ИСХОДНОЕ СЫРЬЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРЕССОВАННОГО МАТЕРИАЛА И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРЕССОВАННОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1997 года по МПК C10L5/16 C10C3/10 C10B53/08 

Описание патента на изобретение RU2074237C1

Изобретение относится к технологии получения прессованных композиционных материалов и может быть использовано в дорожном и жилищном строительстве, авиации, машиностроении и других отраслях промышленности.

Натуральный горючий сланец и продукты его переработки широко используются в качестве наполнителя в производстве композиционных материалов различного назначения. Связующими материалами сланцевых композиций являются полимерные, органические и неорганические вещества.

Известно [1, 2] применение пород горючих сланцев в производстве резино-технических изделий, в которых роль эластомерной матрицы выполняют синтетические каучуки. Сланцевый наполнитель используется в производстве композитов на основе поливинилхлорида [3] и полипропилена [4]
Для получения пенопластов на основе полиолефинов или полистирола с улучшенными физико-механическим свойствами в состав композиций вводится 0,5 - 20 мас. высокодисперсного горючего сланца [5]
Японскими авторами [6] с целью улучшения скольжения антифрикционного материала на основе термореактивных (фенолформальдегидных, эпоксидных и фурановых) смол в состав композиций рекомендуется вводить натуральный сланец. В заявке ЧССР [7] сланец используется в практике изготовления клеевой гидроизоляционной мастики на основе сополимера стирола и этилгексилакрилата для приклеивания облицовки и плиток к силикатным поверхностям. В [8] показана целесообразность применения горючих сланцев для повышения теплоизоляционных свойств дорожного покрытия в районах Крайнего Севера. Продукты переработки сланца используются в целях повышения водостойкости и снижения стоимости битумного вяжущего асфальтобетонных покрытий [9]
Следует отметить, что все вышеназванные сланцевые композиции-аналоги имеют существенный недостаток, обусловленный тем, что в их составах кроме наполнителя, в обязательном порядке дополнительно присутствуют связующие материалы (каучуки, термопластичные и термореактивные полимеры, битумы и др. ) и технологические добавки (пластификаторы, катализаторы, отвердители, антисептики, антипирены, гидрофобизаторы и т.п.). Это заметно повышает стоимость и усложняет технологический процесс изготовления композитов. В связи с этим возникла идея о возможности применения органических, полимерных и минеральных компонентов, содержащих в составе самого натурального сланца в качестве связующего матрицы, наполнителя и технологических добавок одновременно.

Иными словами, горючий сланец равновесный природный материал, сформированный в течение длительного времени рассмотрен авторами настоящей заявки как практически готовый функциональный композиционный материал с собственными матрицей, наполнителем и технологическими добавками.

Основанием для подобного утверждения являются результаты анализа химического и фазового состава Волжского натурального горючего сланца. По данным лазерного микроспектрального, рентгенографического, ИК- и УФ-спектроскопического, комплексного термографического и других анализов, сланец имеет следующий вещественный состав: неорганическая (минеральная) составляющая (60 70 мас. ) представлена кальцитом, пиритом, кварцем, сидеритом, ангидритом, рутилом, магнезитом, алюмосиликатами, фосфатами и др. минералами; органическая составляющая (30 40 мас.) включает предельные, непредельные и ароматические углеводороды, спирты и фенолы, простые и сложные эфиры, кетоны, кислоты, серо-, и азото- и кислородсодержащие соединения, смолистые вещества, битумоиды и др.

Среднестатический вещественный состав волжских горючих сланцев представлен (в 10 12). В качестве микропримесей по данным лазерного микроспектрального анализа, проведенного авторами, в составе сланца присутствуют труднорастворимые соединения марганца, ванадия, бериллия, меди, никеля, хрома и бора.

Каждый из перечисленных компонентов сланца потенциально может выполнять функции связующего, наполнителя или технологических добавок. Таким образом, имеются все предпосылки к созданию новых композиционных материалов только на основе натурального горючего сланца. Главной проблемой являются определение оптимального технологического режима изготовления сланцевых композитов, при котором положительные функции всех компонентов сланца проявились бы в максимальной степени. При этом процесс производства сланцевых композитов должен отличаться простотой технологии, доступностью оборудования, высокой экологической культурой, а промышленные образцы должны иметь высокие эксплуатационные характеристики.

Все литературные аналоги [1 12] приведенные в описании изобретения и характеризующие изготовление композитов с применением натурального сланца в качестве наполнителя, включают обязательные операции: термообработку исходной смеси ингредиентов и прессование.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является решение [2] включающее следующие технологические операции:
а) Приготовление и дозировка связующих продуктов, наполнителей (включая сланцы) и химических добавок;
б) смешивание связующих продуктов, наполнителей и добавок;
в) укладка (розлив) смеси в пресс-формы;
г) термообработка полученной смеси;
д) прессование (формование) разогретой смеси;
е) переработка или утилизация отходов пресс-материалов.

Технической задачей данного изобретения является:
существенное упрощение технологии изготовления композитов за счет уменьшения количества операций;
снижение себестоимости продукции за счет исключения дорогостоящих связующих продуктов, наполнителей и добавок из состава смесей (применяется только сланец);
расширение области функциональной пригодности сланца как источника сырья и увеличение ассортимента товаров с его применением;
повышение экологической чистоты и культуры производства за счет исключения токсичных веществ из состава композитов.

Задача достигается новым применением натуральных горючих сланцев в производстве прессованных композиционных материалов без применения каких-либо дополнительных продуктов.

Задача достигается также путем последовательного или параллельного проведения всего двух технологических операций: термообработку только натурального горючего сланца в пресс-форме в интервале температуры 140 - 190oC в течение 30 90 мин (необходимого для нагревания всей массы сланца) и прессование давлением 56 146 МПа.

Результаты экспериментально-поисковой работы по определению оптимальных условий изготовления сланцевых композитов, обладающих высокой прочностью и водостойкостью представлены в таблице.

Анализ данных таблицы позволяет сделать выводы:
1) Композиционные материалы с удовлетворительной прочностью и водостойкостью можно получать в достаточно широком интервале температуры (140 190oC) и времени (30 90 мин) термообработки и давлений прессования (56 146 МПа). При выходе за пределы указанных параметров получить качественные и дешевые композиты не удается.

2) Оптимальными условиями получения сланцевых функциональных композиционных материалов являются:
для операции термообработки температура 180oC, продолжительность - 45 мин,
для операции прессования давление 146 МПа.

Следует отметить, что существующий уровень технологии позволяет обеспечить указанные величины давления прессования в автоматическом режиме.

Ниже приводятся универсальные методики изготовления прессованных композиционных материалов из натурального сланца.

Пример 1. Горючий сланец помещается в пресс-форму любой конфигурации, где подвергается термообработке в заданном режиме в зависимости от функционального назначения изделия. Разогретая масса прессуется давлением 56 146 МПа. Полученный материал черного (темно-коричневого) цвета с металлическим блеском легко извлекается из пресс-формы, охлаждается до температуры окружающей среды и затем кондиционируется в течение 1 сут. (для снятия внутренних напряжений).

Пример 2. Молотый горючий сланец помещается в любой термошкаф или туннельную печь, где прогревается до требуемой температуры в течение времени, указанных в таблице настоящей заявки. После операции термообработки сланцевая смесь помещается в пресс-форму любой конфигурации и прессуется давлением 56 146 МПа в зависимости от назначения изделия. Последующие операции производятся таким же образом, как это описано в примере 1.

Заявляемые новые функциональные композиты из натурального сланца авторы предлагают использовать в производстве кровельных (черепица, шифер) и облицовочных (плитки) строительных материалов; прессованных деталей самолетов, автомобилей и тракторов (подшипники, втулки, прокладки и т.п.); труб водо- и газоснабжения тепличных хозяйств; химостойких покрытий для промышленных и лабораторных помещений и др. изделий.

Авторы заявки прогнозируют широкое применение сланцевых композитов в народном хозяйстве, благодаря их низкой себестоимости и экологической чистоте процесса изготовления. По данным на февраль 1993 г. договорная цена натурального сланца (от 3 до 8 тыс.руб.) в зависимости от способа добычи и условий кондиционирования (была одной из самых низких среди неорганических наполнителей и органо-минеральных смесей, применяемых в строительстве. Условия получения композитов с термодинамической точки зрения не позволяют выделяться из сланца токсичным летучим компонентам и продуктам разложения (сернистый газ, сероводород, низкокипящие фракции органических соединений и другие вещества). Процесс изготовления сланцевых композиционных материалов соответствует требованиям пожарной безопасности и санитарным нормам.

Следует подчеркнуть, что идея получения функционального композиционного материала на основе только одного вида сырья и способ его изготовления могут быть распространены на горючие сланцы любых месторождений, вмещающие их породы, а также на каменный уголь, торф, древесные отходы и другие органоминеральные вещества.

Похожие патенты RU2074237C1

название год авторы номер документа
КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЗИНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ 1993
  • Каширский В.Г.
  • Решетов В.А.
  • Мартынов В.С.
  • Симонов В.Ф.
  • Удалов В.П.
RU2125065C1
СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ТВЕРДОГО МАТЕРИАЛА 2000
  • Решетов В.А.
RU2180742C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ ПРЕСС-КОМПОЗИЦИИ 1995
  • Артеменко С.Е.
  • Кардаш М.М.
  • Жуйкова О.Е.
RU2128195C1
СПОСОБ ОТВЕРЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА 1999
  • Вербицкая Н.А.
RU2170745C2
КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ НАТУРАЛЬНОГО ГОРЮЧЕГО СЛАНЦА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭБОНИТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ 1998
  • Каширский В.Г.
  • Решетов В.А.
  • Симонов В.Ф.
  • Удалов В.П.
  • Станотина С.Б.
  • Андреев А.В.
  • Шкаровский С.Н.
RU2173323C2
КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ НЕНАСЫЩЕННОЙ ПОЛИЭФИРНОЙ СМОЛЫ 2002
  • Студенцов В.Н.
  • Левкин А.Н.
  • Черемухина И.В.
RU2232175C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АРМИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ 1996
  • Студенцов В.Н.
  • Сергиенко А.С.
  • Самков Д.В.
RU2132341C1
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ СЕРНИСТЫХ СЛАНЦЕВ 1994
  • Симонов В.Ф.
  • Прелатов В.Г.
RU2094447C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА AlO-Al 2006
  • Ситников Алексей Игоревич
  • Иванов Дмитрий Алексеевич
  • Ильин Александр Анатольевич
  • Шляпин Сергей Дмитриевич
  • Иванов Александр Владимирович
RU2319678C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА 2015
  • Машков Юрий Константинович
  • Макиенко Владимир Алексеевич
  • Малий Ольга Владимировна
RU2603673C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 074 237 C1

Реферат патента 1997 года ИСХОДНОЕ СЫРЬЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРЕССОВАННОГО МАТЕРИАЛА И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРЕССОВАННОГО МАТЕРИАЛА

Использование: изобретение относится к технологии получения прессованных композиционных материалов и может быть использовано в дорожном и жилищном строительстве, авиации, машиностроении и др. отраслях промышленности. Сущность изобретения: целью изобретения является получение нового функционального композиционного материала только из натурального горючего сланца, в котором роли связующего, наполнителя и технологических добавок одновременно выполняют его собственные компоненты. Поставленная цель достигается путем подбора оптимальных условий термообработки и прессования натурального сланца, при которых обеспечиваются высокие физико-механические показатели (прочность при сжатии 90,0 МПа, водопоглощение - 0,9%) относительно низкая стоимость и экологическая чистота композиционного материала. Горючий сланец термообрабатывают при 140 - 190oC в течение 30 - 90 мин с последующим прессованием при давлении 36 - 146 МПа. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения RU 2 074 237 C1

1. Применение горючего сланца в качестве исходного сырья для получения прессованного материала. 2. Способ получения прессованного материала с использованием горючего сланца, включающий термообработку и прессование, отличающийся тем, что горючий сланец термообрабатывают при 140-190oС в течение 30-90 мин с использованием последующего прессования при давлении 36 146 МПа. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что горючий сланец термообрабатывают при 180oС в течение 45 мин с последующим прессованием при давлении 146 МПа.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1997 года RU2074237C1

Плавник Л.З
и др
Применение отходов флотационного обогащения руд и сланца в резиновой промышленности/Повышение качества продукции и внедрение ресурсосберегающих технологий в резиновой промышленности: Тезисы докл
Всесоюзной конференции
- Ярославль, 1986, 151
Состав для кровли и гидроизоляции 1981
  • Пискарев Валерий Алексеевич
  • Красновская Ольга Александровна
  • Левчук Лидия Аркадьевна
  • Григорьева Татьяна Афанасьевна
  • Лийв Леохард Александрович
  • Эдур Мал Рейновна
  • Ноорметс Айме Вальдовна
  • Тыннемаа Рейн Леопольдович
SU979431A1
Топка с несколькими решетками для твердого топлива 1918
  • Арбатский И.В.
SU8A1
ОБОЛОЧКИ С ОБЛЕГЧЕННЫМ ВСКРЫТИЕМ ДЛЯ НАКРЫТИЯ СВЕРХУ УКУПОРКИ БУТЫЛКИ 1999
  • Дотрепп Бернар
  • Мога Жаки
RU2230013C2
Исследование механических свойств и структура композиций полипропилена, наполненных бразильским нефтяным сланцем и тальком
- Darlington M.W.Nascimento P.S.V
Filters: Proc
March, 1986, Harnchurch New York
N.Y., 1986
Композиция для получения пенопласта 1984
  • Кащеева Наталья Ивановна
  • Митрофанов Александр Дмитриевич
  • Николаева Наталья Евгеньевна
  • Панов Юрий Терентьевич
  • Сабсай Отто Юльевич
  • Фридман Михаил Лазаревич
  • Фомин Анатолий Иванович
  • Ларионов Анатолий Иванович
  • Куликов Юрий Андреевич
SU1351951A1
Устройство для сортировки каменного угля 1921
  • Фоняков А.П.
SU61A1
Кузнечная нефтяная печь с форсункой 1917
  • Антонов В.Е.
SU1987A1
Походная разборная печь для варки пищи и печения хлеба 1920
  • Богач Б.И.
SU11A1
Способ получения вяжущего для дорожных покрытий 1980
  • Баринов Евгений Николаевич
SU896039A1
Справочнник сланцепереработчика: Спр
изд
/ Под ред
М.Г.Рудина, Н.Д
Серебрякова
- Л.: Химия, 1988, с
Ножевой прибор к валичной кардочесальной машине 1923
  • Иенкин И.М.
SU256A1
Зеленин Н.И., Озеров И.М
Справочник по горючим сланцам
- Л.: Недра, 1988, с.248
Горючие сланцы./Под ред Т.Ф.Иена, Дж.В.Чилингаряна, пер
с англ
- Л.: Недра, 1930, с.262.

RU 2 074 237 C1

Авторы

Решетов В.А.

Мартынов В.С.

Курсков С.Н.

Симонов В.Ф.

Даты

1997-02-27Публикация

1993-04-28Подача