Способ производства многослойного пенопласта



Способ производства многослойного пенопласта

 


Владельцы патента RU 2561972:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)

Изобретение относится к вспененным продуктам, в частности к вспененным полимерным материалам, используемым в качестве легкого и теплостойкого заполнителя в производстве сэндвич-панелей. Способ производства многослойного пенопласта включает следующие стадии: приготовление по меньшей мере двух способных к вспениванию слоев композиций, содержащих вспенивающий агент, вспенивание слоев композиций, соединение слоев композиций посредством сварки, охлаждение полученного многослойного продукта, причем в качестве исходной композиции используется акрилимидный сополимер, причем соединение слоев осуществляют одновременно со вспениванием с помощью диффузионной сварки. Технический результат заключается в получении многослойного пенопласта без изменения плотности, уменьшении гидроскопичности, упрощении технологического процесса, получении вспененного материала с повышенными прочностными характеристиками, в частности прочностью при растяжении 0,4-3,0 МПа. 8 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 пр.

 

Данное изобретение относится к вспененным продуктам, в частности к вспененным полимерным материалам, содержащим по меньшей мере два слоя вспененной композиции, используемым в качестве легкого и теплостойкого заполнителя в производстве сэндвич-панелей.

В настоящее время в самолето- и вертолетостроении при изготовлении многослойных, а именно трехслойных, панелей конструкционного и радиотехнического назначения вместо сот широко применяют акрилимидные пенопласты, силовые профили с наполнителем из пенополиимида успешно используются в конструкциях самолета Boeing MD 1 (панели воздухозаборного канала хвостового двигателя), также заполненные пенопластом стрингер-профили используются при создании заднего гермошпангоута аэробусов А 340, А 340-600 и А 380.

При данном изготовлении панелей увеличивается устойчивость тонкостенных конструкций из углепластика и их сопротивления продольному изгибу и осевой нагрузке. Применение пенопласта полиимидного в качестве элемента жесткости позволяет толщину стенок конструкции ограничить одним-двумя слоями углепластика и, таким образом, получить выигрыш в весе.

Недостатками являются технологические сложности получения крупногабаритных монолитных листов, что существенно ограничивает их применение.

Известен способ производства многослойного пенопласта, содержащий множество слоев вспененного термопластичного продукта, имеющего низкую плотность, описанный в патенте RU 2205754, опубликованном 10.06.2003. Данный способ включает в себя следующие стадии: приготовление вспениваемой композиции, экструдирование этой композиции, вспенивание этой композиции, выдержка этого вспененного продукта при повышенной температуре до наступления адгезии между слоями и охлаждение полученного продукта.

Из уровня техники (см. патент США 4053341, дата публикации: 11.10.1977) известен также способ получения многослойного пенопласта. Согласно известному способу получения многослойного пенопласта на основе вспененного полиэтилена внутренний слой такой сэндвичевой структуры имеет плотность, отличную от плотности внешних слоев. Пенопласт получают из трех слоев полиэтилена, содержащих равное количество сшивающего агента (пероксидного) и различные количества химического вспенивающего агента. Многослойную структуру нагревают до температуры, при которой происходит сваривание листов (160°С), и далее температуру повышают для протекания реакции разложения вспенивающего агента и получения слоистого пенополиэтилена (190-250°С).

В рассмотренных патентах можно выделить следующие стадии получения многослойного полимерного или сополимерного пенопласта:

- изготовление по меньшей мере одной способности к вспениванию композиции;

- наличие в композиции вспенивающего агента и адгезионной добавки;

- экструзию композиции через головку, имеющую несколько отверстий;

- вспенивание экструдированной композиции при температуре пенообразования, которая выше температуры стеклования или температуры плавления полимерной композиции;

- выдерживание вспененного продукта при повышенной температуре в течение времени, достаточного для получения адгезии между отдельными слоями пены, необходимой для их соединения;

- охлаждение полученного многослойного продукта.

Однако данный метод не подходит для жестких пластиков, которые в процессе вспенивания образуют твердую корку. Ни один из рассмотренных способов не может быть использован для получения многослойного пенопласта на основе полиакрилимидного сополимера.

Известен способ получения многослойного пенопласта (см. GB 2489121, опубл. 26.09.2012 г.). В данном техническом решении предлагается использовать в качестве свариваемых поверхностей термопластичных пенопластов не плоские, а контурные поверхности, образующие линии сварки, имеющие выпуклые и вогнутые части. Это позволяет получать пенопласт с повышенной однородностью, улучшенными механическими свойствами, а также достигается снижение средней плотности по сравнению со слоистыми пенопластами, полученными с использованием известных процессов сварки. Однако данный способ получения слоистых пенопластов применим только для термопластичных матриц и не может быть применим к полиакрилимидам.

Получение многослойных пенопластов, применяемых в авиастроении, состоящих из соединенных вместе слоев вспененных листов, описан в патенте US 4687691 (опубл. 18.08.2008 г.). Данный аналог является наиболее близким.

В данном способе осуществляют:

синтез (приготовление) двух способных к вспениванию композиций, содержащих вспенивающий агент и сотовую конструкцию,

вспенивание слоев композиций,

соединение слоев композиций посредством клея,

охлаждение полученного многослойного продукта.

Усовершенствование включает в себя соединение слоев пенопласта за счет использования между ними слоя сотовой конструкции, что позволяет получить повышенную прочность при сдвиге. Усилие прикладывается перпендикулярно к слою листового пенопласта так, чтобы соты проникали вглубь. Также перед соединением двух пластин с образованием сэндвич-соты-пена конструкции наносится на поверхность пенопласта клей для упрочнения соединения, что неизбежно приводит к увеличению веса детали. К тому же технологически сложным является интегрировать слой сот в жесткий пенопласт, избегая при этом появления микротрещин, что может негативно сказаться на механических свойствах, теплопроводности конечной конструкции.

Технической задачей изобретения является разработка способа получения многослойного пенопласта на основе полиакрилимидного сополимера, не содержащего инородных уплотнений разной прочности и плотности. Получение сэндвичевой конструкции должно осуществляться без использования клеев.

Технический результат заключается в получении многослойного пенопласта без изменения плотности, уменьшении гидроскопичности, упрощении технологического процесса, с повышенными прочностными характеристиками: вспененного пластика с плотностью 50-100 кг/м3, прочность на растяжение - 0,4-3,0 МПа.

Для достижения поставленного технического результата способ производства многослойного пенопласта, включающий следующие стадии:

приготовление по меньшей мере двух способных к вспениванию композиций, содержащих вспенивающий агент,

вспенивание слоев композиций,

соединение слоев композиций посредством сварки,

охлаждение полученного многослойного продукта,

отличается тем, что

в качестве исходной композиции используется акрилимидный сополимер,

причем соединение осуществляют одновременно со вспениванием с помощью диффузионной сварки.

Предпочтительно диффузионная сварка производится с использованием электрообогреваемых плит гидропресса или металлической оснастки, установленной в автоклаве или термопечи.

Предпочтительно расстояние между электрообогреваемыми плитами пресса или полками оснастки рассчитывается по формуле

H = i = 1 n k i t i 2,0,

где H - промежуток между плитами гидропресса или полками оснастки, мм;

ti - толщина соответствующего i-слоя исходной композиции, мм;

ki - коэффициент вспенивания соответствующего i-слоя исходной композиции,

n≥2 - количество слоев композиции, способных к вспениванию.

Предпочтительно использование в качестве вспенивающего агента третбутилового эфира.

Предпочтительно использование слоев композиции толщиной 4-15 мм.

Предпочтительно акрилимидный сополимер включает в себя акрилонитрил, акриловую кислоту либо метакрилонитрил.

Предпочтительно температура вспенивания от 190°C до 200°C.

Предпочтительно время вспенивания от 1 часа до 2 часов.

Предпочтительно охлаждение осуществляют при комнатной температуре.

Предпочтительно поверхность контакта исходного слоя композиции зашкуривают.

Примеры осуществления.

Пример 1. Для производства многослойного пенопласта приготавливали две способных к вспениванию композиции (со вспенивающим агентом) на основе акрилимидного сополимера (два образца форполимера размером 10×10 см и толщиной 4 мм). Акрилимидный сополимер может включать в себя, например, акрилонитрил, акриловую кислоту либо метакрилонитрил. Для производства многослойного пенопласта поверхности образцов зашкуривают, обдувают воздухом, складывают (друг с другом) и помещают между плитами гидропресса, например гидропресса марки OMRA-5 (Италия). Также возможно проведение процесса вспенивания и сварки в термошкафу либо в автоклаве. Коэффициент вспенивания форполимера по сертификату качества k=2,8. В предпочтительном варианте осуществления расстояние между плитами пресса установили H = i = 1 n k i t i 2,0 = 20,4 м м . Вспенивание композиций осуществлялось при температуре 190°C в течение 90 мин.

При вспенивании давление между образцами листового форполимера достигло значения 0,7 кг/см2, что привело к диффузионной сварке вспененных образцов форполимера. Прочность сварного соединения достигает 70-75% прочности при разрыве вспененного пенопласта (таблица 1). Полученный пенопласт охлаждался при комнатной температуре (комнатной температурой считается ориентировочно температура до 35°C) в течение 4 часов.

Пример 2. Аналогично примеру 1, но зашкуривание не проводили, толщина слоев композиции составляла 10 мм. Вспенивание композиций осуществляли при температуре 200°C в течение 60 мин.

Пример 3. Аналогично примеру 1, при этом процесс вспенивания осуществляли в термошкафу, расстояние между металлическими листами оснастки устанавливали равным 26 мм.

Пример 4. Аналогично примеру 1, при этом процесс вспенивания осуществляли в термошкафу, расстояние между металлическими листами оснастки устанавливали равным 18 мм, а процесс диффузионной сварки проводили по режиму: при температуре 190°C в течение 30 мин, а затем поднимали температуру до 200°C и выдерживали 60 мин.

Пример 5. Аналогично примеру 1, но взято 3 образца сополимера размером 10×10 см и толщиной по 4 мм.

Пример 6. Аналогично примеру 1, но взяты 2 образца сополимера размером 10×10 см толщиной по 15 мм.

Свойства полученных многослойных образцов пенопластов из акрилимидного форполимера приведены в таблице 1.

Из таблицы 1 (примеры 1-6) видно, что при диффузионной сварке прочность соединения листов пенопласта составляет 70-75% от прочности самого пенопласта. При диффузионной сварке плотность пеноблока многослойного не изменяется, прочность сварного шва в зависимости от плотности пенопласта составляет от 1,5 до 2,0 МПа.

1. Способ производства многослойного пенопласта, включающий следующие стадии:
приготовление по меньшей мере двух способных к вспениванию слоев композиций, содержащих вспенивающий агент,
вспенивание слоев композиций,
соединение слоев композиций посредством сварки,
охлаждение полученного многослойного продукта,
отличающийся тем, что в качестве исходных композиций используют акрилимидный сополимер, причем соединение слоев осуществляют одновременно со вспениванием с помощью диффузионной сварки.

2. Способ производства многослойного пенопласта по п.1, отличающийся тем, что диффузионную сварку производят с использованием электрообогреваемых плит гидропресса или металлической оснастки, установленной в автоклаве или термопечи.

3. Способ производства многослойного пенопласта по п.2, отличающийся тем, что расстояние между электрообогреваемыми плитами пресса или полками оснастки рассчитывают по формуле

Н - промежуток между плитами гидропресса или полками оснастки, мм;
ti - толщина соответствующего i-слоя исходной композиции, мм;
ki - коэффициент вспенивания соответствующего i-слоя исходной композиции,
n≥2 - количество слоев композиции, способных к вспениванию.

4. Способ производства многослойного пенопласта по п.1, отличающийся тем, что в качестве вспенивающего агента используют третбутиловый эфир.

5. Способ производства многослойного пенопласта по п.1, отличающийся тем, что используют слои композиции с толщиной 4-15 мм.

6. Способ производства многослойного пенопласта по п.1, отличающийся тем, что охлаждение многослойного продукта осуществляют при комнатной температуре.

7. Способ производства многослойного пенопласта по пп.1 или 2, отличающийся тем, что температура вспенивания составляет от 190°C до 200°C.

8. Способ производства многослойного пенопласта по п.7, отличающийся тем, что время вспенивания составляет от 1 часа до 2 часов.

9. Способ производства многослойного пенопласта по п.1, отличающийся тем, что поверхность контакта исходного слоя композиции зашкуривают.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к литейно-металлургическому производству, в частности к получению пористых литых заготовок (отливок, слитков) из металлов и сплавов с невысокой температурой плавления и легкоплавких металлов и сплавов, используемых для изготовления деталей в машиностроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к ламинированному листу вспененной фенольной смолы и к способу его производства. Лист содержит вспененную фенольную смолу и поверхностный материал, который покрывает поверхность вспененной фенольной смолы, где вспененная фенольная смола содержит углеводород, хлорированный алифатический углеводород или их комбинацию, плотность вспененной фенольной смолы равна от 10 кг/м3 до 100 кг/м3, средний диаметр ячеек вспененной фенольной смолы составляет 5-200 мкм, содержание закрытых ячеек вспененной фенольной смолы составляет 85-99%, и абсолютная величина степени изменения размеров вспененной фенольной смолы Δεb, определяемая методом испытания, описанным в стандарте EN1604, составляет 0,49% или меньше.

Настоящее изобретение относится к композициям из вспениваемых винилароматических полимеров. Описана композиция из вспениваемых винилароматических полимеров для получения вспениваемых изделий или экструдированных вспениваемых листов, включающая: а) полимерную матрицу, полученную полимеризацией основы, включающей 50-100 масс.% одного или более винилароматических мономеров и 0-50 масс.% по меньшей мере одного сополимеризуемого мономера; б) 1-10 масс.%, относительно полимера (а), вспенивающего агента, введенного в полимерную матрицу; и нетеплопроводный наполнитель, включающий: в) 0,05-25 масс.%, относительно полимера (а), кокса в форме частиц со средним диаметром (d50) (размером) от 0,5 до 100 мкм, имеющего площадь поверхности, измеренную в соответствии c ASTM D-3037-89 (по методу БЭТ), от 5 до 200 м2/г, и г) 0,05-10 масс.%, относительно полимера (а), вспученного графита в форме частиц со средним диаметром (d50) (размером) от 1 до 30 мкм, имеющего площадь поверхности, измеренную в соответствии с ASTM D-3037-89 (по методу БЭТ), от 5 до 500 м2/г.

Изобретение относится к смеси, устойчивой к горению. Смесь содержит по меньшей мере один горючий полимер или сополимер стирольного мономера и гекса-, гепта- или окта сложный эфир сахарозы и смеси бромированных C16-C18 жирных кислот или смесь таких сложных эфиров.
Изобретение относится к способу получения жесткого пенополиизоцианурата, который может использоваться в изолирующих системах изоляции стен или крыш. Способ получения жесткого пенополиизоцианурата включает реакцию при изоцианатном индексе от около 175 до около 400 полиизоцианата по меньшей мере с одним полиолом натурального масла, содержащим по меньшей мере около 35 мас.% по отношению к массе полиола натурального масла, обладающим гидроксильным числом от около 175 до около 375 и гидроксильной функциональностью от около 2,0 до около 2,8, в присутствии пенообразующего агента и при необходимости в присутствии одного или большего количества поверхностно-активных веществ, замедлителей горения, пигментов, катализаторов и наполнителей, в котором полученный пенопласт имеет содержание материалов на основе возобновляемого биологического сырья по меньшей мере 8 мас.%.
Изобретение относится к композиции для покрытия пенопластовых частиц и получению изделий из них. .
Изобретение относится к средству для нанесения покрытия на вспенивающиеся частицы стирольного полимеризата, а также к вспенивающимся частицам стирольного полимеризата, которые имеют по крайней мере одно покрытие.
Изобретение относится к огнестойким вспененным изделиям из полистирола, которые могут использоваться при строительстве и монтаже жилых домов. .

Изобретение может быть использовано для получения сваркой взрывом композиционных материалов с особыми тепловыми свойствами, например, при изготовлении теплообменной аппаратуры, электроэнергетических установок и т.п.
Изобретение может быть использовано для получения крупногабаритных многослойных материалов, используемых в атомной, нефтегазовой, химической отраслях промышленности, а также в судостроении.
Изобретение может быть использовано при изготовлении сваркой взрывом деталей термического, химического оборудования, теплорегуляторов. Составляют трехслойный пакет с симметричным расположением титановой пластины относительно медных с заданным соотношением толщин слоев.

Изобретение относится к технологии наноматериалов и наноструктур и может применяться для получения тонкопленочных полимерных материалов и покрытий, используемых как в сенсорных, аналитических, диагностических и других устройствах, так и при создании защитных диэлектрических покрытий.
Изобретение относится области производства одноразовых впитывающих изделий и касается покрывающей композиции и покрытых подложек для изделий, контактирующих с телом человека.

Изобретение может быть использовано для получения композиционных материалов с высокими значениями предела прочности и модуля упругости. Производят пакетирование чередующихся слоев металла-основы и армирующего металла при соотношении площади слоев в пределах 1:(0,5-0,7).

Изобретение относится к элементам защиты от подделки и касается электронного и/или оптического блока устройства и способа его формирования. Содержит электронный и/или оптический плоский элемент, прикрепленный к пластиковому телу.

Изобретение относится к технологии получения износостойких материалов с помощью энергии взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано при изготовлении пар трения, тормозных устройств и т.п., предназначенных для эксплуатации в условиях агрессивных сред.

Изобретение относится к технологии получения износостойких изделий с помощью энергии взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано при изготовлении пар трения, тормозных устройств и т.п., предназначенных для эксплуатации в условиях агрессивных сред.

Изобретение относится к технологии получения износостойких материалов с помощью энергии взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано при изготовлении пар трения, тормозных устройств и т.п., предназначенных для эксплуатации в условиях агрессивных сред.

Изобретение относится к области машиностроения для использования в конструкциях авиационной, ракетной и космической техники и касается оболочки из композиционных материалов.
Наверх