Патент на изобретение №2215705

(54) СОСТАВ ДЛЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

(57) Реферат:

Использование: производство строительных материалов на основе термореактивных смол, которые применяются в элементах конструкций, например железнодорожных шпалах, работающих в условиях агрессивных сред, динамических нагрузок, знакопеременных температур, электрического тока, и которые обладают повышенными эксплуатационными свойствами. Сущность изобретения: состав для композиционного материала включает, мас. %: фурфуролацетоновую смолу ФАМ 13,0-16,0, бензолсульфокислоту 3,0-3,7, многоатомный спирт 0,1-0,2, песок сеяный 23,4-30,6, графитовую муку (графит электродный) 2,5-3,0, муку из пиритовых огарков 6,0-6,5, стеклосетку 0,3-0,9, древесную щепу 14,0-16,0, щебень гранитный 24,0-25,0, отработанное машинное масло 4,0-5,0 и дивинилстирольный термоэластопласт 0,9-1,1 в керосине. Прочность МПа при: сжатии вдоль волокон заполнителя до 79,0, смятии поперек волокон заполнителя до 35,0, изгибе до 24,0, скалывании до 6,5, модуль упругости, 10⁴ МПа при: сжатии до 1,3, изгибе до 1,5, плотность до 1,1 т/м³, водопоглощение за 260 сут. до 0,9%, относительные деформации растяжения до 0,06%, коэффициенты стойкости в воде: по прочности до 0,74, по жесткости до 0,70, морозостойкость до 450 циклов. Предлагаемый состав матрицы композиционного материала, состоящий из гидрофобных компонентов в сочетании с соответствующей пропиткой поверхности изделия и армирующего древесного заполнителя, гарантирует монолитность его структуры, эксплуатационную долговечность, снижение стоимости. 2 табл.

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к полимерным композитам на основе термореактивных смол, которые используются в элементах конструкций, например железнодорожных шпалах, работающих в условиях воздействия агрессивных сред, динамических нагрузок, знакопеременных температур, электрического тока, и которые должны иметь повышенные эксплуатационные свойства.

Известен полимерный композиционный материал, включающий следующие компоненты, маc.%:
Фурфуролацетоновая смола ФАМ – 14,0…20,0
Бензолсульфокислота – 3,0…5,0
Андезитовая мука – 47,0…57,0
Сажа техническая – 2,5…5,7
Древесная щепа – 16,0…20,0
Стеклосетка или распущенный стекложгут – 0,3…0,5
Низкомолекулярный стирол- содержащий сополимер – 1,0…5,0
Многоатомный спирт (глицерин) – 0,3…1,5
(RU, Патент 2098375, кл. С 04 В 26/12, 1995 г.).

Однако при всех положительных свойствах данного композиционного материала, в него включен сополимер, в котором содержится 50…80% стирола, а также техническая сажа, представляющие определенную опасность для здоровья людей. Кроме этого, отсутствие в составе крупного наполнителя – песка повышает содержание в нем дорогостоящей смолы ФАМ, т.к. примененная дефицитная андезитовая мука имеет высокоразвитую удельную поверхность (3300…3500 см²/г). Применение стеклосетки повышает трещиностойкость материала, но не увеличивает его прочность в изделии, недостаточна защита древесины от набухания.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является композиционный материал, включающий следующие компоненты, маc.%:
Фурфуролацетоновая смола ФАМ – 20,1…21,4
Бензолсульфокислота – 3,30…3,62
Песок сеяный – 34,9…38,2
Песок молотый ПМ) – 12,7…16,8
Графит (графитовая мука) – 0,5…3,5
Древесная щепа – 18,5…23,0
Стеклосетка – 0,4…0,6
Глицерин (многоатомный спирт) – 0,18…0,32 [2].

(В.И. Харченков, О.Р. Дорняк, С.Ю. Зобов. Математическая модель проектирования состава из древесностекловолокнистого композиционного материала: Сб. научн. трудовов. Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления лесного комплекса/ Под ред. Проф. В.С. Петровского. – Воронеж: ВГЛТА, 1997. – С.58-61).

Данный материал (прототип, табл. 1 и 2) обладает целым рядом положительных свойств, однако в нем также используется значительное количество дорогой смолы ФАМ, а испытания показали, что защита отвержденной полимерной матрицей древесного армирующего заполнителя от длительного действия агрессивных сред, например воды, недостаточно эффективна. Вода, диффузионно проникающая к высушенной древесине, вызывает ее набухание и соответствующее давление, разрушающее полимерную оболочку, не исключено также гниение древесины в объеме изделия.

Решение технической задачи направлено на придание композиционному материалу дополнительных гидрофобных свойств за счет использования в составе водостойкого дешевого наполнителя – муки из пиритовых огарков; пропитки древесного заполнителя отработанным машинным маслом, предотвращающим его от набухания под действием воды и защищающим от гниения; защиты поверхностных слоев гидрофобизирующим составом; удешевления его введением гранитного щебня, что уменьшает расход дорогой смолы ФАМ.

Это достигается тем, что состав композиционного материала, включающий фурфуролацетоновую смолу ФАМ, бензолсульфокислоту, песок сеяный, графитовую муку, древесную щепу, стеклосетку и многоатомный спирт, дополнительно содержит муку из пиритовых огарков, щебень гранитный, отработанное машинное масло и дивинилстирольный термоэластопласт, растворенный в керосине, при следующем соотношении компонентов, маc.%:
Фурфуролацетоновая смола ФАМ – 13,0…16,0
Бензолсульфокислота – 3,0…3,7
Многоатомный спирт (глицерин) – 0,1…0,2
Песок сеяный – 23,4…30,6
Графитовая мука (графит электродный) – 2,5…3,0
Мука из пиритовых огарков – 6,0…6,5
Стеклосетка – 0,3…0,9
Древесная щепа – 14,0…16,0
Щебень гранитный – 24,0…25,0
Отработанное машинное масло – 4,0…5,0
Дивинилстирольный термоэластопласт, растворенный в керосине – 0,9…1,1
Функциональная роль компонентов композиционного материала состоит в следующем:
фурфуролацетоновая модифицированная смола (ФАМ ТУ 64-11-17-89) – полимерное вяжущее, являющееся продуктом соединения фурфурола (ГОСТ 10437-80) и ацетона (ГОСТ 2603, ст. СЭВ 4275-83) при соотношении молей компонентов 1: 1,5; при отверждении обладающая повышенной водостойкостью по сравнению с цементным бетоном;
безводная бензолсульфокислота (БСК, ТУ 6-36-0204229-25-89) – катализатор отверждения смолы ФАМ;
многоатомный спирт – замедлитель реакции кристаллизации БСК (глицерин, ГОСТ 6259-75), снижающий также модуль упругости композиции и повышающий водостойкость;
песок сеяный кварцевый речной (П, ГОСТ 8736-85) – неорганический заполнитель с МК=1,5, снижающий содержание смолы ФАМ в композиции;
графитовая (электродная) мука марок ГЭ-3 или ГЭ-4 (ГЭ, ГОСТ 7478-75) с удельной поверхностью 4000…5000 см²/г, снижающая внутренние напряжения в композиции и гидрофобизирующая ее объем;
мука из пиритовых огарков (ПО) с удельной поверхностью 2100…3300 см²/г, повышающая водостойкость и прочность композиции;
сетка из нитей на основе стекла алюмоборосиликатного состава (СС, ТУ 6-11-99-75) увеличивает трещиностойкость композиции и, следовательно, повышает ее водостойкость;
древесная щепа (Щ) из кусковых отходов лесоперерабатывающих предприятий с рекомендуемым сочетанием длин отдельных элементов,%: 20…25 см – 2; 15… 20 см – 8; 10…15 см – 35; менее 5 см – 1%, освобожденных от коры и высушенных до постоянной массы, и являющихся армирующим заполнителем, уменьшающим массу и жесткость композиции и одновременно увеличивающим ее изгибную прочность;
щебень гранитный (ЩБ, ГОСТ 8267-82) – неорганический крупный заполнитель с размерами фракций 10…20 мм, снижающий расход смолы ФАМ и увеличивающий прочность при сжатии;
отработанное машинное масло (ОММ), содержащее продукты сгорания (сажу) и примененное для пропитки древесного заполнителя до предела насыщения, равного 30%, что обеспечивает отсутствие давления его стесненного набухания и гниения в процессе эксплуатации изделия, например железнодорожной шпалы;
– дивинилстирольный термоэластопласт (ДСТ-30Р-01, ТУ 38.40327-98), растворенный в керосине, придающий отвержденной композиции гидрофобные свойства и увеличивающий ее трещиностойкость.

Составы и свойства данного композиционного материала приведены в табл. 1 и 2.

Предлагаемый состав матрицы композиционного материала, состоящий из гидрофобных компонентов в сочетании с соответствующей пропиткой поверхности изделия и армирующего древесного заполнителя, гарантирует монолитность его структуры, эксплуатационную долговечность, снижение стоимости.

Формула изобретения

Состав для композиционного материала, включающий фурфуролацетоновую смолу ФАМ, бензолсульфокислоту, песок сеяный, графитовую муку, древесную щепу, стеклосетку и многоатомный спирт-глицерин, отличающийся тем, что он дополнительно содержит муку из пиритовых огарков, щебень гранитный, отработанное машинное масло и дивинилстирольный термоэластопласт, растворенный в керосине, а в качестве графитовой муки состав содержит графит электродный при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Фурфуролацетоновая смола ФАМ – 13,0-16,0
Бензолсульфокислота – 3,0-3,7
Многоатомный спирт-глицерин – 0,1-0,2
Песок сеяный – 23,4-30,6
Графитовая мука – графит электродный – 2,5-3,0
Мука из пиритовых огарков – 6,0-6,5
Стеклосетка – 0,3-0,9
Древесная щепа – 14,0-16,0
Щебень гранитный – 24,0-25,0
Отработанное машинное масло – 4,0-5,0
Дивинилстирольный термоэластопласт, растворенный в керосине – 0,9-1,1

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 18.04.2007

Извещение опубликовано: 20.07.2008 БИ: 20/2008