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) Защитный профиль из полимерного композиционного материала, состоящий из чередующихся утолщений и более тонких участков, выполненный из упругого полимерного материала, модуль упругости которого меньше приведенного модуля упругости материала защищаемого изделия, отличающийся тем, что утолщения и более тонкие участки одинакового или переменного сечения соединены прослойками, толщина которых составляет 0,010,51 от толщины максимального утолщения, а защитный профиль выполнен из композиционного вспененного материала, содержащего низкомолекулярный пластификатор и ингибитор коррозии, при соотношении длины прослойкик длине утолщения ,равном 0,0111.(56) 1.А.с. СССР 1576441, МПК 65 81/02. 2. А.с. СССР 1364548, МПК 65 81/02. 3. Патент на полезную модель РФ 25883, МПК 65 81/02, 2002 (прототип). 61952010.04.30 Полезная модель относится к упаковке 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 металлических листов или пластин, связок погонажных изделий в виде труб, швеллера, уголка, арматуры и т.п. Известна амортизирующая прокладка на ребра изделий 1, которая представляет собой корпус из упругого материала с цилиндрической поверхностью, имеющий поперечное сечение в виде разомкнутого кольца. Данная прокладка обеспечивает эффективную защиту транспортируемых изделий от повреждения при транспортировке или перевалке. Однако данной прокладке согласно 1 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 транспортных расходов при перемещении грузов конструкция прокладки создает определенные трудности при возврате использованной упаковки производителю продукции. Известна амортизирующая прокладка 2, состоящая 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 рассеяния 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 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. Данный защитный профиль обеспечивает эффективную защиту изделий или полуфабриката, в т. ч. 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 защитного профиля, выбранного 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 или жидких активных сред. При длительном транспортировании груза такой защитный профиль будет способствовать развитию контактной коррозии 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. 2 61952010.04.30 Задача модели - повышение эффективности защиты транспортируемых или складируемых изделий от различных видов неблагоприятных воздействий при уменьшении материалоемкости защитного полимерного профиля. Поставленная задача решается тем, что защитный профиль, состоящий из чередующихся утолщений и более тонких участков, выполненный из упругого полимерного материал, модуль упругости которого меньше приведенного модуля упругости материала защищаемого изделия, представляет собой сочетание утолщений и более тонких участков постоянного или переменного сечения, соединенных между собой прослойками толщиной 0,10,51 от толщины максимального утолщения, а профиль выполнен из композиционного вспененного материала, содержащего низкомолекулярный пластификатор и ингибитор коррозии, при соотношении длины прослойкик длине утолщения , равном 0,0111. Достижение поставленной цели обеспечивается совокупным применением следующих технических решений 1. Защитный профиль переменного сечения выполнен из чередующихся утолщений и более тонких участков, соединенных полимерными прослойками, толщина которых Н составляет 0,10,5 от толщины максимального утолщения Ну (фиг. 1). 2. Защитный профиль переменного сечения выполнен из вспененного материала, содержащего ингибитор коррозии, диспергированный в низкомолекулярном пластификаторе (фиг. 3). 3. Конструкция профиля включает утолщения и тонкие прослойки при соотношении длины прослойкик длине утолщения , равном 0,011. Реализация совокупности предложенных технических решений в защитном полимерном профиле позволяет достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом 1. Применение вспененного материала в сочетании с пластификатором, в котором диспергирован ингибитор коррозии, позволяет обеспечить синергический эффект одновременного снижения удельного расхода полимерного связующего на единицу (1 кг, 1 м 3) защитного профиля при сохранении основных показателей физико-механических и демпфирующих характеристик (прочности при разрыве, твердости), повышение упругости и увеличение противокоррозионных характеристик. 2. Наличие в профиле утолщений и соединяющих тонких прослоек позволяет повысить его эластичность при применении для упаковки изделий сложной конфигурации. 3. Введение в состав полимерной матрицы низкомолекулярного пластификатора с диспергированным (растворенным) ингибитором коррозии обусловливает эффект предотвращения коррозионного повреждения металлоизделий при длительном хранении или транспортировании в неблагоприятных условиях. 4. Ингибиторы коррозии способствуют повышению стойкости защитного полимерного профиля к старению и повышают его ресурс эксплуатации. Механизм синергического действия защитного полимерного профиля состоит в следующем. Известно, что при введении в состав полимерных матриц низкомолекулярных жидкостей (дибутилфталата, диоктилфталата, восков, парафинов, нефтяных и синтетических масел и т.п.) наблюдается эффект пластификации, обусловливающий увеличение пластичности изделия из композиционного материала. Образовавшаяся система полимернизкомолекулярный компонент является термодинамически неустойчивой и в зависимости от внешних воздействий (температурных, механических и др.) может изменять свое состояние. Например, при понижении температуры окружающей среды термодинамическая совместимость компонентов уменьшается, и избыток низкомолекулярного компонента выделяется из композита на поверхность изделия. Это явление называют синерезисом. Явление синерезиса может наблюдаться и при механическом воздействии на систему, в результате которого наблюдается изменение пространственной ориентации и подвижности макромолекул, которое способствует отделению низкомолекулярной среды от полимерной матрицы. 3 61952010.04.30 Введение в низкомолекулярный компонент материала ингибиторов коррозии приводит к эффекту их транспортирования в результате синерезиса непосредственно к контактной зоне. При этом выделяющийся ингибитор коррозии частично растворяется в защитной пленке смазки, которую, как правило, наносят на поверхность металлического полуфабриката. Особенно важно это обстоятельство для защиты кромок пакетов тонколистовых изделий, которые в наибольшей мере подвержены коррозионному повреждению. Одновременно в пространстве, образованном защитным профилем и поверхностью транспортируемого материала, создается защитная атмосфера из паров пластификатора и ингибитора коррозии (фиг. 6). Эффект усиливается при снижении температуры окружающей среды, т.к. при этом уменьшается термодинамическая совместимость полимерного и низкомолекулярного компонентов. При длительном хранении пакетов металлопроката или других изделий в стопках дополнительно наблюдаются механический синерезис и отделение защитного низкомолекулярного компонента с ингибитором коррозии. Ингибиторы коррозии, введенные в состав низкомолекулярного компонента, способствуют повышению стойкости полимерной композиции, применяемой для изготовления полимерного профиля, к старению, а также к снижению термоокислительной деструкции при повторной переработке амортизированного профиля на технологическом оборудовании, применяемом для рециклинга. Это дополнительный эффект повышения служебных характеристик профиля. Таким образом, обеспечивается не только механическая защита транспортируемых металлических изделий, но и активная противокоррозионная защита, особенно при транспортировании и хранении изделий в условиях воздействия активной окружающей среды(повышенной влажности и перепада температур). Дополнительный эффект обеспечивает применение вспененного материала с закрытыми порами. В образующихся порах преимущественно сосредотачивается низкомолекулярный компонент с ингибитором коррозии. Это приводит к созданию локализованных микрообъемов ингибирующего низкомолекулярного компонента по объему изделия, что одновременно увеличивает демпфирующие характеристики защитного профиля. Таким образом, вспененный композит имеет не только более низкое удельное содержание полимера, что приводит к снижению его себестоимости при необходимых характеристиках физико-механических свойств, но и более высокие демпфирующие характеристики. В качестве основы для получения полимерного композиционного материала целесообразно использовать термопластичные (полиолефины, полиацетали, полиэфиры, полиамиды,стирольные пластики и т.п.), термоэластопластичные (сополимер этилена и бутадиена,сополимер этилена и винилацетата, полиэфирные, полиамидные и др.) полимеры, их смеси, в т. ч. регенерированные продукты. В качестве порофоров для получения вспененного композиционного материала целесообразно использовать традиционно применяемые в технологии пластмасс азотсодержащие соединения (например, азоформамид) или терморазлагающиеся соединения типа муравьинокислых и щавелевокислых солей поливалентных металлов. Возможно также применение природных силикатов типа глин, терпела, слюд. В качестве низкомолекулярного пластификатора в композит целесообразно вводить относительно дешевые и доступные компоненты, которые традиционно применяют в технологии полимеров, например дибутилфталат. Для снижения стоимости композита рекомендуется применение в качестве низкомолекулярного компонента нефтяных и синтетических масел, например, индустриального И-20, моторного МС-20 и т.п. При этом возможно использование некондиционных масел, использованных ранее при эксплуатации технологического оборудования или транспортных средств. Для обеспечения ингибирующего эффекта целесообразно использование ингибиторов коррозии донорного, акцепторного и смешанного механизма действия. Выбор ингибитора коррозии определяется его совместимостью с низкомолекулярным компонентом. Например, при использовании нефтяных 4 61952010.04.30 или синтетических масел целесообразно применение маслорастворимых ингибиторов коррозии типа МСДА, АКОР, Витал, ИФХАНГАЗ. Хороший эффект достигается при использовании в качестве ингибитора гудронов соапстока растительных масел (ГРМ), которые являются технологическим отходом процесса производства растительных масел и жиров. Гудроны растительных масел представляют собой мазеподобный материал, который одновременно выполняет функцию низкомолекулярного пластификатора и ингибитора коррозии. Гудроны растительных масел являются отходами производства, поэтому представляют собой дешевый и доступный продукт. Конструктивное исполнение заявляемого защитного профиля состоит в следующем(фиг. 1-4). На фиг. 1 приведено характерное сечение защитного профиля из полимерного композиционного материала с прямоугольным сечением выступов 1 - утолщение 2 - тонкий участок профиля 3 - прослойка- толщина прослойки- длина прослойки,- длина утолщения. На фиг. 2 приведено характерное сечение защитного профиля из композиционного полимерного материала с полуцилиндрическим сечением выступов. Обозначения те же,что и на фиг. 1. На фиг. 3 приведена характерная структура композиционного полимерного материала защитного профиля с прямоугольным сечением выступов 4 - корка, из композиционного материала, содержащая пластификатор и ингибитор коррозии 5 - закрытые поры, заполненные пластификатором и ингибитором коррозии 3 - прослойка. На фиг. 4 приведена характерная структура материала защитного профиля с полусферическим сечением профиля. Обозначения те же, что и на фиг. 1. На фиг. 5 показана схема применения защитного профиля из полимерного композиционного материала 6 - защитный профиль, 7 - транспортируемый объект, 8 - ингибированная газовая среда. На фиг. 6 приведена схема ингибирования металлического изделия, защитным профилем 6 - защитный профиль 7- транспортируемый объект 9 - участок с адсорбированным слоем ингибитора коррозии, выделившегося в результате механического синерезиса 8 ингибированная газовая среда. Наличие в конструкции тонкой прослойки Н, соединяющей участки большой толщины Ну, обеспечивает подвижность фрагментов конструкции при защите изделий сложной конфигурации. Соотношение толщин Н инаходится в пределах 0,010,5 и позволяет изменять гибкость профиля в зависимости от параметров транспортируемого объекта. Например, при транспортировке рулонов стального листа более целесообразно применение профиля с тонкими прослойками с отношением /0,1. Для транспортировки пачек металлопроката более удобен профиль с соотношением Н/Н 0,5. Чередование участков с большей толщиной и их размертакже определяются характеристиками транспортируемого объекта - для объектов с плоскими поверхностями и однородным сечением соотношение длины прослойкик длине утолщенного участка профилявыбирают 0,11,при упаковке транспортируемого груза сложной конфигурации (например, рулонов стального листа, автомобильных агрегатов) и т.п. целесообразно соотношение 11. Конкретную длину участковиопределяют по типу транспортируемого груза. Сущность заявленного технического решения поясняем на следующих примерах. Пример 1. Защитный профиль из полимерного композиционного материала с прямоугольным сечением выступов (фиг. 1) изготавливают из композиционного материала на основе полиэтилена низкого давления (Каплен, производство РФ) методом экструзии на специальной оснастке (головке). Оснастка обеспечивает получение профиля (фиг. 1) с отношением НуН 0,1 и отношением 0,1. 5 61952010.04.30 В состав композиционного материала введено 2 мас.порофора (азоформамида), что обеспечивает получение вспененного внутреннего слоя. Одновременно в составе композиции присутствует 5 мас.дибутилфталата и 5 мас.ингибитора МСДА. В процессе экструзии получают профиль заданного сечения с заданным соотношением НуН ии порами, заполненными ингибитором коррозии МСДА и пластификатором (дибутилфталатом). Пример 2. Защитный профиль с полуцилиндрическим сечением выступов (фиг. 2) формировали методом экструзии из композиционного материала на основе регенерированного полипропилена, содержащего 5 мас.масла МС-20, 20 мас.ингибитора коррозии ВИТАЛ и 1 мас.частиц трепела с размером не более 10 мкм. Технологическая оснастка (головка) позволяет получить соотношение НуН 0,5 и 1 при структуре профиля, аналогичной указанной на фиг. 2. Поры, образующиеся в процессе вспенивания пропилена, заполняются минеральным маслом МС-20 с растворенным ингибитором коррозии. Испытания заявленного защитного профиля проведены на ООО МП Ремтранс (г. Череповец, РФ) при упаковке и транспортировке металлопроката различной номенклатуры и ОАО Гродненский комбинат строительных материалов (Беларусь) при упаковке строительной продукции. Опытная партия защитного профиля была изготовлена на технологическом оборудовании ОАО Белвторполимер (г. Гродно, Беларусь). Испытания свидетельствуют о высокой эффективности предлагаемого профиля. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7