0,02 до 1: 0,3.

31. Конструкционный элемент по пп. 19-28, отличающийся тем, что в полимерное связующее, скрепляющее армирующий каркас, введены добавки - трехокись сурьмы в объемном соотношении связующего и трехокиси сурьмы от 1: 0,03 до 1: 0,15 и гидрат окиси алюминия в объемном соотношении связующего и гидрата окиси алюминия от 1: 0,05 до 1: 0,30.

32. Конструкционный элемент по пп. 19-28, отличающийся тем, что в полимерное связующее, скрепляющее армирующий каркас, введен краситель в объемном соотношении связующего и красителя от 1: 0,03 до 1: 0,10.

33. Конструкционный элемент по пп. 19-32, отличающийся тем, что его наружные боковые поверхности облицованы мастикой, обладающей звукоизолирующими свойствами, толщиной 0,3-5,0 мм.

34. Конструкционный элемент по пп. 19-32, отличающийся тем, что его наружные боковые поверхности облицованы вспучивающейся огнезащитной мастикой, толщиной 0,5-3,5 мм.

35. Конструкционный элемент по пп. 33-34, отличающийся тем, что облицовочная мастика армирована сеткой из стекло- или базальтоволокон.

36. Конструкционный элемент по пп. 33-34, отличающийся тем, что его наружная поверхность покрыта светорассеивающей эмалью, толщиной 0,05-0,5 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14