Способ получения декоративного композиционного материала на основе мамонтовой кости
Изобретение относится к производству заготовок из мамонтовой кости для изготовления художественно-декоративных изделий, например панно, панели, мозаики, дверные ручки. Способ получения декоративного композиционного материала на основе мамонтовой кости характеризуется тем, что в качестве наполнителя используют кости (куски) бивня, а матрицы – синтетическое связующее (эпоксидную смолу), для чего на стадии предварительной подготовки куски мамонтовой кости сортируют по текстуре, оттенку и по размерам, приготавливают формовочную массу путем совмещения со связующим в смесителе при частоте оборота барабана не более 20 об/мин в течение 5-10 мин и получают композиционный материал в пресс-форме путем холодного прессования при удельном давлении прессования 0,6-0,8 МПа, температуре прессования 25-30°С и выдержке под давлением в течение 20-24 часов, при следующем соотношении компонентов, мас. %: наполнитель из кусков бивня 85-90, синтетическое связующее 10-15. Получаемый материал обладает хорошими прочностными свойствами, необходимыми для последующего изготовления на их основе резных изделий.
Изобретение относится к производству заготовок в виде блоков с использованием мамонтовой кости, в частности, отходов декоративного производства в виде костных кусков, на основе которых изготавливают художественно-декоративные изделия, например, панно, панели, мозаики, дверные ручки, рукояти ножей и инструментов, канцелярские принадлежности, подставки и другое.
В области изготовления декоративных изделий из природных материалов, прежде всего, известны способы изготовления элементов с применением минералов, декоративных камней, например, путем распила камня на заготовки с последующей обработкой (см. Орлов А.М. Обработка природного декоративного камня. М., 1956; RU №2154580, кл. В44С 5/04, В28D 1/02, опубл. 20.08.2000).
Известные технические решения не способствуют минимизации образующегося объема отходов, значительное количество которых перерабатывают в крошку или бракуют.
Известны решения, направленные на утилизацию минеральных отходов производства, например, путем их использования в качестве наполнителей.
По способу изготовления плитки для декоративно-живописного панно (см. SU №473624, кл. B44C 5/04, опубл. 15.06.1975) в форму с глянцевым дном (например, из оргстекла), заливают слой прозрачной смолы, который присыпают вермикулитом крупных фракций с размером 10-15 мм, затем заливают слоем смеси смолы с вермикулитом фракций 10 мм и присыпают мелким сухим вермикулитом для создания шероховатой поверхности плитки. После отвердения плитку вынимают из формы.
Кроме того, известен способ изготовления декоративных изделий с использованием наполнителя, изготовленного из янтаря (см. RU №2151700, кл. В44С 5/00, C04B 26/18, опубл. 27.06.2000), по которому получают декоративный композиционный материал на основе полимерного связующего и наполнителя из янтаря низкого качества или отходов янтарного производства.
Известные решения предусматривают использование природных минералов и не предназначены для изготовления декоративных изделий с применением костного материала.
Кость, как наиболее устойчивое из органических соединений, издавна нашла огромные практические применения, как для изготовления поделок домашнего обихода, так и для предметов украшения.
Известно, что бивень мамонта это единственный высокоценный костный материал, разрешенный к добыче и использованию. Физические качества массива мамонтового бивня уникальны и современными технологиями не удается искусственно полностью воссоздать свойства натуральной кости мамонта. Между тем, мамонтовая кость ограничена в объемах, из года в год ее добывают в более сложных условиях, что приводит к удорожанию производства декоративных изделий с использованием костного материала.
Для изготовления изделий из бивня мамонта, прежде всего, используются кости однородной структуры, обладающие равномерностью окраса массива, с отсутствием трещин и иных дефектов. При этом производство сопровождается с выделением значительного количества костных отходов, объемы которых, по некоторым оценкам, могут достигать до 60-80% в зависимости от изначального качества костного сырья.
Задача, на решение которой направлено заявленное решение, заключается в получении декоративного композиционного материала на основе мамонтовой кости, обладающего особенными декоративными свойствами, присущими для органических текстурных материалов с хорошим визуальным эффектом.
Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в утилизации отходов косторезного производства, расширении ассортимента композиционных материалов декоративного назначения. При этом, помимо декоративности, новый материал обладает хорошими прочностными свойствами, необходимыми для последующего изготовления на их основе резных изделий.
Для решения поставленной задачи способ получения декоративного композиционного материала на основе мамонтовой кости характеризуется тем, что в качестве наполнителя используют куски бивня, а матрицы – синтетическое связующее (эпоксидную смолу), для чего, на стадии предварительной подготовки измельченные куски бивня сортируют по текстуре, оттенку и по размерам, приготавливают формовочную массу путем совмещения (смешивания) со связующим в смесителе при частоте оборота барабана не более 20 об/мин в течение 5-10 мин и получают композиционный материал в пресс-форме путем холодного прессования при удельном давлении прессования 0,6-0,8 МПа, температуре прессования 25-30°С и выдержке под давлением в течение 20-24 часов, при следующем соотношении компонентов, мас. %: наполнитель из кусков бивня – 85-90, синтетическое связующее – 10-15.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с известными признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков изобретения обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, получение нового декоративного композиционного материала с использованием костных отходов из бивня мамонта в виде заготовок-блоков, в котором сохраняются особенные достоинства декоративных и физико-механических свойств, присущие для мамонтового бивня, в частности, эффект внутреннего свечения, теплые оттенки живого тела, непревзойденная пластичность мельчайших деталей и др.
По заявленному решению композиционный декоративный материал представляет собой заготовку в виде блока, полученную путем формования и прессования композиционной смеси на основе синтетического полимера и наполнителя из кусков мамонтовой кости.
Таким образом, технологический процесс изготовления композиционного материала включает следующие основные этапы:
- подготовка матрицы (связующего);
- подготовка наполнителя;
- совмещение компонентов;
- формование брикета в пресс-форме;
- холодное прессование блока;
- распалубка пресс-формы;
- заключительная механическая обработка полученных блоков, упаковка и складирование.
В качестве связующего используются синтетические смолы, обеспечивающие высокопрочное, водостойкое, долговечное и прозрачное соединение. Для экспериментальных работ были исследованы образцы на основе эпоксидной и полиэфирной смол. С точки зрения безопасности, экологичности и показателей эксплуатационных свойств, наиболее приемлемыми были определены материалы на основе эпоксидной смолы.
Известно, что бивень мамонта условно делится на пять видов сортов (см. http://koptelovy.ru/mammoths/klassifikaciya-bivnya-mamonta): коллекционный, первый, второй, третий и четвертый сорта. Если из них для косторезного производства, в основном, пригодны бивни с первого по третий сорта, то к четвертому сорту, как правило, относят щепу, т.е. бивень, содержащий множество трещин, годный для изготовления небольших изделий. Из них получают наибольшее количество отходов в виде кусков, коры разных размеров.
Для изготовления композиционного материала используют куски мамонтовой кости разных размеров и оттенков, полученные из любого сорта бивня, главным образом, некондиционные отходы производства. При этом художником куски могут быть специально подобраны, исходя из замысла о будущей композиции на основе данного материала.
Заявленное решение реализуется следующим образом.
Куски бивня предварительно промывают и сортируют по размерам, текстуре, оттенкам и просушивают при естественных условиях в течение 48-72 часов или с некоторым подогревом в сушильной камере с принудительной циркуляцией воздуха при температуре не выше 35-36°С в течение 36-40 часов.
Отобранные сухие куски взвешивают и помещают в смесительное оборудование, в качестве которого используют стандартные барабанные смесители, например, типа СБН «Гамбит» (см. https://gambitmarket.ru) с регулируемой частотой оборота барабана. В целях исключения дополнительного измельчения кусков мамонтовой кости во время смешивания и упрощения обслуживания оборудования, внутренняя поверхность барабана смесителя может быть оборудована (обшита) пластиковой накладкой.
В зависимости от общего веса загружаемых в барабан смесителя костных кусков отвешивают требуемое количество связующего, которое составляет 10-15% от общего веса наполнителя. В качестве связующего используют эпоксидную смолу, например, типа ЭД или Epoxy, с отвердителем, используемым согласно инструкции к смоле. Для придания дополнительных декоративных свойств в смолу может быть добавлен определенный краситель.
При медленном вращении барабана (не более 20 об/мин) в смеситель через загрузочное окно постепенно подают раствор связующего и проводят смешивание компонентов в течение не более 5-10 мин. Готовую смесь выгружают в поддон или емкость.
Для формования заготовки используют пресс-формы известной разборной конструкции. Размеры внутренней полости пресс-формы определяют размеры прессуемого блока композиционного материала. Перед помещением смеси внутренние стенки пресс-формы покрывают защитным антиадгезионным слоем, например, для этого используют пленки на основе ПЭТФ. Кроме того, защитная пленка также частично предотвращает вытекание жидкой смолы в процессе формования и прессования.
Загрузку смеси в пресс-форму осуществляют вручную или выполняют на вибрационной площадке. Ручной способ удобен тем, что формовщик может специально определить расположение кусков в массе блока. Как правило, куски бивня мамонта располагают параллельно друг другу, например, вдоль волокон.
В зависимости от объема блока (главным образом, толщины блока) формование может быть выполнено с послойным уплотнением массы, для чего, в пресс-форму помещают первый слой толщиной, например, 15-20 мм, далее слой покрывают пленкой и осторожно уплотняют подпрессовкой в прессе, удельное давление прессования при этом составляет не более 0,3-0,4 МПа.
После подпрессовки первого слоя снимают защитную пленку и аналогичным способом накладывают следующий слой массы и подпрессовывают известным способом. При подпрессовке исключают чрезмерное измельчение костных кусков.
По достижению окончательной толщины массы в пресс-форме пакет покрывают защитной пленкой, помещают в холодный пресс периодического действия и выполняют прессование заготовки. Режимы прессования: удельное давление 0,6-0,8 МПа, температура 20-25°С, продолжительность выдержки под давлением – 24±2 часа. Для ускорения процесса прессования возможно использование подогрева пакета до 30-35°С, используя известные технические подходы. В этом случае, склеивание блока может быть завершено в течение 18-20 часов.
Во время прессования в пакете происходит окончательное упрессовывание массы в пресс-форме, при этом жидкая смола заполняет пустоты между кусками мамонтовой кости, полностью обволакивая их и придавая монолитности изготавливаемому блоку материала. После схватывания полимерное связующее не подвергается усадке.
По истечении времени прессования давление снимают и выполняют распалубку пресс-формы, стенки которой освобождают от защитной пленки, и после очистки направляют на повторное использование.
Полученный блок декоративного композиционного материала осматривают на предмет наличия повреждений, очищают от неровностей склеивания, при необходимости, направляют на заключительную механическую обработку (циклевание, шлифование, обрезка), далее упаковывают и складируют.
Пример осуществления заявленного способа получения декоративного композиционного материала на основе мамонтовой кости.
Для экспериментальных работ был изготовлен блок с размерами по длине, ширине и толщине, соответственно: 350х350х200 мм.
В качестве связующего использовали эпоксидную смолу марки Epoxy 520 с отвердителем и без добавления красителя.
В качестве наполнителя были отобраны сухие куски бивня примерно одинакового размера (длина до 50 мм, ширина до 30 мм, толщина до 20 мм), отличающиеся текстурой и оттенками. Для заданного размера блока расчетное количество наполнителя составило около 20 кг, исходя из которого определили потребное количество смолы в 3 кг.
Отобранные костные куски поместили в смеситель барабанного типа и при частоте оборота барабана 20 об/мин постепенно залили отвешенным количеством эпоксидной смолы. Смешивание проводили в течение 5-10 мин. Готовую смесь выгружали в чистую емкость, откуда поместили в предварительно собранную пресс-форму с защитной пленкой, где сформировали брикет в несколько слоев, применяя периодическую подпрессовку.
При формовании куски мамонтовой кости располагали вдоль волокон, причем, для придания декоративных свойств некоторые из них чередовали по внешним оттенкам.
Загруженную пресс-форму помещали в межплитное пространство гидравлического пресса периодического действия типа П-100 и выполняли прессование при удельном давлении прессования 0,8 МПа в течение 24 часов при температуре в помещении 25±2°С. Величина внешнего давления не должна способствовать чрезмерному измельчению костных кусков.
На следующий день после снятия давления прессования выполняли распалубку пресс-формы и выгружали склеенный блок материала. При оценке внешних свойств были отмечены уникальные декоративные свойства материала, обусловленные характерным сочетанием натурального компонента из бивня и синтетического камня из эпоксидной смолы.
Изготовленный блок обладал следующими показателями физико-механических свойств: объем 23250 см3, плотность 945,5 кг/м3 (по ГОСТ 12730.1-78), предел прочности при сжатии 87 МПа (по ГОСТ 10180-2012), предел прочности при статическом изгибе – 95 МПа (по ГОСТ 10180-2012).
Таким образом, полученный композиционный материал, обладая уникальными декоративными свойствами, достаточно прочен, что способствует долговечности, материал не подвергается влиянию УФ-лучей и удобен для последующей обработки и изготовления изделий. При этом, заявленное техническое решение позволяет утилизировать значительное количество производственных отходов мамонтовой кости, расширяя ассортимент продукции на ее основе.
Способ получения декоративного композиционного материала, характеризующийся тем, что в качестве наполнителя используют измельченные куски бивня, а матрицы – синтетическое связующее, для чего на стадии предварительной подготовки куски бивня сортируют по текстуре, оттенку и по размерам, приготавливают формовочную массу путем совмещения наполнителя со связующим и получают композиционный материал холодным прессованием в пресс-форме при удельном давлении 0,6-0,8 МПа и выдержке под давлением в течение 20-24 часов, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| наполнитель из кусков бивня | 85-90 |
| синтетическое связующее | 10-15 |
