Термостойкая матрица и способ ее получения (варианты)

Изобретение относится к оснасткам для получения изделий композиционных материалов способом горячего отверждения. Термостойкая матрица выполнена из смеси портландцемента и расширяющегося цемента, или из смеси портландцемента и напрягающего цемента, причем доля расширяющегося или напрягающего цемента равна «А», где А определяется из соотношения: А=Ку/(Кр+Ку),

где: Ку - коэффициент усадки портландцемента, Кр - коэффициент расширения расширяющегося или напрягающего цемента. Матрица содержит арматуру в виде стальной сетки или проволоки, или в виде высокопрочных высокомодульных волокон или пленок. Внутри матрицы имеется один или несколько слоев электропроводящего материала, подключенного к источнику электричества. Изобретение обеспечивает повышение физико-механических свойств изделий, получаемых в матрицах. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 пр.

 

Изобретение относится к матрицам и пуансонам для формования изделий из композитных материалов.

Известны такие матрицы (см., например, Большая Советская Энциклопедия, М., 1999 г. том «М»), которые изготавливаются из композитного материала, и в которых формуются изделия при комнатной температуре. Однако некоторые синтетические смолы имеют лучшую прочность при горячем отверждении. Но применяемые для матриц композитные материалы теряют прочность при таких температурах.

Задача и технический результат изобретения - повысить механические характеристики изделий из композитных материалов, получаемых в матрицах.

Для этого матрица выполнена из смеси портландцемента и расширяющегося цемента, или из смеси портландцемента и напрягающего цемента, или из смеси этих трех цементов, или из смеси магнезиального цемента с расширяющимися цементами, или из смеси этих четырех цементов, причем доля расширяющегося или напрягающего цемента равна «А», где А определяется из соображения компенсации усадки портландцемента расширением расширяющихся цементов, т.е. из соотношения:

АКр=(1-А)Ку или

Акр=Ку-АКу или

А(Кр+Ку)=Ку или

А=Ку/(Кр+Ку)

Где: А - доля расширяющихся цементов,

Кр - коэффициент расширения расширяющихся цементов,

Ку - коэффициент усадки магнезиального или портландцемента.

Если применяется смесь двух расширяющихся цементов, то их общий коэффициент расширения определяется пропорционально их взятому соотношению. Также определяется коэффициент усадки смеси портландцемента и магнезиального цемента.

Следует заметить, что вследствие синергетических эффектов практическое значение «А» может отличаться от теоретического.

Для повышения прочности матрицы она содержит арматуру в виде стальной сетки или проволоки, или в виде высокопрочных высокомодульных волокон или пленок. Такими волокнами могут быть стекловолокно, углеволокно, вектран, спектра, дайнима, зайлон, корундовое нановолокно или нанопленка и т.п. (возможность применения арамидных волокон определяется рабочей температурой матрицы). Для повышения эластичности матрицы следует применять магнезиальный цемент, затворенный бишофитом.

Поверхность цемента недостаточно гладкая для формования изделий, поэтому матрица изнутри покрыта слоем термостойкого лака или эмали (например, такой же эмали, какой покрывают ванные и прочие эмалированные изделия), или армированным слоем термостойкого материала на основе термостойкой синтетической смолы (фенолоформальдегидной или мочевиноформальдегидной), или и тем, и тем.

Подогрев матрицы с формуемым в ней изделием может быть произведен воздухом в термокамере. Однако, для более быстрого и равномерного прогрева матрицы, исключающего ее коробление или растрескивание, внутри нее имеется один или несколько слоев электропроводящего материала, подключенного к источнику электричества, причем проводники изгибаются или разветвляются так, чтобы обеспечить примерно одинаковое тепловыделение на единицу объема матрицы, причем для этого применяются проводники с меньшим электрическим сопротивлением (попросту говоря, провода).

Электропроводящим материалом может быть часто применяемый для этого нихром, проволока или сетка из нержавеющей стали, само углеволокно и другие подходящие для этого материалы.

Для более равномерного распределения тепла от внутренних проводников к изделию матрица имеет между электропроводным слоем и рабочей поверхностью слой смеси цемента с медным, или бронзовым, или алюминиевым порошком, или порошком из нержавеющей стали. Желательно, чтобы коэффициент термического расширения электропроводящего слоя и данного теплораспределяющего слоя был близок к коэффициенту термического расширения цемента или бетона (для справки: бетон - 10-14, нихром - 14, медь - 17, бронза - 13-21, алюминий - 2,4, дюралюминий - 23, сталь - 10-17).

Для повышения прочности при ограниченном весе матрица может иметь в направлении меньшего размера ребра жесткости, а в направлении большего размера - ребра жесткости, расположенные на упомянутых ребрах жесткости (то есть, с большей строительной высотой). Причем, для исключения коробления матрицы, электропроводящие элементы могут быть и в ребрах, особенно во внешних.

Для экономии цемента в смесь цементов может быть добавлен песок или другой наполнитель. Однако желательно следить за его коэффициентом термического расширения.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ матрицы №1 состоит в том, что готовую матрицу изнутри покрывают термостойкой эмалью или лаком. В один или несколько слоев с промежуточным шлифованием наждачной бумагой.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ матрицы №2, состоит в том, что исходную болванку сначала покрывают слоем композитного материала на основе термостойких синтетических смол с термостойкой арматурой, а затем покрывают смесью цементов, причем между этими слоями оставляют адгезивный слой в виде полупропитанной смолой сетки или ткани. Причем электропроводящий слой или элементы укладывают между двумя слоями электроизолирующего материала, например стеклоткани.

Пример 1: допустим, имеется портландцемент с коэффициентом усадки 0,5% и расширяющийся цемент с коэффициентом расширения 0,1%. Соотношение А будет:

А=0,5/(0,5+0,1)=83,3%

Пример 2: допустим, имеется портландцемент с коэффициентом усадки 0,5% и напрягающий цемент с коэффициентом расширения 0,1%. Соотношение А будет:

А=0,5/(0,5+0,1)=83,3%

Пример 3: допустим, имеется магнезиальный цемент с коэффициентом усадки 0,5% и расширяющийся или напрягающий цемент с коэффициентом расширения 0,1%. Соотношение А будет:

А=0,5/(0,5+0,1)=83,3%

То есть расширяющийся и напрягающий цемент в сумме должны составить 83,3%.

Пример 4: допустим, имеется портландцемент с коэффициентом усадки 0,5%, магнезиальный цемент с коэффициентом усадки 0,5%, а также напрягающий цемент с коэффициентом расширения 0,1% и расширяющийся цемент с коэффициентов расширения 0,1%. Соотношение А будет:

А=0,5/(0,5+0,1)=83,3%

То есть расширяющийся и напрягающий цемент в сумме должны составить 83,3%, а портландцемент и магнезиальный цемент в сумме должны составить 16,7%.

1. Термостойкая матрица, отличающаяся тем, что выполнена из смеси портландцемента и расширяющегося цемента, или из смеси портландцемента и напрягающего цемента, или из смеси этих трех цементов, или из смеси магнезиального цемента с расширяющимися цементами, или из смеси этих четырех цементов, причем доля расширяющегося или напрягающего цемента равна «А», где А определяется из соотношения
А=Ку/(Кр+Ку),
где: Ку - коэффициент усадки магнезиального или портландцемента,
Кр - коэффициент расширения расширяющегося или напрягающего цемента.

2. Матрица по п.1, отличающаяся тем, что содержит арматуру в виде стальной сетки или проволоки, или в виде высокопрочных высокомодульных волокон или пленок.

3. Матрица по п.2, отличающаяся тем, что упомянутыми волокнами являются стекловолокно, или углеволокно, или вектран, или спектра, или дайнима, или зайлон.

4. Матрица по п.1, отличающаяся тем, что изнутри покрыта слоем термостойкого лака или эмали, или армированным слоем термостойкого материала на основе термостойкой синтетической смолы.

5. Матрица по п.4, отличающаяся тем, что упомянутыми смолами являются фенолоформальдегидная смола или мочевиноформальдегидная смола.

6. Матрица по п.1, отличающаяся тем, что имеет в направлении меньшего размера ребра жесткости, а в направлении большего размера имеет ребра жесткости, расположенные на упомянутых ребрах жесткости.

7. Матрица по п.1, отличающаяся тем, что в смесь цементов добавлен песок или другой наполнитель.

8. Способ получения матрицы по п.1, отличающийся тем, что готовую матрицу изнутри покрывают термостойкой эмалью или лаком.

9. Способ получения матрицы по п.1, отличающийся тем, что исходную болванку сначала покрывают слоем композитного материала на основе термостойких синтетических смол с термостойкой арматурой, а затем покрывают смесью цементов, причем между этими слоями оставляют адгезивный слой в виде полупропитанной смолой сетки или ткани.