Защитный профиль из композиционного полимерного материала

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЗАЩИТНЫЙ ПРОФИЛЬ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОЛИМЕРНОГО 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) Защитный профиль из композиционного полимерного материала, выполненный из упругого полимерного материала, модуль упругости которого меньше приведенного модуля упругости материала защищаемого изделия, отличающийся тем, что в качестве упругого полимерного материала использован вспененный материал, а профиль имеет градиентную структуру, в которой соотношение толщины наружного монолитного слоя 1 и внутреннего вспененного слоя 2 находится в пределах 0,111, причем наружный и внутренний слои находятся в когезионной связи.(56) 1. А.с. СССР 1576441, МПК 65 81/02. 2. А.с. СССР 1364548, МПК 65 81/02. 3. Свидетельство на полезную модель РФ 25883, МПК 65 81/02. 2002 (прототип). 4. Материаловедение и конструкционные материалы Учебное пособие / Под ред. В.А. Белого. - Минск Вышэйшая школа, 1989. - 450 с. Фиг. 1 Полезная модель относится к упаковочным изделиям и может быть использована для защиты от динамических воздействий и неблагоприятных условий транспортировки и хранения при погрузочно-разгрузочных работах и транспортировке крупногабаритных полуфабрикатов большой массы, например металлопроката в виде рулонов и пачек метал 59782010.02.28 лических листов и пластин, связок погонажных изделий в виде труб, швеллера, уголка,арматуры и т.п. Известна конструкция амортизирующей прокладки на ребра изделий 1, которая представляет собой корпус из упругого материала с цилиндрической поверхностью,имеющей поперечное сечение в виде разомкнутого кольца. 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 при применении прокладки для защиты плоских изделий типа листов или пластин она препятствует их укладке в пакеты масса прокладки достаточно велика, что приводит к неэффективным затратам защитного материала (например, полимерных композитов) и повышению транспортных расходов при перемещении грузов конструкция прокладки создает определенные трудности при возврате использованной упаковки производителю продукции. Известна конструкция амортизирующей прокладки 2, состоящей из чередующихся утолщений и более тонких участков. Недостатком данной конструкции является невысокая эффективность защиты продукции от механических повреждений, т.к. размеры утолщений и тонких участков соизмеримы и не обеспечивают рассеяние энергии ударных воздействий при погрузочно-разгрузочных работах. Наиболее близким к заявляемой модели по совокупности признаков является защитный профиль, состоящий из чередующихся утолщений и более тонких участков, отличающийся тем, что он выполнен из упругого монолитного или пористого материала,модуль упругости которого меньше приведенного модуля упругости защищаемого изделия, а геометрические элементы 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 эффективную защиту изделий или полуфабриката, в том числе металлопроката в виде рулонов, листов, пачек и т.п., благодаря достаточно высоким упругим характеристикам и возможности деформироваться без разрушения при изгибе. К числу существенных недостатков конструкции защитного профиля, выбранной за прототип, относятся большая материалоемкость профиля в случае применения монолитного материала низкая защитная способность профиля при использовании пористого материала, т.к. при механических нагрузках поры не препятствуют деформированию утолщений и профиль принимает конфигурацию плоского листа с низкой защитной способностью при применении пористого материала резко возрастает коррозионное повреждение транспортируемого металлического полуфабриката из-за поглощения и удерживания открытыми порами атмосферной влаги, жидких и газообразных коррозионно-активных сред. При длительном транспортировании груза такой защитный профиль будет способствовать развитию щелевой коррозии на металлической поверхности под профилем низкий уровень защиты при динамическом контактировании пакета из упакованных полуфабрикатов из-за симметричного расположения утолщений и более тонких участков защитного профиля недостаточная деформативность утолщений из монолитного материала, что приводит к пластическому деформированию (течению) при высоких значениях контактных нагрузок и потере ими защитных способностей. 59782010.02.28 Задача разработки полезной модели - повышение эффективности защиты транспортируемых или складируемых изделий при уменьшении ее материалоемкости. Поставленная задача достигается путем применения в конструкциях защитного профиля следующих технических решений конструкционные элементы защитного профиля выполнены из вспененного, а не пористого материала. Степень вспенивания материала находится в диапазоне 0,050,90 конструкционные элементы защитного профиля выполнены из вспененного материала со структурой, подобной интегральной пене соотношение толщины монолитного слоя 1 и толщины внутреннего вспененного слоя 2 находится в пределах 0,111. Сущность заявленного технического решения поясняем графическим материалом фиг. 1 - непрофилированное сечение защитного профиля из композиционного полимерного материала 1 - вспененный слой, 2 - монолитный слой (корка) фиг. 2 - сечение защитного профиля из композиционного полимерного материала с треугольнымы выступами 1 - вспененный слой, 2 - монолитный слой (корка) фиг. 3 - сечение защитного профиля из композиционного полимерного материала с прямоугольными выступами 1 - вспененный слой, 2 - монолитный слой (корка) фиг. 4 - сечение защитного профиля из композиционного полимерного материала с полукруглыми выступами 1 - вспененный слой, 2 - монолитный слой (корка) фиг. 5 - сечение защитного профиля из композиционного полимерного материала с двусторонними полукруглыми выступами 1 - вспененный слой, 2 - монолитный слой(корка) фиг. 6 - структура защитного профиля из композиционного полимерного материала для непрофилированного сечения 2 - наружный слой (корка) толщиной 1, 1 - вспененный внутренний слой профилированного сечения толщиной 2 фиг. 7 - структура защитного профиля из композиционного полимерного материала для профилированного сечения 1 - наружный слой (корка) толщиной 1, 2 - вспененный внутренний слой толщиной 2. Реализация предложенных технических решений в защитном композиционном полимерном профиле позволяет достичь следующего положительного эффекта 1. Согласно современной классификации композиционные материалы подразделяют на 2 класса - поропласты (материалы со сквозными взаимосвязанными порами) и пенопласты (материалы с закрытыми областями, заполненными газовой средой) 4. Поэтому использование вместо пористого материала вспененного обеспечивает снижение массы профиля и повышение его защитных характеристик благодаря наличию закрытых полостей, играющих роль демпфера и способных к диссипации подводимой механической энергии. 2. Разновидностью вспененных материалов являются так называемые интегральные пены, которые обладают специфической структурой, состоящей из наружного монолитного слоя (корки) и внутреннего вспененного слоя. В процессе экструзии профиля, подбирая содержание компонента, образующего газовую фазу (порофора), можно создавать структуры, подобные интегральным пенам, регулировать деформационно-прочностные характеристики профиля, изменяя соотношение толщины корки 2 (1) вспененного слоя 1 (2)(фиг. 1-5). Благодаря этому сохраняются непроницаемость профиля для влаги и его высокие защитные характеристики, а также достигается синергический эффект оптимального сочетания прочностных и демпфирующих характеристик. Оптимальное соотношение 1 к 2 находится в диапазоне 1/20,111. Выбор соотношения определяется конструктивными особенностями профиля, параметрами транспортируемого металлопроката и др. показателями. 3. В разработанной конструкции защитного профиля наружный монолитный слой (1) и внутренний вспененный слой (2) находятся в когезионном взаимодействии, что обу 3 59782010.02.28 словлено технологическими особенностями его получения. Процесс вспенивания и процесс формирования профиля совмещены в едином технологическом цикле. Это приводит к образованию монолитного слоя заданной толщины при движении расплава вспененного композита по плоскости формующего элемента экструзионной головки. Под действием давления экструзии и сил трения полости, находящиеся в наружном слое профиля, схлопываются и формируется монолитный наружный слой профиля 1. Одновременно наличие газовых включений в расплаве способствует повышению точности изготовления профиля вследствие снижения усадочных явлений. Внутренний вспененный слой профиля сохраняет свою структуру, т.к. не подвергается действию сил трения. Поэтому в процессе экструзии формируется структура профиля с заданным градиентом деформационнопрочностных характеристик по сечению, в которой все слои находятся в когезионной связи между собой. 4. Наличие в структуре профиля наружного монолитного слоя (корки) препятствует проникновению влаги из окружающей среды, что повышает защитные характеристики разработанного профиля, по сравнению с аналогом, выполненным из пористого материала. Для производства предлагаемого защитного профиля целесообразно использовать композиционные материалы на основе термопластов - полиолефинов, поливинилхлорида,полиамидов, стирольных пластиков, сополимера формальдегида с диоксоланом, полиэфиров, термоэластопластов - дивинилстирольного, полиуретанового, полиолефинового, полиэфирного, а также их термодинамически совмещенных смесей. Допускается применение регенерированного (вторичного) сырья. Степень вспенивания материала С определяется из соотношения массы образца вспененного материала в и массы монолитного материала м одинакового объема по формуле в . м Необходимая степень вспенивания определяется исходя из параметров транспортируемого полуфабриката массы, длины, формы и т.п., а также исходя из состава используемого полимерного материала. В качестве вспенивающих агентов (порофоров) рекомендуются промышленно выпускаемые азотсодержащие продукты, используемые в технологии пластмасс (например, азоформамид), соли муравьиной кислоты, соли щавелевой кислоты и т.п. Степень вспенивания позволяет регулировать заявляемое соотношение толщины наружного слоя профиля (корки) и внутреннего слоя с закрытыми порами. При степени вспенивания 0,05 толщина коркимаксимальна, а соотношение коркавнутренний слой составляет 11 при степени вспенивания 0,90 это соотношение составляет величину 0,11. Выбор порофора определяется экономической целесообразностью и температурой разложения, которую определяют по технологическим режимам переработки базового полимерного материала. При степени вспенивания 0,90 обеспечивается соотношение толщин функциональных слоев 1/20,1. При степени вспенивания 0,05 формируется профиль с соотношением 1/211. Сечение профиля может иметь и однородную (непрофилированное сечение) структуру(фиг. 6), и структуру со специально выполненными утолщениями, имеющими различный профиль (профилированное сечение) (фиг. 7). При получении методом экструзии профиля непрофилированного сечения возможно формирование поверхностного слоя со структурой, подобной шагреневой коже. Этот эффект обусловлен сочетанием действия сдвиговых напряжений экструзии и давления вспененного газа. Подобная структура поверхности защитного профиля обладает повышенной деформативностью и обеспечивает дополнительный защитный эффект. Вариантом конструктивного исполнения профиля может быть наличие специальных утолщений, формируемых в процессе экструзии с помощью специальной оснастки (фиг. 2-5). Наличие таких утолщений оказывает дополнительный защит 4 59782010.02.28 ный эффект, т.к. структура профиля сохраняется, а выступы, сформированные из вспененного материала, выполняют функцию демпфирующих элементов. Испытания заявленного защитного профиля из композиционного полимерного материала проведены на ООО МП Ремтранс (г. Череповец, РФ) при транспортировке металлопроката различной номенклатуры и на ОАО Гродненский комбинат силикатных материалов (Беларусь) при упаковке строительных полуфабрикатов. Защитный профиль был изготовлен на технологическом оборудовании УП Белвторполимер (г. Гродно, Беларусь). Технологические испытания свидетельствуют о высокой эффективности применения предлагаемого к патентованию защитного профиля из композиционного полимерного материала. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6