Волокнистая структура для изготовления композиционного материала и способ ее получения

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ВОЛОКНИСТАЯ СТРУКТУРА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Ставров Василий Петрович Спиглазов Александр Владимирович Колос Анастасия Алексеевна(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(56)19518186 2, 2001.4009364 1, 1991.9785 1, 2007.11736 , 2006.1-282375 , 1989.2100493 1, 1997.2300586 2, 2007. Технология производства нетканых материалов. - М. Легкая и пищевая промышленность, 1982. - С. 12, 15-16,163-167, 232-233, 236. БУРДЮКОВ А.В. и др. Механическая технология производства нетканых материалов. - М. Легпромбытиздат,1989. - С. 12-13.(57) 1. Волокнистая структура для изготовления композиционного материала, содержащая волокна, извлеченные из текстильных отходов, отличающаяся тем, что содержит волокна, извлеченные из отходов потребления текстильных необработанных, и дополнительно содержит в качестве матричных волокон пленочные нити, извлеченные из утилизируемой полипропиленовой мешковины, в количестве 40-60 мас. . 2. Способ получения волокнистой структуры по п. 1, при котором осуществляют совместное измельчение и разволокнение текстильных отходов и утилизируемой полипропиленовой мешковины. Изобретение относится к формовочным составам для изготовления изделий из композиционных материалов и технологиям их получения. Для изготовления композиционных материалов и изделий прессованием, термоформованием, намоткой или иными методами используют предварительно сформированные волокнистые структуры - композиции в виде холстов, матов, нетканых материалов, содержащие смесь хаотически ориентированных волокон наполнителя и термопластичного полимера. Термопластичные волокна, расплавляемые при формообразовании изделий и консолидируемые с волокнами наполнителя, выполняют функции матрицы в композиционном материале. Известны различные волокнистые структуры и композиции такого рода и способы их получения. В то же время известные формовочные составы и способы их получения оказываются малопригодными для получения конкурентоспособных композиционных материалов и изделий из волокон, в частности выделяемых из бытовых текстильных отходов. 13421 1 2010.08.30 Так, волокнистая структура, согласно патенту 1, содержит древесные волокна и волокна из термопластичного полимера, расплавляемые при нагреве и прессовании изделий. Помимо волокон из термопластичного полимера в этой структуре содержится термореактивная смола, отверждаемая при прессовании изделия. Введение в композицию термореактивной смолы усложняет процесс получения волокнистой структуры, увеличивает энергоемкость процесса получения изделий и их стоимость. Способ изготовления волокнистой композиции (нетканого материала) 2 включает измельчение и разволокнение целлюлозы, перемешивание целлюлозных волокон с синтетическими волокнами и формирование нетканого материала из смеси волокон потоком воздуха, в частности на перфорированной ленте, и склеиванием. Введение специального клеевого состава усложняет и удорожает технологию получения данной композиции и изделий из нее. Волокнистый полуфабрикат для прессования деталей, согласно патентной заявке 3, состоит из однородной смеси полимерных волокон длиной 30-100 мм и волокон растительного происхождения, в том числе получаемых из отходов синтетической древесной целлюлозы. Из-за низкой прочности волокон из древесной целлюлозы в композиционном материале изделий этот полуфабрикат имеет ограниченную область применения для получения конкурентоспособных изделий. Нетканый материал для изготовления формованных изделий 4 содержит связанные между собой волокна из синтетических полимеров и целлюлозные волокна, выделенные из пульпы. В качестве клеевого состава используют силоксановый полимер, сополимер или их смесь с содержанием 3-7 мас.активного вещества. Сушка повышает энергоемкость процесса, а введение специального клеевого состава усложняет технологию получения композиции, ведет к удорожанию изделий из нее. Волокнистая структура для изготовления композиционного материала, согласно патентам 5, содержит, по крайней мере, один слой из непрерывных, в частности стеклянных, и хаотически расположенных волокон длиной 1-15 см и, по крайней мере, один слой из ткани, соединенные между собой механическими или химическими средствами. Способ изготовления данной волокнистой структуры включает формирование слоев из измельченных и непрерывных волокон и их соединение. Слои, содержащие непрерывные волокна и ткани, затрудняют формование изделий,поэтому их надрезают, что снижает прочность материала в изделиях, усложняет технологию приготовления полуфабриката и повышает его стоимость. Способ изготовления композиционного материала, наполненного волокнами растительного происхождения, согласно патентной заявке 6, включает измельчение волокон наполнителя и введение их в полимерную матрицу в сыпучем состоянии с последующим совмещением в червячном экструдере. Связь матричного полимера с волокнами наполнителя улучшают за счет введения дополнительно до 50 тонкоизмельченных частиц, обработанных аппретом. Наполнение композиции волокнами растительного происхождения способствует удешевлению изделий, но дополнительное наполнение мелкодисперсными частицами и их обработка аппретами снижают этот эффект. Ввиду существенного различия гранулометрических свойств компонентов повышаются энергозатраты на получение однородного состава при совмещении компонентов в экструдере. Волокнистая структура, наиболее близкая по составу к заявляемой, изготавливается согласно патенту 7. Она содержит волокна, извлеченные из текстильных отходов, и волокна термопластичного полимера в количестве до 20 мас. , а также порошкообразное или жидкое связующее вещество. Для получения данной структуры текстильные отходы измельчают на куски и разделяют на волокна. В процессе разволокнения в них вводят волокна термопластичного полимера или наносят порошкообразное или жидкое связующее вещество, например, путем 2 13421 1 2010.08.30 распыления. Композиционный материал получают путем уплотнения волокнистой структуры и соединения волокон, в частности в результате расплавления термопластичных волокон, сушки и (или) отверждения связующего вещества. Из смеси волокон изготавливают листы или холсты, которые покрывают с одной или двух сторон слоями ткани. Композиционный материал, получаемый из такой волокнистой структуры, имеет высокую пористость и низкую прочность ввиду недостаточного количества матричных полимерных волокон. Введение дополнительно связующего вещества при получении волокнистой структуры по известному способу усложняет технологический процесс и увеличивает стоимость композиционного материала и изделий, формуемых из данной структуры. Задачей предлагаемого технического решения является упрощение процесса получения волокнистой структуры, содержащей волокна, извлеченные из текстильных отходов, и удешевление за счет этого композиционного материала и изделий из него. Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что волокнистая структура для изготовления композиционного материала, содержащая волокна, извлеченные из текстильных отходов, содержит волокна, извлеченные из отходов потребления текстильных необработанных, и дополнительно содержит в качестве матричных волокон пленочные нити, извлеченные из утилизируемой полипропиленовой мешковины, в количестве 40-60 мас. . Способ получения указанной волокнистой структуры включает совместное измельчение и разволокнение текстильных отходов и утилизируемой полипропиленовой мешковины. Достижение заявленного технического и экономического эффектов обеспечивается за счет использования волокон, извлеченных из отходов потребления текстильных необработанных, а в качестве матричных волокон - пленочных нитей, извлеченных из утилизируемой полипропиленовой мешковины, и возможности в этом случае совмещения компонентов непосредственно при совместном измельчении и разволокнении. Бывшие в употреблении полипропиленовые мешки благодаря низкой стоимости исходного полимера и ввиду нетехнологичности традиционных методов утилизации относятся к наиболее дешевым видам вторичного полимерного сырья, а отходы потребления текстильные необработанные - к наиболее дешевым видам волокнистых наполнителей. Введение пленочных нитей, извлеченных из утилизируемой полипропиленовой мешковины, в волокнистую структуру позволяет снизить ее стоимость. Благодаря дешевизне пленочные полипропиленовые нити могут быть введены в количестве, достаточном для получения из волокнистой структуры плотных и прочных композиционных материалов, а именно 40-60 мас. , что позволяет отказаться от дополнительного введения в состав композиции порошкообразного или жидкого связующего вещества. Использование полипропиленовых пленочных нитей позволяет также упростить процесс получения волокнистой структуры, поскольку, согласно предлагаемому техническому решению, он сводится к совместному измельчению и разволокнению текстильных отходов и утилизируемой полипропиленовой мешковины. В процессе совместного измельчения и разволокнения этих исходных материалов для получения волокнистой структуры происходит и перемешивание полимерных волокон с текстильными волокнами. Волокнистая структура получается однородной, поскольку длины пленочных нитей и текстильных волокон оказываются в этом случае соизмеримыми, а накопленные деформации сдвига и условия перемещения волокон примерно одинаковыми. Для получения предлагаемой волокнистой структуры может быть использовано оборудование, имеющееся на предприятиях, производящих нетканые материалы, причем реконструкция или переналадка его и изменения технологического процесса не требуются. Так, для измельчения текстильных отходов и полипропиленовой мешковины пригодны измельчительные машины известной конструкции, которыми оснащены указанные предприятия, в частности типа РМО-1 (Россия), машины фирм(Франция),3(Германия),(Италия),(Польша). Для разволокнения разрубленных на куски текстильных отходов и полипропиленовой мешковины применимы щипальные машины МЩ-800, СЩ-850 и ЩМШЛ-1 российского производства и их зарубежные аналоги,например, фирмы(Италия). Производительность этих машин и агрегатов на их основе от 200 до 1200 кг/ч, поэтому себестоимость получаемой волокнистой структуры не превышает себестоимости волокна регенерируемого, изготавливаемого из текстильных отходов. Пригодность предлагаемой волокнистой структуры для получения композиционного материала проверяли путем прямого прессования и прессования из экструдируемых заготовок плит с размерами 250250(4-6) мм. Волокнистую структуру получали, осуществляя совместное измельчение и разволокнение отходов потребления текстильных необработанных групписогласно ТУ РБ 00012641.023-2000 и бывших в употреблении полипропиленовых мешков из пленочных нитей (по ГОСТ 30090-93 и ТУ РБ 400031289.515-2000). Волокнистую структуру получали также по известному способу, но без добавления порошкообразного или жидкого связующего. Введение дополнительно связующего вещества требует дооснащения оборудования устройствами дозирования и сушки, проведения дополнительных операций, которые увеличат стоимость волокнистой структуры на 30-50 . Материал, полученный из волокнистой структуры по известному способу, но без добавления связующего вещества, получился пористым и имеет в 4,3-5,2 раза более низкие механические свойства, чем композиционный материал из волокнистой структуры, полученный по предлагаемому способу, при равной примерно стоимости (таблицу). Характеристики свойств волокнистой структуры и композиционных материалов Доля матПрочность Способ получения воМетод получения Плотность,ричных волопри изгибе,локнистой структуры материала кг/см 3 кон, мас.МПа Известный 7 прямое прессование 20 0,72 6,4 Предлагаемый прямое прессование 50 1,10-1,19 33,2 40 1,21 27,5 экструзия и прессоваПредлагаемый 50 1,14 28,8 ние 70 0,96 29,2 Таким образом, предлагаемое техническое решение упрощает процесс получения волокнистой структуры, пригодной для изготовления композиционного материала конструкционного назначения из волокон, извлекаемых из текстильных отходов, и позволяет снизить стоимость получаемых из этой структуры композиционного материала и изделий. Источники информации 1.4738895, МПК 32 5/14, 1988. 2.2000/024955, 2000,11416411, МПК 04 13/00, 2004. 3.05542801, МПК 04 1/70, 1995. 4.0020030332261, МПК 27 3/12, 2003. 5.2004124841, МПК 04 13/00, 200503/060218, 200314660451603003953, МПК 01 13/00,29 70/16, 2006. 6.101209751, МПК 29 70/10, 2002 (прототип). 7.195181862, МПК 16 59/00,04 1/42, 2001 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4