Защитный профиль из полимерного композиционного материала

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЗАЩИТНЫЙ ПРОФИЛЬ ИЗ ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА(71) Заявители Учреждение образования Гродненский государственный аграрный университет Открытое акционерное общество Белвторполимер(72) Авторы Чекель Александр Владимирович Струк Василий Александрович Пестис Витольд Казимирович Лучина Леонид Александрович(73) Патентообладатели Учреждение образования Гродненский государственный аграрный университет Открытое акционерное общество Белвторполимер(57) 1. Защитный профиль из полимерного композиционного материала, модуль упругости которого меньше модуля упругости защищаемого изделия, отличающийся тем, что выполнен в виде элементов заданной длины г-образного или п-образного сечения, представляющих собой неразъемное соединение основания и боковой плоскости при угле наклона плоскости основания к боковой плоскости 89-60. 2. Защитный профиль по п. 1, отличающийся тем, что в месте соединения основания и боковой плоскости он имеет прямоугольное или трапециевидное, или треугольное, или цилиндрическое утолщение толщиной 0,-2, где- максимальная толщина сечения профиля. 3. Защитный профиль по п. 1, отличающийся тем, что имеет одинаковую толщину основания о и боковой плоскости б. 4. Защитный профиль по п. 1, отличающийся тем, что имеет различную толщину основания о и боковой плоскости б при их соотношении 0,1-0,91. 59792010.02.28 5. Защитный профиль по п. 1, отличающийся тем, что он имеет переменное сечение боковой плоскости при угле наклона наружной и внутренней поверхности н 1-20. 6. Защитный профиль по п. 1, отличающийся тем, что он имеет на внутренней поверхности выступ прямоугольного, или треугольного, или трапециевидного, или цилиндрического сечения толщиной Нв 11-2. 7. Защитный профиль по п. 1, отличающийся тем, что он имеет выступы на оконечности на обеих сторонах боковой плоскости. 8. Защитный профиль по п. 1, отличающийся тем, что он имеет профильное сечение внутренней поверхности. 9. Защитный профиль по п. 1, отличающийся тем, что он имеет выпуклый профиль боковой плоскости с радиусомо, где Но - ширина основания. 10. Защитный профиль по п. 1, отличающийся тем, что он имеет закругления в оконечной части боковой плоскости 31-5. 11. Защитный профиль по п. 1, отличающийся тем, что он в месте соединения боковой плоскости и основания имеет продольное углубление прямоугольной, или треугольной, или цилиндрической формы длиной Нс 0,1-0,5 Ну. 12. Защитный профиль по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен из вспененного материала с закрытыми порами. 13. Защитный профиль по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен из композиционного материала на основе термопластов или термоэластопластов, или их смесей, армированных дисперсными частицами силикатных материалов при содержании 0,01-20 мас. . 14. Защитный профиль по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен из композиционного материала на основе регенерированного сырья.(56) 1. А.с. СССР 1576441, МПК 65 81/02. 2. А.с. СССР 1364568, МПК 65 81/02. 3. Свидетельство на полезную модель РФ 25883, МПК 65 81/02, 2002 (прототип). Полезная модель относится к области создания изделий, предназначенных для защиты транспортируемых или хранимых грузов, преимущественно металлопроката и строительных блоков, от повреждений, обусловленных механическим воздействием агрегатов специальной техники. Наиболее распространенным видом таких изделий являются защитные профили из полимерных композиционных материалов, имеющие определенный профиль сечения, обеспечивающий предохранение наиболее уязвимых мест упаковок металлопроката и строительных блоков - угловых участков пачек металлических листов, рулонов,уголков, швеллеров, тавров и т.п. - от механического ударного воздействия металлических строп грузоподъемной техники и элементов подъемно-транспортных средств. Известна конструкция амортизирующей прокладки на ребра изделий, которая представляет собой корпус из упругого материала с цилиндрической поверхностью, имеющей поперечное сечение в виде разомкнутого кольца 1. Данная прокладка обеспечивает эффективную защиту транспортируемых изделий от повреждения при транспортировке и перевалке. Однако данной конструкции прокладки присущ ряд существенных недостатков прокладка обеспечивает эффективную защиту только углов изделий прокладка препятствует штабелированию пакетов металлопроката в виде листов прокладка имеет достаточно большую массу, что существенно увеличивает ее стоимость. Известна конструкция амортизирующей прокладки, состоящей из чередующихся утолщений и более тонких участков 2. Недостатком данной конструкции является низкая защитная способность вследствие недостаточной фиксации на защищаемой поверхности. 2 59792010.02.28 Наиболее близким к заявляемой модели по совокупности признаков является защитный профиль, состоящий из чередующихся утолщений и более тонких участков, отличающийся тем, что выполнен из упругого монолитного или пористого материала, модуль упругости которого меньше приведенного модуля упругости материала защищаемого изделия, а геометрические размеры профиля выбраны из условия максимально возможная величина деформации профиля при динамических воздействиях в плоскости, перпендикулярной защищаемому элементу изделия, в месте воздействия не должна превышать максимальной толщины профиля при соответствии формы профиля форме защищаемого элемента изделия 3. Данная конструкция защитного профиля обеспечивает достаточно эффективную защиту изделия или полуфабриката, в том числе металлопроката в виде листов, профилей и т.п., благодаря высоким упругим характеристикам и возможности деформирования без разрушения при изгибе. К числу существенных недостатков конструкции защитного профиля, выбранной за прототип полезной модели, относятся большая материалоемкость в случае применения монолитного материала низкая устойчивость элементов защитного профиля на защищаемых участках изделия при отсутствии или разрушении элементов обвязки недостаточный уровень защиты угловых участков транспортируемых пакетов. Одним из важнейших недостатков защитного профиля, выбранного за прототип, является недостаточная устойчивость защитных элементов на защищаемом (транспортируемом или хранимом) объекте. Поэтому элементы защитного профиля заданной длины располагаются на углах упаковки металлопроката и дополнительно закрепляются специальными лентами из металлических или полимерных материалов (обвязкой), которые обеспечивают их устойчивое положение в наиболее уязвимых для повреждения местах в процессе погрузочно-разгрузочных работ (перевалки груза) или в процессе его хранения в складских помещениях. При разрушении такой обвязки защитный профиль теряет устойчивость, произвольно перемещается по поверхности транспортируемой упаковки и теряет свои защитные функции. Учитывая, что прочность обвязки существенно ниже прочности профиля и количество обвязочных лент, как правило, относительно невелико, защитные функции полимерного профиля, независимо от его характеристик, существенно снижаются. Целью настоящей полезной модели является разработка защитного профиля на основе полимерного композиционного материала с повышенными защитными характеристиками. Поставленная цель достигается тем, что защитный профиль заданного сечения из полимерного композиционного материала, модуль упругости которого меньше модуля упругости материала защищаемого изделия, выполнен в виде элементов заданной длины гобразного или п-образного сечения, представляющих собой неразъемное соединение основания и боковой плоскости при угле наклона основания к боковой плоскости 89-60(фиг. 1-3). Вариантами реализации заявленной полезной модели являются следующие защитный профиль в месте соединения основания и боковой плоскости имеет прямоугольное, трапециевидное, треугольное или полусферическое утолщение, толщиной 0,-2, где- максимальная толщина сечения профиля (фиг. 4-6) защитный профиль имеет одинаковую толщину боковой плоскости б и основания(фиг. 1) защитный профиль имеет различную толщину основанияи боковой плоскости б при соотношении 0,01-0,91 (фиг. 7) защитный профиль имеет переменное сечение боковой плоскости при угле наклона наружной и внутренней поверхностей н 1-20 о (фиг. 8, 9) защитный профиль имеет на оконечности внутренней поверхности выступ прямоугольного, треугольного, трапециевидного, полусферического сечения толщиной в 12 (фиг. 10-13) защитный профиль имеет на оконечности утолщения на обеих сторонах боковой плоскости (фиг. 14-16) 3 59792010.02.28 защитный профиль имеет профильное сечение внутренней поверхности (фиг. 17-20) защитный профиль имеет выпуклый профиль боковой плоскости с радиусомо,где Но - ширина основания профиля (фиг. 21) защитный профиль имеет закругление оконечной части боковой плоскости с радиусом 31-5 (фиг. 22-24) защитный профиль имеет в месте соединения боковой плоскости и основания продольные углубления прямоугольной, треугольной или полусферической формы длиной Нс 0,1-0,5 Ну (фиг. 25-27) защитный профиль выполнен из вспененного термопластичного, термоэластопластичного или смесевого материала (фиг. 28) защитный профиль выполнен из композиционного материала на основе термопластичных, термоэластопластичных или смесевых материалов, армированных дисперсными частицами силикатных материалов при содержании 0,01-20 мас.(фиг. 29). На фиг. 1 приведено треугольное сечение защитного профиля, в котором угол между боковой плоскостью и основанием равен . Толщина боковой плоскости - б толщина основания - о ширина основания - Но. На фиг. 2 приведено прямоугольное П-образное сечение защитного профиля с высотой боковой плоскости Нб. На фиг. 3 приведено трапециевидное сечение профиля с угломмежду боковой плоскостью и основанием, меньшим 90. На фиг. 4 приведено треугольное сечение профиля, у которого в месте стыка боковой плоскости и основания имеется прямоугольное утолщение толщиной Ну. На фиг. 5 приведен вариант исполнения профиля треугольного сечения с цилиндрическим утолщением Ну. На фиг. 6 представлен вариант профиля треугольного сечения с треугольным утолщением. На фиг. 7 приведен вариант профиля, у которого толщина боковой плоскости б и основания о различна. На фиг. 8 представлено сечение профиля с изменяющейся толщиной боковой плоскости и основания. Угол н указывает на величину уклона. На фиг. 9 приведен вариант исполнения защитного профиля, у которого боковая плоскость и основание выполнены с обратным уклоном, обозначаемым углом н. На фиг. 10, 11, 12, 13 представлены варианты исполнения защитного профиля, у которого на верхней кромке боковой плоскости и основания выполнены выступы прямоугольного (фиг. 10), полуцилиндрического (фиг. 11), треугольного (фиг. 12) и трапециевидного(фиг. 13) сечения высотой Нв. На фиг. 14, 15, 16 представлены варианты защитного профиля, у которого выступы прямоугольного (фиг. 14), полуцилиндрического (фиг. 15), треугольного (фиг. 16) профиля выполнены на обеих плоскостях. На фиг. 17, 18, 19, 20 приведены варианты защитного профиля, у которого наружная поверхность боковой плоскости (фиг. 17, 18) или боковой плоскости и основания (фиг. 19, 20) выполнены профильными. На фиг. 21 представлен вариант исполнения защитного профиля с изогнутой боковой стенкой при радиусе . На фиг. 22, 23, 24 приведены варианты защитного профиля, у которого на оконечности боковой стенки (фиг. 22, 23) или боковой стенки и основания (фиг. 24) имеются закругления радиусом 3. На фиг. 25, 26, 27 представлены варианты изготовления защитного профиля, у которого в месте соединения боковой плоскости и основания имеется продольное углубление прямоугольной (фиг. 25), цилиндрической (фиг. 26), треугольной (фиг. 27) формы высотой Нс. 4 59792010.02.28 На фиг. 28 приведен вариант исполнения защитного профиля треугольного сечения из вспененного материала. На фиг. 29 представлен защитный профиль, изготовленный из армированного материала на основе полимерной матрицы. На фиг. 30 и 31 представлены схемы упаковки листовых материалов 2 или проката 3 с помощью защитного профиля 1. Сущность технического решения в заявленной полезной модели, обеспечивающего положительный эффект, состоит в следующем. Расположение одной боковой плоскости(при г-образном сечении) или двух боковых плоскостей (при п-образном сечении) под углом к основанию, благодаря упругим характеристикам полимерного композиционного материала, обеспечивает дополнительное механическое взаимодействие боковой плоскости защитного профиля с поверхностью защищаемого изделия, например упаковки металлопроката. Силу этого взаимодействия, а значит, и устойчивость защитного профиля в заданном положении в случае нарушения обвязки можно регулировать с помощью различных технических решений, дополняющих основной заявляемый признак, в том числе конструктивно размещая в месте соединения боковой (боковых) плоскости и основания прямоугольное, трапециевидное, треугольное или полусферическое утолщение толщиной Ну 0,1-2 (фиг. 4-6) изменяя угол наклона боковой плоскости к основаниюв заявленном диапазоне (8960) (фиг. 1-4) изменяя толщину боковых плоскостей (б) и основания (о) (фиг. 7) используя переменные сечения боковой плоскости, которые изменяются под углом н 1-20 (фиг. 8, 9) конструктивно размещая на оконечности боковой плоскости или боковой плоскости и основания выступ прямоугольной, треугольной, трапециевидной или полусферической формы толщиной Нв 1-2 (фиг. 10-13) конструктивно размещая утолщения на обеих сторонах боковой плоскости или основания (фиг. 14-16) используя профильное сечение контактной поверхности боковой плоскости и/или боковой плоскости и основания (фиг. 17-20) используя выпуклость боковой плоскости в целом радиусомо, которая направлена в сторону, противоположную боковой плоскости упаковки (фиг. 21) используя конструктивные радиусы закругления на боковой плоскости или одновременно на боковой плоскости и основании в оконечной их части 1-5 (фиг. 22-24) применяя в месте соединения боковой плоскости и основания продольное углубление прямоугольной, треугольной или полусферической формы длиной Нс 0,1-0,5 Ну (фиг. 25-27) используя для изготовления защитного профиля вспененный материал, который имеет закрытые поры (фиг. 28) используя для изготовления защитного профиля композиционный материал на основе термопластичных, термоэластопластичных или смесевых материалов, армированных дисперсными частицами силикатных материалов, с повышенными упругими характеристиками (фиг. 29). В предложенных вариантах реализации технического решения заявленной полезной модели приведены различные конструктивные и материаловедческие подходы, обеспечивающие увеличение силы взаимодействия элементов защитного профиля с наружной поверхностью транспортируемого изделия. Выбор конкретного варианта исполнения заявленной полезной модели определяется видом транспортируемого изделия (полуфабриката), техническими требованиями потребителя продукции, условиями транспортировки и хранения изделий, экологическими требованиями к переработке амортизированного профиля и другими условиями, оговоренными договорными обязательствами поставщика. 59792010.02.28 Разработанные варианты технического исполнения заявляемой полезной модели могут быть использованы для транспортировки и складского хранения пакетов листовых металлических материалов, различных видов металлопроката и изделий из них, а также неметаллических полуфабрикатов. Элементы защитного профиля могут быть использованы как индивидуально, так и в сочетании двух-четырех г-образных фрагментов, одного побразного и двух г-образных фрагментов, двух п-образных фрагментов. Геометрические размеры элементов защитного профиля (длина, ширина Но, Нб, толщина о, б) зависят от формы, размеров полуфабриката или изделий, условий транспортировки и хранения, а также конкретных условий, оговоренных в контрактах на поставку продукции. Толщина профиля (о, б), длина фрагментов , ширина боковой плоскости и основания (Но, Нб) регулируются элементами технологической оснастки, на которой изготавливается защитный профиль. Ниже приведены примеры конкретного исполнения различных вариантов защитного профиля в соответствии с предложенным техническим решением полезной модели. Пример 1. Защитный профиль с толщиной боковой плоскости б 2 мм, толщиной основания 2 мм и шириной боковой плоскости Нб и основания Но, равной 40 мм, изготавливают из полиэтилена низкого давления (ПЭНД) производства ОАО Полимир (г. Новополоцк,Беларусь) методом экструзии. Щелевая формующая головка обеспечивает заданный профиль (фиг. 1-3) с углом 60 (фиг. 1),89 (фиг. 2),70 (фиг. 3). Профиль экструдируют с применением водной системы охлаждения и мерной резки на фрагменты с помощью дисковой пилы со специальным покрытием режущей кромки.Профиль предназначен для упаковки листовых материалов и используется в виде четырех фрагментов заданной длины, расположенных на углах пакета (фиг. 30). Количество обвязочных элементов не более двух. Пример 2. Защитный профиль с прямоугольным утолщением Ну 0,5 мм и толщиной б 5 мм(фиг. 4) изготавливают из регенерированного полипропилена торговой марки Каплен(производство РФ). Утолщение формируется с помощью экструзионной головки непрерывным способом при технологических режимах переработки, характерных для экструзионных полипропиленов. Ширина боковой плоскости и основания одинакова и равна 80 мм, уголравен 70. Полипропиленовый защитный профиль имеет более высокий модуль упругости, чем профиль из полиэтилена низкого давления, и рекомендуется для применения при транспортировке металлопроката с повышенными требованиями к качеству перевозки (пакеты листовых материалов из мягких металлов, листов и пластин из полимерных и композиционных материалов, пакетов уголкового проката из цветных металлов и сплавов) (фиг. 31). Использование утолщения в месте соединения боковой плоскости и основания любой предложенной формы (фиг. 4-6) увеличивает упругие характеристики стыка и создает дополнительные прижимающие усилия в месте контакта боковой плоскости профиля и поверхности транспортируемого объекта. Оптимальные размеры утолщения находятся в заявленном диапазоне 0,1-2, где- максимальная толщина стенки профиля. При меньшей толщине 0,1 его упругость минимальна, а при превышении толщины 2 наблюдается повышение материалоемкости элементов профиля при отсутствии дополнительного технического эффекта. Пример 3. Защитный профиль с конфигурацией сечения, приведенной на фиг. 10-13, изготавливали из смеси полиэтилена низкого давления (ПЭНД) и высокого давления (ПЭВД) с торговыми марками Каплен и Полимир в соотношении 21. Толщина выступа на оконечности боковой плоскости и основанияв при толщине боковой плоскости и основания 3 мм. Ширина полок профиля Нб и Но равна 80 мм. Профиль изготавливали ме 6 59792010.02.28 тодом экструзии при режимах, характерных для переработки экструзионного ПЭНД. Форма и размеры выступов (утолщений) на внутренней плоскости профиля регулируются элементами экструзионной головки, которая имеет сменные комплектующие детали. Уголмежду плоскостями профиля равен 60. Профиль используется для транспортировки пакетов уголкового или швеллерного проката, у которых размеры полок соизмеримы с размерами защитного профиля. Выступы на оконечностях боковой полки и основания профиля, попадая в зазор между полками уголков, защемляются и фиксируются по всей длине пакета. Это повышает устойчивость защитных элементов при нарушении целостности обвязочных лент. Пример 4. Защитный профиль с углом 75 и рельефом внутренней поверхности, соответствующим фиг. 17-20, изготавливали методом экструзии из композиционного материала на основе полипропилена Каплен, содержащего 5 мас.порофора (азоформамид). В процессе экструзии порофор разлагался и обеспечивал вспенивание материала. При продавливании через экструзионную головку формировали защитный профиль с различным рельефом внутренней поверхности. Профиль из вспененного материала имеет массу, на 30 меньшую, чем масса профиля аналогичных геометрических параметров, выполненного из монолитного материала (полипропилена Каплен). Специальный рельеф внутренней поверхности обеспечивает большее значение силы сцепления боковой поверхности под действием упругих сил благодаря попаданию выступов рельефа в неровности транспортируемого пакета полуфабриката. Данный защитный профиль рекомендуется для транспортировки листовых полуфабрикатов, уложенных в пакеты, например металлических или полимерных листов или пластин. Пример 5. Защитный профиль с выпуклой боковой плоскостью с радиусомо (фиг. 21), толщиной стенок 3 мм изготавливали методом экструзии из композиционного материала на основе высоковязкого полиамида 6 (ОАО ГродноХимволокно), модифицированного 5 мас.дивинилстирольного термоэластопласта ДСТ (производство РФ) при технологических режимах, характерных для экструзии полиамида 6. Ширина полок профиля Нб и Но равна 50 мм. Мерную резку на фрагменты длиной 2 000 мм осуществляли дисковой пилой. Профиль предназначен для упаковки листовых материалов из цветных металлов и сплавов, т.к. обладает более высоким модулем упругости, чем профиль из полиолефинов,а также более эффективно удерживается на боковых поверхностях пакета даже при отсутствии обвязочного материала благодаря упругим характеристикам выпуклой боковой плоскости. Форма боковой плоскости, размеры выпуклостии 3 регулируются сменными элементами экструзионной головки. Пример 6. Защитный профиль с продольным углублением прямоугольного сечения в месте стыка боковой плоскости и основания (фиг. 20-27) изготавливали из композиционного материала на основе сополимера этилена и винилацетата (СЭВА), модифицированного 10 мас.природного силиката - трепела (месторождение Стальное, Беларусь) при режимах экструзии, характерных для СЭВА. Сополимер СЭВА обладает высокими упругими характеристиками и достаточно высоким модулем упругости, который при введении 10 мас.трепела увеличился на 20 . Наличие продольных углублений прямоугольной формы с размером Нс 1,5 мм при толщине боковой плоскости и основания 4 мм и величине утолщения 4 мм обеспечивает возможность деформирования плоскостей защитного профиля при закреплении его на защищаемой поверхности и более плотного его прилегания по всей длине защитного элемента. Защитный профиль подобного исполнения наиболее эффективен при транспортировке пакетов листовых материалов из коррозионно-стойких сталей. Количество обвязочных лент на транспортируемом пакете 2. 59792010.02.28 Пример 7. Защитный профиль с переменным сечением боковой плоскости (фиг. 8) с углом наклона н 20 о выполнен из композиционного материала на основе высоковязкого полиамида 6 (ОАО ГродноХимволокно), армированного 20 мас.стекловолокна с размером фрагментов 2-3 мм. Модуль упругости армированного ПА 6 в 1,5 раза выше модуля упругости базового полиамида 6. Это позволяет повысить защитные характеристики профиля при внешних механических воздействиях. Переменные сечения боковой плоскости с углом наклона н 20 обеспечивает дополнительное усилие ее прижима к защищаемой поверхности изделия. Угол между боковой плоскостью и основанием для данного типа профиля равен 89. Профиль рекомендуется для транспортировки пакетов листовых материалов или уголкового проката из сплавов на основе алюминия. При всем разнообразии вариантов исполнения защитного профиля он может быть изготовлен методом экструзии с применением головки со сменными формующими элементами или методом термоформования из листовых материалов заданных геометрических размеров, полученных экструзией расплава через щелевую головку с последующим каландрованием до заданной толщины листа. Эти способы являются весьма производительными и позволяют использовать как первичное полимерное сырье, так и регенерированные материалы, полученные рециклингом промышленных и бытовых отходов. В последнем случае стоимость защитного профиля снижается на 30-40 при сохранении основных показателей его деформационно-прочностных характеристик. В качестве связующих для изготовления защитного профиля из композиционных материалов по предлагаемой полезной модели рекомендуются полиолефины (ПЭНД, ПЭВД,ПП, СЭВА), полиамида (ПА 6, П 66, П 610), стирольные пластики (полистирол, АБС), полиэфиры (ПЭТФ, ПБТФ), поливинилхлорид, термоэластопласты (полиуретановый ТПУ,дивинистирольный ДСТ, полиэфирный, полиамидный), смеси термопластов с термоэластопластами (ПЭНДПЭВД, ПЭНДСФД, ПЭНДАБС, ПА 6 АБС и др.), термопластов с термопластами (ПА 6 ДСТ, ПЭНДПВХ, ПЭНДСЭВА и др.). В качестве функциональных наполнителей в состав композиционных материалов могут быть введены красители, антиоксиданты, армирующие добавки. Опытные партии защитного профиля изготовлены на УП Белвторполимер, прошли испытания на ООО Ремтранс и Гродненский комбинат строительных материалов и рекомендованы к промышленному применению. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 16