Способ получения материала с отрицательным коэффициентом Пуассона и устройство для его осуществления

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ПУАССОНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси(72) Авторы Шилько Сергей Викторович Бодрунов Николай Николаевич Конек Денис Александрович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси(57) 1. Способ получения материала с отрицательным коэффициентом Пуассона, заключающийся в формировании пороматериала со структурой ячеек вогнутой формы путем объемного сжатия, отличающийся тем, что объемное сжатие осуществляют давлением жидкости или газа непосредственно после завершения порообразования в стадии затвердевания пороматериала. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе формирования пороматериал изолируют от жидкости или газа с возможностью сообщения с атмосферой. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что перед извлечением пороматериала в окружающем его изолированном пространстве создают давление жидкости или газа. 4. Устройство для получения материала с отрицательным коэффициентом Пуассона в виде автоклава, снабженного трубопроводом, выполненным с возможностью сообщения с атмосферой. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что трубопровод соединен с расположенной в рабочей камере автоклава эластичной оболочкой с антиадгезионным покрытием на внутренней поверхности.(56)4668557 , 1987. Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано для получения материалов с отрицательным коэффициентом Пуассона 0. С целью получения материалов с отрицательным коэффициентом Пуассона предложен способ получения полиэдрической пористой структуры 1, являющийся прототипом заявляемого изобретения. В соответствии с прототипом призматическая заготовка из термопластичного пеноматериала подвергается сжатию в трех взаимно перпендикулярных направлениях. При трехосном сжатии ребра ячеек упруго прогибаются внутрь, образуя обращенную структуру с ячейками вогнутой формы. В деформированном состоянии производится нагрев материала до температуры размягчения материала, что приводит к пластической деформации ячеек. При последующем охлаждении происходит фиксация обращенной структуры. Недостатком прототипа является его сложность, связанная с применением трехстадийного процесса, включающего изготовление исходного пороматериала, его объемное сжатие и нагревание до температуры размягчения, а также с трудностью осуществления объемного сжатия путем деформирования заготовки в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Недостатками прототипа также являются необходимость использования заготовки исходного материала геометрически правильной (призматической) формы, что затрудняет получение однородной структуры и стабильного коэффициента Пуассона заготовки произвольной формы. Кроме того, материал, получаемый по указанному способу, оказывается анизотропным в результате неравномерного (ортогонального) сжатия заготовки, обусловливающего изменение коэффициента Пуассона в зависимости от направления. В известных устройствах для обработки пеноматериалов давлением, например 2, используются средства сжатия заготовок материала при помощи подвижных стенок в виде пары перемещающихся жестких плит. Недостатками устройства 2 являются низкая производительность, обусловленная необходимостью повторного прессования заготовки в различных направлениях с помощью одной пары подвижных плит, а также наличие нагревателя для достижения температуры размягчения заготовки пороматериала. Эти недостатки частично устранены в прототипе заявляемого устройства 3, в котором сжатие заготовки осуществляется в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Вместе с тем, конструкция прототипа отличается сложностью, связанной с наличием нагревателя и трудностью обеспечения трехстороннего сжатия. Задачи, на решение которых направлено заявляемое изобретение упрощение технологии получения пороматериала с ячейками вогнутой формы и отрицательным коэффициентом Пуассона получение однородной структуры и стабильного коэффициента Пуассона материала в изделиях произвольной формы. Указанный технический результат достигается формированием пороматериала со структурой ячеек вогнутой формы путем объемного сжатия, причем объемное сжатие осуществляют давлением жидкости или газа непосредственно после завершения порообразования в стадии затвердевания пороматериала. Указанный технический результат достигается также тем, что исходный материал изолируют от жидкости или газа с возможностью сообщения с атмосферой. 6242 1 Указанный технический результат достигается также тем, что перед извлечением пороматериала в окружающем его изолированном пространстве создают давление жидкости или газа. Таким образом, в предлагаемом способе реализуется двухстадийный процесс, заключающийся в формировании структуры вогнутых ячеек путем объемного сжатия пороматериала непосредственно после завершения порообразования в стадии затвердевания материала путем приложения давления жидкости или газа. Для необратимого изменения формы ячеек используется высокая пластичность пороматериала при затвердевании непосредственно после завершения вспенивания из жидкой фазы. При использовании в качестве деформирующего инструмента жидкости или газа под давлением осуществляется всестороннее сжатие исходного пороматериала с ячейками выпуклой формы, образованными при свободном вспенивании. Мода деформации определяется тем, что изгибная жесткость стенок существенно меньше жесткости узлов ячеек. В результате формируются преимущественно вогнутые ячейки. При последующем охлаждении пороматериал приобретает свойство обратимой деформации, характеризуясь модулем упругости и коэффициентом Пуассона , определяемого по зависимости, где х - относительная поперечная деформация у - относительная продольная деформация. При сжатии полученного материала стенки вогнутых ячеек прогибаются внутрь, а при растяжении расправляются. Это обусловливает совпадение знака поперечных и продольных деформаций, т.е. отрицательное значение коэффициента Пуассона . Однородность получаемой структуры и связанная с ней изотропия коэффициента Пуассона обусловлена равномерным распределением давления жидкости или газа на поверхности материала. Это позволяет исключить условие использования заготовок геометрически правильной призматической формы. Таким образом, сжатие может производиться непосредственно после образования пены произвольной формы. Для сжатия открытопористого материала его изолируют от проникновения в поры рабочей жидкости или газа. При этом материал сообщается с атмосферой для свободного выхода порообразующего газа при вспенивании и последующем сжатии полученной заготовки. После завершения формирования открытопористого материала с вогнутой структурой ячеек в изолированное пространство подают рабочую жидкость или газ под давлением для облегчения отделения полученного материала. Для достижения названного технического результата предлагается устройство в виде автоклава, снабженного трубопроводом, выполненным с возможностью сообщения с атмосферой. Указанный технический результат достигается также тем, что трубопровод соединен с расположенной в рабочей камере автоклава эластичной оболочкой с антиадгезионным покрытием на внутренней поверхности. На фигуре показано устройство. Устройство содержит корпус 1, крышку 2, уплотнение 3, источник сжатой жидкости или газа 4, регулятор подачи 5, трубопровод 6, измеритель давления 7. В устройстве размещаются исходные компоненты пороматериала 8. С целью переработки открытопористого материала в устройстве имеется эластичная оболочка с антиадгезионным покрытием 9, сообщаемая с атмосферой посредством выпускного трубопровода 10. Предлагаемый способ был реализован в ГПУ ИММС НАНБ в устройстве, схема которого показана на фигуре. Форма ячеек пороматериала контролировалась методом растровой электронной микроскопии на приборе-50 А. 3 6242 1 Определение коэффициента Пуассона производилось на основе измерения продольных и поперечных деформаций вырезанных из пороматериала призматических образцов в процессе растяжения-сжатия образца. Установлено, что заявленное техническое решение обеспечивает получение структуры ячеек вогнутой формы и отрицательного коэффициента Пуассона материала. Источники информации 1. Пат. США 4668557, МПК В 32 В 00/10, 1987 (прототип). 2. А.с. СССР 1321606, МПК В 29 С 67/20//В 29 К 105, 1987. 3.. . - 1987. - . 235. - Р. 1038-1040 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4