МОДЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2013 года по МПК C04B28/14 C04B111/20 

Предлагаемые для рассмотрения материалы заявки относятся к области композиционных материалов, применяемых для изготовления моделей, а также при отделочных, строительно-декоративных, скульптурно-оформительских работах, при реставрации архитектурных и интерьерных объектов.

Известно большое количество различных материалов для лепных реставрационных работ, ведущее место среди которых традиционно занимают гипсоводные смеси различного состава. Однако такие материалы имеют плохую адгезию к большинству материалов строительно-конструкционного назначения. Они имеют ограниченный диапазон времени схватывания, небольшой арсенал средств влияния на прочностные свойства. Помимо ограниченной механической прочности материалы обладают недостаточной теплостойкостью и влагостойкостью.

В частности известен относительно прочный материал на основе двуводного вторичного гипса, извести и воды с добавкой шлакопортландцемента, основным недостатком которого является его низкая водостойкость (пат. РФ №2203235).

Известна смесь на основе фосфогипса, которая также обладает при относительной прочности в отвержденном состоянии низкой влаго- и водостойкостью (пат. РФ №2052416).

Повышения влагостойкости и водостойкости можно добиться применением специальных жировых добавок (пат. РФ №2246460), но в ущерб прочностным свойствам и монолитности материалов.

Водостойкость также улучшена в смеси на основе гипса, которая содержит парафин, глицерин и высшие жирные кислоты (пат. Германии №3238090). Недостатком является сложность состава при наличии в нем ряда гидрофобных составляющих, которые препятствуют кристаллизационным процессам, нарушают однородность гипсового материала и неизбежно приводят к замедлению схватывания. Изготовление качественных моделей и выполнение работ на сложных поверхностях в этих условиях невозможно.

Известен скульптурный материал (пат. РФ №2409530), который содержит кроме гипса и воды «затворения» молотый мел и крахмал. В патенте отмечено улучшение четкости получаемых отливок. Однако внесение указанных добавок должно замедлять процесс структурообразования, снижать водо- и влагостойкость, механическую прочность выполняемых изделий. Все это препятствует применению материала как для изготовления моделей, так и для других технологических целей.

Известен материал для скульптурно-декоративных работ (пат. РФ №2417180), выбранный в качестве прототипа. В данном материале удается достигнуть повышения прочности, улучшения адгезионных свойств, возможности получения изделий любой формы за счет повышенной пластичности.

К недостаткам материала следует отнести относительно высокую плотность (удельный вес), а также недооценку роли водной составляющей в общем балансе состава, вследствие чего в предельном случае материал становится практически эпоксидным составом, а гипсовое вяжущее выполняет роль неактивного упрочняющего наполнителя. Кроме того, в состав не всегда обязательно включен основной упрочняющий компонент - диоксид кремния. Это приводит к охрупчиванию некоторых вариантов материала и заведомо сужает диапазон технологических и конструкционных возможностей. Из примеров получения материала следует, что компоненты смешивают в определенной последовательности напрямую, что уменьшает возможности регулировать процесс по времени. Хотя указано, что компоненты могут заготавливаться заранее и вводиться в контакт в момент применения, но и в этом случае ограничен временной диапазон отверждения материала.

Технической задачей предлагаемой заявки является разработка модельного материала с уменьшенным удельным весом и повышенной прочностью.

Технический результат достигается за счет того, что модельный материал, содержащий гипсовое вяжущее, эпоксидную смолу, диоксид кремния, сложноэфирный пластификатор и полиэтиленполиамин: ПЭПА (аминный отвердитель эпоксидной смолы), дополнительно содержит в качестве наполнителя полые сферы из неорганического материала, размером 15-200 мкм, воду и диоксид кремния, в качестве отдельного компонента входящие в два заранее подготовленных состава (состав 1 и состав 2), взятых при смешении входящих компонентов в весовой пропорции от 1:1 до 5:1 в следующем соотношении масс.ч:

Состав 1:

Гипсовое вяжущее 100 Смола эпоксидная 20-80 Сложноэфирный пластификатор 5-40 Диоксид кремния 5-20

Состав 2:

Вода 40 Полиэтиленполиамин (ПЭПА) 5-40 Микросферы неорганических материалов 50-150

При этом смешивают состав 1 и состав 2 непосредственно перед применением модельного материала в массовых соотношениях от 1:1 до 5:1.

В заявляемом модельном материале используют следующие компоненты:

Гипсовое вяжущее - ГОСТ 4.204-79

Эпоксидная смола - ГОСТ 10587-84

Полиэтиленполиамин - ГОСТ 8728

Диоксид кремния - ГОСТ 18307-78

Дибутилфталат - - ГОСТ 8728-88

Диметилфталат - - ГОСТ 8728-88

Диоктилфталат - - ГОСТ 8728-88

Микросферы МС ТУ 6-48-108-94 или

Микросферы ТУ 5951-033-00204990-2010.

Микросферы могут состоять из стекла, кварца, керамики, природных минералов, иметь размеры 15-200 мкм, насыпную плотность 0,2-0,5 г/см³.

Внесение микросфер в полимерную композицию позволяет снизить общую вязкость материала, его плотность (удельный вес).

Благодаря сферической форме микросфер снижен удельный расход полимера и улучшены условия смешения компонентов, снижена суммарная рабочая вязкость исходной смеси, улучшены прочностные характеристики материала при сохранении необходимой начальной вязкости.

При содержании микросфер в составе 2 в количествах менее 10 масс.ч. сфер не достигается заметного упрочнения и уменьшения удельного веса модельного материала.

При внесении микросфер в количестве больше 150 масс.ч. наблюдается ухудшение технологических условий необходимых при формировании изделий и условий механической обработки изделий.

Модельный материал получают следующим способом.

Компоненты, входящие в состав 1, соединяют в определенной последовательности: в эпоксидную смолу вносят сложноэфирный пластификатор и после смешения в течение 2-3 минут по частям, продолжая смешение, вносят гипсовое вяжущее. Перемешивают еще 5-10 минут. Затем при перемешивании вносят диоксид кремния и тщательно перемешивают до полной однородности состава, примерно 10-15 минут. Полученную смесь - состав 1 помещают в закрываемую тару и хранят до соединения с составом 2.

Компоненты, входящие в состав 2, соединяют в следующей последовательности: в емкость с микросферами вносят воду и перемешивают до образования равномерной суспензии (5-10 минут). Затем добавляют полиэтиленполиамин и перемешивают 3-4 минуты. Полученную смесь - состав 2 помещают в закрываемую тару и хранят до соединения с составом 1.

Предлагаемые составы 1 и 2 смешивают в пропорции от 1:1 до 5:1 масс.ч. Широкий диапазон количеств состава 1 от 1 до 5 по отношению к составу 2 позволяет регулировать скорость отверждения заявляемого материала, а также сочетание его вязкостных и прочностных свойств.

При смешении составов в пропорции 1:1 достигается ускоренное отверждение заявляемого материала за счет отверждения как гипсовой, так и эпоксидной составляющей.

При смешении составов в пропорции 5:1 достигается возможность повышения равномерности состава.

В Таблице 1 приведены данные по составу 1.

В Таблице 2 приведены данные по составу 2.

В Таблице 3 приведены данные по составу и свойствам заявляемого материала по сравнению с прототипом.

Получение модельного материала заявляемого состава приведено в соответствующих примерах 1-4.

Пример 1

Приготовление состава 1.

К 80 г смолы ЭД-22 добавляют 25 г диоктилфталата, смешивают 2-3 мин. По частям, продолжая перемешивание, вносят 100 г гипсового вяжущего: скульптурный гипс ГВВС-16. По окончании внесения и перемешивания добавляют 20 г диоксид кремния. Тщательно перемешивают 10-15 минут до полной внешней однородности состава. Полученный состав 1 помещают в закрытую тару для хранения.

Приготовление состава 2.

В емкость со стеклянными микросферами размером 15 мкм в количестве 70 г вносят 40 г воды и перемешивают 5-10 минут до образования равномерной суспензии. Затем вносят полиэтиленполиамин (ПЭПА) в количестве 35 г. Перемешивают еще 3-4 минуты. Полученный состав 2 помещают в закрытую тару для хранения.

100 г состава 1 смешивают с 50 г состава 2-3 минуты в емкости состава 1 или в отдельной емкости.

Смесь передают для технического применения.

Пример 2

Приготовление состава 1.

К 20 г смолы ЭД-20 добавляют 10 г дибутилфталата, смешивают 2-3 мин. По частям, продолжая перемешивание, вносят 100 г гипсового вяжущего: гипс марки Г-5. По окончании внесения и перемешивания добавляют 5 г диоксида кремния. Тщательно перемешивают 10-15 минут до полной внешней однородности состава. Полученный состав 1 помещают в закрытую тару для хранения.

Приготовление состава 2.

В емкость со стеклянными микросферами размером 150 мкм в количестве 100 г вносят 40 г воды и перемешивают 5-10 минут до образования равномерной суспензии. Затем вносят полиэтиленполиамин (ПЭПА) в количестве 10 г. Перемешивают еще 3-4 минуты. Полученный состав 2 помещают в закрытую тару для хранения.

50 г состава 1 смешивают с 50 г состава 2-3 минуты в емкости состава 1 или в отдельной емкости.

Смесь передают для технического применения.

Пример 3

Приготовление состава 1.

К 20 г смолы ЭД-22 добавляют 15 г диметилфталата, смешивают 2-3 мин. По частям, продолжая перемешивание, вносят 100 г гипсового вяжущего: гипс марки Г-6. По окончании внесения и перемешивания добавляют 10 г диоксид кремния. Тщательно перемешивают 10-15 минут до полной внешней однородности состава. Полученный состав 1 помещают в закрытую тару для хранения.

Приготовление состава 2.

В емкость со стеклянными микросферами размером 50 мкм в количестве 120 г вносят 40 г воды и перемешивают 5-10 минут до образования равномерной суспензии. Затем вносят полиэтиленполиамин (ПЭПА) в количестве 15 г. Перемешивают еще 3-4 минуты. Полученный состав 2 помещают в закрытую тару для хранения.

100 г состава 1 смешивают с 20 г состава 2-3 минуты в емкости состава 1 или в отдельной емкости.

Смесь передают для технического применения.

Пример 4

Приготовление состава 1.

К 60 г смолы ЭД-20 добавляют 40 г дибутилфталата, смешивают 2-3 мин. По частям, продолжая перемешивание, вносят 100 г гипсового вяжущего: гипс марки ГВВС-13. По окончании внесения и перемешивания добавляют 15 г диоксид кремния. Тщательно перемешивают 10-15 минут до полной внешней однородности состава. Полученный состав 1 помещают в закрытую тару для хранения.

Приготовление состава 2.

В емкость со стеклянными микросферами размером 70 мкм в количестве 50 г вносят 40 г воды и перемешивают 5-10 минут до образования равномерной суспензии. Затем вносят полиэтиленполиамин (ПЭПА) в количестве 25 г. Перемешивают еще 3-4 минуты. Полученный состав 2 помещают в закрытую тару для хранения.

150 г состава 1 смешивают с 50 г состава 2-3 минуты в емкости состава 1 или в отдельной емкости.

Смесь передают для технического применения.

Вода является обязательным компонентом, входящим в состав 2, заявляемого материала. С момента соединения воды состава 2 с гипсовым вяжущим состава 1 начинается процесс «затворения». Благодаря его экзотермическому характеру ускоряются остальные процессы, в том числе и процесс отверждения эпоксидной составляющей.

Таблица 1 Состав 1 Компонент Содержание масс.ч. 1 2 3 4 5 6 7 8 Гипсовое вяжущее 100 100 100 100 100 100 100 100 Смола эпоксидная ЭД-20 20 40 60 80         Смола эпоксидная ЭД-22 - - -   20 40 80 60 Дибутилфталат 10 15 40 - - - - - Диметилфталат - - - 30 5 20 - - Диоктилфталат - - - - - - 25 35 Диоксидкремния (сажа белая) 5 10 15 20 10 5 20 10 Цемент - - 5 10 - 5 8 10

Таблица 2 Состав 2 Компонент Содержание масс.ч. 1 2 3 4 5 6 7 8 Вода 40 40 40 40 40 40 40 40 Полиэтиленполиамин (ПЭПА) 5 10 35 10 20 40 25 15 Микросферы, стекло размер ср. 0,015 мм (15 мкм) - - 70 100 - - - - Микросферы, стекло размер ср. 0,2 мм (200 мкм) 60 50 - - - - - - Микросферы, керамика размер ср. 0,1 мм (100 мкм) - - - - 150 70 - - Микросферы, керамика размер ср. 0,05 мм (50 мкм) - - - - - - 50 - Микросферы, оксид алюминия размер ср. 0,05 мм (50 мкм) - - - - - - - 120

Таблица 3 Состав и свойства заявляемого материала № композции состав 1 состав 2 Массовое соотношение состава 1 к составу 2 Время схватывания, мин Нагревание перед смешиванием Достигаемая прочность, Плотность кг/дм³ Обрабатываемость инструментом, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 4 1:1 20 - + 0,7 + 2 2 5 2:1 25 - + 0,65 ++ 3 4 6 3:1 50 - ++ 0,85 ++ 4 3 7 4:1 80 - ++ 1,4 + 5 5 8 5:1 55 - + 1,15 + 6 6 2 1:1 30 + + 0,85 + 7 7 3 2:1 35 + + 1,1 + 8   №1 прототипа   140 - + 1,55 + 9   №2 прототипа   110 - + 1,5 + 10   №3 прототипа   200 - + 1,6 +

Разработанный модельный материал нашел применение при изготовлении различных моделей, отличающихся степенью сложности, габаритами, характером последующей обработки. Материал пригоден также для изготовления готовых декоративно-строительных изделий при отделочных, скульптурно-оформительских, реставрационных работах, для комплектования архитектурных и интерьерных композиций.

При испытаниях в различных условиях, под воздействием влаги, повышенных и пониженных температур, при использовании в натурных условиях заявляемый материал показал необходимый уровень технологичности и универсальности, удобство применения, стабильности результатов, а также широкую возможность регулировать условия отверждения и свойства в отвержденном состоянии.

Отвержденный материал обладает необходимыми прочностными свойствами, не крошится, не расслаивается, хорошо обрабатывается инструментом. При этом достигается необходимая чистота поверхности и проработанность деталей произведения.

Эксплуатационные свойства заявляемого материала лучше, чем у прототипа. Преимуществом предлагаемого материала является более быстрое схватывание и отверждение, что предотвращает оползание и частичное деформирование материала на получаемой модели или формуемом участке поверхности. При этом ускоряется операция формования и отпадает необходимость в частичном деформировании в период схватывания и отверждения.

Таким образом, достигнута возможность регулирования скорости отверждения материала за счет предложенного соотношения компонентов, способа их подготовки и совмещения.

Реализуется возможность повышения равномерности и качества материала за счет подготовки в виде двух заранее приготовленных составов, вводимых в контакт непосредственно перед началом работ по формованию. При этом обеспечивают удобство технического применения заявляемого материала при различных условиях.

Заявляемый материал был разработан и испытан в ОАО «Технологическое оснащение» г.Санкт-Петербурга при изготовлении технических моделей и проведении строительно-декоративных работ, связанных с полимерным формообразованием.

Изобретение относится к области композиционных материалов, применяемых для изготовления моделей, а также при отделочных, строительно-декоративных, скульптурно-оформительских работах, при реставрации архитектурных и интерьерных объектов. Модельный материал содержит смешанные в соотношении от 1:1 до 5:1 предварительно приготовленные состав 1 и состав 2, при этом состав 1 содержит следующие компоненты в соотношении масс.ч.:

состав 1:

Гипсовое вяжущее 100 Смола эпоксидная 20-80 Сложноэфирный пластификатор 5-40 Диоксид кремния 5-20,

а состав 2 содержит следующие компоненты в соотношении масс.ч.:

состав 2:

Вода 40 Полиэтиленполиамин (ПЭПА) 5-40 Микросферы 50-150.

Микросферы имеют размер 15-200 мкм и микросферы выполнены из неорганических материалов. Технический результат - создание материала повышенной прочности, небольшой удельной плотности, устойчивого к воздействию окружающей среды. 3 табл., 4 пр.

1. Модельный материал, содержащий смешанные в соотношении от 1:1 до 5:1 предварительно приготовленные состав 1 и состав 2, при этом состав 1 содержит следующие компоненты в соотношении мас.ч.:
состав 1
Гипсовое вяжущее 100 Смола эпоксидная 20-80 Сложноэфирный пластификатор 5-40 Диоксид кремния 5-20

2. Модельный материал по п.1, отличающийся тем, что микросферы имеют размер 15-200 мкм.

3. Модельный материал по п.1, отличающийся тем, что микросферы выполнены из неорганических материалов.