Конструкция многослойного металлополимерного композиционного материала

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЯ МНОГОСЛОЙНОГО МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Научно-исследовательский центр проблем ресурсосбережения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Сечко Александр Эдуардович Свириденок Анатолий Иванович Барсуков Владимир Георгиевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Научно-исследовательский центр проблем ресурсосбережения Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Конструкция многослойного металлополимерного композиционного материала, содержащая наружные слои металла и промежуточный между ними внутренний слой полимера,отличающаяся тем, что внутренний полимерный слой состоит полностью или частично из вторичных термопластичных полимеров на 20-40 по массе наполненный дисперсными или волокнистыми отходами, который снаружи с двух сторон армирован металлическим листом с односторонними сквозными коническими отверстиями с заусенцами. 2. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что внутренний полимерный композиционный слой наполнен волокнистыми отходами растительного происхождения или синтетическими полимерными волокнами, или неорганическими волокнами. 3. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что металлический лист имеет толщину от 0,25 до 3 мм и в одном или нескольких направлениях дополнительные ребра жесткости. 4. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что толщина внутреннего полимерного слоя составляет не менее 25 от общей толщины слоистого материала. 5. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что заусенцы односторонних сквозных конических отверстий металлического листа имеют загнутые концы. 6. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что односторонние сквозные конические отверстия металлического листа заполнены полимерным композиционным слоем, который выходит на наружную поверхность листа, и имеют диаметр больше, чем диаметр волокон наполнителя. 20962005.09.30 7. Конструкция по п. 1 или 6, отличающаяся тем, что в ответственных элементах конструкции в конических отверстиях металлического листа многослойного материала с наружной стороны вкручены шурупы. 8. Конструкция по п. 1 или 3, отличающаяся тем, что с помощью контактной сварки к наружным ребрам жесткости прикреплен металлический лист.(56) 1. Патент 2212340, МПК В 32 В 15/08, 2003. 2. Патент 2000943, МПК 29 9/00,29 31/00, В 29 С 67/14, 1993. 3. Патент 2220851, МПК В 32 В 15/08, В 32 В 7/02, В 63 В 3/20, 2003. Полезная модель относится к области изготовления слоистых композиционных материалов, в частности, предназначенных для изготовления изделий конструкционного назначения и может быть использована в машиностроении для производства деталей машин,работающих при малых и средних нагрузках, при высоких температурах, в агрессивных средах. Известна конструкция многослойного металлополимерного материала, содержащего чередующиеся слои металлических листов и заключенные между ними полимерные прослойки из эластичного полимера 1. Известна конструкция слоистого материала, в которой используется металлический лист с параллельными симметричными чередующимися прорезями и вытянутыми в направлении перпендикулярном данным прорезям 2. Подготовленный таким образом лист металла с обеих сторон обкладывают эластичным упругим полимерным материалом. Формирование листовой заготовки осуществляется соединением слоев эластичных листов между собой в прорезях металлического листа. Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, по совокупности основных признаков является композиционный конструктивный многослойный материал,содержащий первый и второй слои металла и промежуточный внутренний слой эластичного полимера 3. Недостатком прототипа является низкая жесткость материала, который не может быть использован для получения прочных и долговечных несущих конструкций изделия. Другим недостатком является использование в качестве полимерных прослоек, как правило,дорогих эластичных (упругих) полимерных материалов с недостаточной прочностью соединения слоев. Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание слоистой конструкции с повышенными конструкционными свойствами из дешевого композиционного полимерного материала с повышенной прочностью соединения разнородных слоев без применения специальных клеевых слоев. Задача решается за счет того, что конструкция многослойного металлополимерного композиционного материала содержит внутренний полимерный композиционный слой,который состоит полностью или частично из вторичных термопластичных полимеров. Полимер на 20-40 по массе наполнен дисперсными и (или) волокнистыми отходами растительного происхождения или синтетическими полимерными волокнами, или неорганическими волокнами. Внутренний полимерный слой по двум наружным поверхностям армируется металлическим листом толщиной от 0,25 до 3 мм. Лист имеет односторонние сквозные конические отверстия с загнутыми заусенцами. Сквозные конические отверстия обеспечивают дополнительную прочность соединения слоев за счет заполнения внутреннего объема конических отверстий полимерным композитом, содержащим армирующие волокна с диаметром меньше диаметра конического отверстия. Для увеличения прочности соединения слоев в конические отверстия металлического листа вкручиваются шурупы. 2 20962005.09.30 В качестве металлического листа с коническими отверстиями может применяться как плоский листовой металл, так и материал, имеющий в одном или нескольких направлениях дополнительные ребра жесткости. По наружной стороне листа с дополнительными ребрами жесткости с помощью контактной сварки может прикрепляться еще один лист металла. При прессовании в образовавшийся зазор между сварными листами через конические отверстия происходит затекание полимера, что обеспечивает улучшение прочности сцепления слоев и конструкционных параметров материала. Толщина внутреннего полимерного слоя составляет не менее 25 от общей толщины слоистого материала. Выше указанные особенности конструкции многослойного металлополимерного композиционного материала являются существенными признаками, так как каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи. Использование в заявленной конструкции полностью или частично вторичных термопластичных полимеров с наполнением 20-40 по массе дисперсными и (или) волокнистыми отходами растительного происхождения или синтетическими полимерными волокнами, или неорганическими волокнами способствует удешевлению изделия. Применение армирующих наружных металлических листов толщиной 0,25-3 мм со сквозными коническими отверстиями, а также возможность в конические отверстия вкручивать шурупы обеспечивает повышение прочности соединения разнородных слоев. Применение армирующих листов с дополнительными ребрами жесткости и прикрепленным к ним с наружной стороны с помощью контактной сварки листом металла позволяет улучшить конструкционные свойства материала. Существенные отличительные признаки конструкции многослойного металлополимерного композиционного материала в предложенном исполнении являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружены,что позволяет характеризовать конструкцию по совокупности существенных признаков соответствующей критерию новизна. Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу и достичь новый технический результат, что характеризует предложенное техническое решение с существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипа. Новое техническое решение по конструкции многослойного металлополимерного композиционного материала является результатом разработки конструкции и творческого вклада, полученного без использования нормативно-технической документации, ГОСТов, стандартов или каких-либо рекомендаций в данной области техники для решения поставленной задачи, является оригинальным по конструктивному исполнению, неочевидным для специалистов соответствующей отрасли, характеризуется соответствием критерию изобретательский уровень. Предложенная конструкция поясняется схемой сечения конструкции многослойного металлополимерного композиционного материала. На фиг. 1 изображена схема сечения конструкции многослойного металлополимерного композиционного материала, полученного с применением армирующих наружных металлических листов со сквозными коническими отверстиями и дополнительными ребрами жесткости. На фиг. 2 изображена схема сечения конструкции многослойного металлополимерного композиционного материала,полученного с применением армирующих наружных металлических листов со сквозными коническими отверстиями и дополнительными ребрами жесткости с прикрепленными к ним с наружной стороны с помощью контактной сварки листом металла. Заявленная конструкция многослойного металлополимерного композиционного материала (фиг. 1) состоит из внутреннего композиционного полимерного слоя 1 и наружного верхнего и нижнего металлического листов 2. Металлический лист имеет односторонние сквозные конические отверстия 3, заусенцы которых имеют загнутые концы 4. Металлический лист имеет в одном или нескольких направлениях дополнительные ребра жесткости 5. 3 20962005.09.30 Для увеличения прочности соединения слоев ответственных элементов конструкции в конические отверстия металлического листа вкручиваются шурупы 6. Для улучшения конструкционных свойств материала (фиг. 2) к дополнительным ребрам жесткости с наружной стороны с помощью контактной сварки 7 прикрепляют лист металла 8. Изготавливаться конструкционный многослойный металлополимерный композиционный материал может методом термопрессования. Между заранее подготовленными металлическими листами с пробитыми сквозными коническими отверстиями и с дополнительными ребрами жесткости, к которым приваривали наружный лист металла, помещали уплотненный композиционный полимерный лист. В результате термопрессования обеспечивается внедрение заусенцев в полимерную матрицу и затекание композита в конические каналы сквозных отверстий металлического листа, а затем в зазор между сварными листами. После охлаждения слоистого материала в ответственные места конструкции вкручиваются шурупы. По результатам сравнительных испытаний заявленной конструкции и конструкции слоистого материала, полученного известным способом из одинаковых по своим свойствам исходных компонентов, получили, что прочность на изгиб возрастает в 2-3 раза, а прочность при расслаивании - в 2-4 раза и зависит от количества сквозных конических отверстий и дополнительных ребер жесткости металлического листа. Применение на практике конструкции многослойного металлополимерного композиционного материала позволяет решать заявленные в полезной модели задачи. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.