СОСТАВ ДЛЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2003 года по МПК C04B26/12 C04B26/12 C04B24/20 C04B14/38 C04B24/02 C04B24/24 C04B16/06 C04B14/06 

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к полимерным композитам на основе термореактивных смол, которые используются в элементах конструкций, например железнодорожных шпалах, работающих в условиях воздействия агрессивных сред, динамических нагрузок, знакопеременных температур, электрического тока, и которые должны иметь повышенные эксплуатационные свойства.

Известен полимерный композиционный материал, включающий следующие компоненты, маc.%:
Фурфуролацетоновая смола ФАМ - 14,0...20,0
Бензолсульфокислота - 3,0...5,0
Андезитовая мука - 47,0...57,0
Сажа техническая - 2,5...5,7
Древесная щепа - 16,0...20,0
Стеклосетка или распущенный стекложгут - 0,3...0,5
Низкомолекулярный стирол- содержащий сополимер - 1,0...5,0
Многоатомный спирт (глицерин) - 0,3...1,5
(RU, Патент 2098375, кл. С 04 В 26/12, 1995 г.).

Однако при всех положительных свойствах данного композиционного материала, в него включен сополимер, в котором содержится 50...80% стирола, а также техническая сажа, представляющие определенную опасность для здоровья людей. Кроме этого, отсутствие в составе крупного наполнителя - песка повышает содержание в нем дорогостоящей смолы ФАМ, т.к. примененная дефицитная андезитовая мука имеет высокоразвитую удельную поверхность (3300...3500 см²/г). Применение стеклосетки повышает трещиностойкость материала, но не увеличивает его прочность в изделии, недостаточна защита древесины от набухания.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является композиционный материал, включающий следующие компоненты, маc.%:
Фурфуролацетоновая смола ФАМ - 20,1...21,4
Бензолсульфокислота - 3,30...3,62
Песок сеяный - 34,9...38,2
Песок молотый ПМ) - 12,7...16,8
Графит (графитовая мука) - 0,5...3,5
Древесная щепа - 18,5...23,0
Стеклосетка - 0,4...0,6
Глицерин (многоатомный спирт) - 0,18...0,32 [2].

(В.И. Харченков, О.Р. Дорняк, С.Ю. Зобов. Математическая модель проектирования состава из древесностекловолокнистого композиционного материала: Сб. научн. трудовов. Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления лесного комплекса/ Под ред. Проф. В.С. Петровского. - Воронеж: ВГЛТА, 1997. - С.58-61).

Данный материал (прототип, табл. 1 и 2) обладает целым рядом положительных свойств, однако в нем также используется значительное количество дорогой смолы ФАМ, а испытания показали, что защита отвержденной полимерной матрицей древесного армирующего заполнителя от длительного действия агрессивных сред, например воды, недостаточно эффективна. Вода, диффузионно проникающая к высушенной древесине, вызывает ее набухание и соответствующее давление, разрушающее полимерную оболочку, не исключено также гниение древесины в объеме изделия.

Решение технической задачи направлено на придание композиционному материалу дополнительных гидрофобных свойств за счет использования в составе водостойкого дешевого наполнителя - муки из пиритовых огарков; пропитки древесного заполнителя отработанным машинным маслом, предотвращающим его от набухания под действием воды и защищающим от гниения; защиты поверхностных слоев гидрофобизирующим составом; удешевления его введением гранитного щебня, что уменьшает расход дорогой смолы ФАМ.

Это достигается тем, что состав композиционного материала, включающий фурфуролацетоновую смолу ФАМ, бензолсульфокислоту, песок сеяный, графитовую муку, древесную щепу, стеклосетку и многоатомный спирт, дополнительно содержит муку из пиритовых огарков, щебень гранитный, отработанное машинное масло и дивинилстирольный термоэластопласт, растворенный в керосине, при следующем соотношении компонентов, маc.%:
Фурфуролацетоновая смола ФАМ - 13,0...16,0
Бензолсульфокислота - 3,0...3,7
Многоатомный спирт (глицерин) - 0,1...0,2
Песок сеяный - 23,4...30,6
Графитовая мука (графит электродный) - 2,5...3,0
Мука из пиритовых огарков - 6,0...6,5
Стеклосетка - 0,3...0,9
Древесная щепа - 14,0...16,0
Щебень гранитный - 24,0...25,0
Отработанное машинное масло - 4,0...5,0
Дивинилстирольный термоэластопласт, растворенный в керосине - 0,9...1,1
Функциональная роль компонентов композиционного материала состоит в следующем:
фурфуролацетоновая модифицированная смола (ФАМ ТУ 64-11-17-89) - полимерное вяжущее, являющееся продуктом соединения фурфурола (ГОСТ 10437-80) и ацетона (ГОСТ 2603, ст. СЭВ 4275-83) при соотношении молей компонентов 1: 1,5; при отверждении обладающая повышенной водостойкостью по сравнению с цементным бетоном;
безводная бензолсульфокислота (БСК, ТУ 6-36-0204229-25-89) - катализатор отверждения смолы ФАМ;
многоатомный спирт - замедлитель реакции кристаллизации БСК (глицерин, ГОСТ 6259-75), снижающий также модуль упругости композиции и повышающий водостойкость;
песок сеяный кварцевый речной (П, ГОСТ 8736-85) - неорганический заполнитель с МК=1,5, снижающий содержание смолы ФАМ в композиции;
графитовая (электродная) мука марок ГЭ-3 или ГЭ-4 (ГЭ, ГОСТ 7478-75) с удельной поверхностью 4000...5000 см²/г, снижающая внутренние напряжения в композиции и гидрофобизирующая ее объем;
мука из пиритовых огарков (ПО) с удельной поверхностью 2100...3300 см²/г, повышающая водостойкость и прочность композиции;
сетка из нитей на основе стекла алюмоборосиликатного состава (СС, ТУ 6-11-99-75) увеличивает трещиностойкость композиции и, следовательно, повышает ее водостойкость;
древесная щепа (Щ) из кусковых отходов лесоперерабатывающих предприятий с рекомендуемым сочетанием длин отдельных элементов,%: 20...25 см - 2; 15... 20 см - 8; 10...15 см - 35; менее 5 см - 1%, освобожденных от коры и высушенных до постоянной массы, и являющихся армирующим заполнителем, уменьшающим массу и жесткость композиции и одновременно увеличивающим ее изгибную прочность;
щебень гранитный (ЩБ, ГОСТ 8267-82) - неорганический крупный заполнитель с размерами фракций 10...20 мм, снижающий расход смолы ФАМ и увеличивающий прочность при сжатии;
отработанное машинное масло (ОММ), содержащее продукты сгорания (сажу) и примененное для пропитки древесного заполнителя до предела насыщения, равного 30%, что обеспечивает отсутствие давления его стесненного набухания и гниения в процессе эксплуатации изделия, например железнодорожной шпалы;
- дивинилстирольный термоэластопласт (ДСТ-30Р-01, ТУ 38.40327-98), растворенный в керосине, придающий отвержденной композиции гидрофобные свойства и увеличивающий ее трещиностойкость.

Составы и свойства данного композиционного материала приведены в табл. 1 и 2.

Предлагаемый состав матрицы композиционного материала, состоящий из гидрофобных компонентов в сочетании с соответствующей пропиткой поверхности изделия и армирующего древесного заполнителя, гарантирует монолитность его структуры, эксплуатационную долговечность, снижение стоимости.

Использование: производство строительных материалов на основе термореактивных смол, которые применяются в элементах конструкций, например железнодорожных шпалах, работающих в условиях агрессивных сред, динамических нагрузок, знакопеременных температур, электрического тока, и которые обладают повышенными эксплуатационными свойствами. Сущность изобретения: состав для композиционного материала включает, мас. %: фурфуролацетоновую смолу ФАМ 13,0-16,0, бензолсульфокислоту 3,0-3,7, многоатомный спирт 0,1-0,2, песок сеяный 23,4-30,6, графитовую муку (графит электродный) 2,5-3,0, муку из пиритовых огарков 6,0-6,5, стеклосетку 0,3-0,9, древесную щепу 14,0-16,0, щебень гранитный 24,0-25,0, отработанное машинное масло 4,0-5,0 и дивинилстирольный термоэластопласт 0,9-1,1 в керосине. Прочность МПа при: сжатии вдоль волокон заполнителя до 79,0, смятии поперек волокон заполнителя до 35,0, изгибе до 24,0, скалывании до 6,5, модуль упругости, •10⁴ МПа при: сжатии до 1,3, изгибе до 1,5, плотность до 1,1 т/м³, водопоглощение за 260 сут. до 0,9%, относительные деформации растяжения до 0,06%, коэффициенты стойкости в воде: по прочности до 0,74, по жесткости до 0,70, морозостойкость до 450 циклов. Предлагаемый состав матрицы композиционного материала, состоящий из гидрофобных компонентов в сочетании с соответствующей пропиткой поверхности изделия и армирующего древесного заполнителя, гарантирует монолитность его структуры, эксплуатационную долговечность, снижение стоимости. 2 табл.

Состав для композиционного материала, включающий фурфуролацетоновую смолу ФАМ, бензолсульфокислоту, песок сеяный, графитовую муку, древесную щепу, стеклосетку и многоатомный спирт-глицерин, отличающийся тем, что он дополнительно содержит муку из пиритовых огарков, щебень гранитный, отработанное машинное масло и дивинилстирольный термоэластопласт, растворенный в керосине, а в качестве графитовой муки состав содержит графит электродный при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Фурфуролацетоновая смола ФАМ - 13,0-16,0
Бензолсульфокислота - 3,0-3,7
Многоатомный спирт-глицерин - 0,1-0,2
Песок сеяный - 23,4-30,6
Графитовая мука - графит электродный - 2,5-3,0
Мука из пиритовых огарков - 6,0-6,5
Стеклосетка - 0,3-0,9
Древесная щепа - 14,0-16,0
Щебень гранитный - 24,0-25,0
Отработанное машинное масло - 4,0-5,0
Дивинилстирольный термоэластопласт, растворенный в керосине - 0,9-1,1