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.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЗИНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ | 1993 |
|
RU2125065C1 |
СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ТВЕРДОГО МАТЕРИАЛА | 2000 |
|
RU2180742C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ ПРЕСС-КОМПОЗИЦИИ | 1995 |
|
RU2128195C1 |
СПОСОБ ОТВЕРЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА | 1999 |
|
RU2170745C2 |
КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ НАТУРАЛЬНОГО ГОРЮЧЕГО СЛАНЦА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭБОНИТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ | 1998 |
|
RU2173323C2 |
КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ НЕНАСЫЩЕННОЙ ПОЛИЭФИРНОЙ СМОЛЫ | 2002 |
|
RU2232175C2 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АРМИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ | 1996 |
|
RU2132341C1 |
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ СЕРНИСТЫХ СЛАНЦЕВ | 1994 |
|
RU2094447C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА AlO-Al | 2006 |
|
RU2319678C1 |
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА | 2015 |
|
RU2603673C1 |
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.
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 |
|
SU979431A1 |
Топка с несколькими решетками для твердого топлива | 1918 |
|
SU8A1 |
ОБОЛОЧКИ С ОБЛЕГЧЕННЫМ ВСКРЫТИЕМ ДЛЯ НАКРЫТИЯ СВЕРХУ УКУПОРКИ БУТЫЛКИ | 1999 |
|
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 |
|
SU1351951A1 |
Устройство для сортировки каменного угля | 1921 |
|
SU61A1 |
Кузнечная нефтяная печь с форсункой | 1917 |
|
SU1987A1 |
Походная разборная печь для варки пищи и печения хлеба | 1920 |
|
SU11A1 |
Способ получения вяжущего для дорожных покрытий | 1980 |
|
SU896039A1 |
Справочнник сланцепереработчика: Спр | |||
изд | |||
/ Под ред | |||
М.Г.Рудина, Н.Д | |||
Серебрякова | |||
- Л.: Химия, 1988, с | |||
Ножевой прибор к валичной кардочесальной машине | 1923 |
|
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. |
Авторы
Даты
1997-02-27—Публикация
1993-04-28—Подача