Установка для ориентирования нанотрубок Российский патент 2021 года по МПК B82Y40/00 B82B3/00 

Изобретение относится к области производства композиционных материалов, состоящих из армирующего материала, полимерной матрицы и наполнителя, в роли которого выступают углеродные нанотрубки и может быть использовано при создании композитных материалов с повышенной прочностью за счет использования однородного электрического поля, разрушающего агломераты углеродных нанотрубок и ориентирующего нанотрубки.

Известно изобретение для изготовления полимерного композита с ориентированными углеродными нанотрубками, позволяющий создать полимерный нанокомпозитный материал с ориентированными нанотрубками с помощью переменного или постоянного электрического поля. (Патент CN 1843905 А, опубликовано 11.10.2006 г.).

Недостатком данного изобретения является то, что в качестве армирующего материала используются сами углеродные нанотрубки, что недостаточно увеличивает механические характеристики.

Известно изобретение для получения слоистого углеродного композиционного материала с высоким сопротивлением к расслаиванию, включающий пропитку слоистого углеродного материала полимерным связующим, содержащим углеродные нанотрубки, ориентированными в магнитном поле (Патент РФ 2380232, опубликовано 27.01.2010 г.).

Недостатками данного изобретения является то, что он требует модифицированных углеродных нанотрубок, а кроме того, ориентирует нанотрубки в направлении, перпендиклярном слоям, что может стать концентратором напряжений.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является выбранное в качестве прототипа изобретение для получения армированного композиционного материала с помощью установки для изготовления полимерного композиционного материала на основе ориентированных углеродных нанотрубок, состоящей из шпулярника, нити, ванны для пропитки нити связующим, модифицированным УНТ, трехслойной трубки, внутри которой создается электрическое поле с радиально направленными силовыми линиями, и оправки для намотки полученного композиционного материала (Патент РФ №2468918. опубликованный 10.12.2012 г.).

Недостатком известного изобретения, в том числе технической проблемой является то, что углеродные нанотрубки будут орентированы перпендикулярно направлению укладки, что сделает их концентраторами напряжений в случае приложения силы вдоль армирующего материала, а кроме того, углеродные нанотрубки в данном случае требуют предварительной обработки ультразвуком в растворителе с последующим удалением растворителя.

В основу заявленного изобретения был положен технический результат - возможность ориентирования углеродных нанотрубок за счет расположения обкладок перпендикулярно движению армирующего материала, что повысит предел прочности на разрыв.

Технический результат достигается тем, установка для ориентирования нанотрубок, состоящая из емкости со связующим, сообщенную с ней пропиточную ванну, шпулярник, содержащий армирующий материал для пропускания через пропиточную ванну и оправки для намотки полученного композиционного материала обкладки, подключенные к выпрямляющему блоку, выполнены в виде металлических пластин, расположенных на противоположных стенках пропиточной ванны перпендикулярно расположению армирующего материала.

Происходит расширение эксплуатационных и повышение технологических возможностей за счет компактности установки путем совмещения пропитки и ориентирования нанотрубок, что одновременно повышает предел прочности получаемого композиционного материала.

Изобретение поясняется графическими изображениями.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема установки, где 1 - емкость со связующим, 2 - пропиточная ванна, 3 - шпулярник, 4 - армирующий материал, 5 -оправка, 6 - ролики, 7 - оси, 8 - обкладки, 9 - ориентирующий блок

На фиг. 2 приведена принципиальная схема ориентирующего блока, где 1 - трансформатор, 2 - диодный мост.

На фиг. 3 приведено сравнение свойств композиционного материала, наполненного углеродными нанотрубками и композиционного материала, созданного с использованием установки.

Установка для изготовления полимерного композиционного материала на основе ориентированных углеродных нанотрубок, состоящая из емкости со связующим 1, сообщенную с ней пропиточную ванну 2, шпулярник 3, содержащий армирующий материал 4 для пропускания через пропиточную ванну и оправки 5 для намотки полученного композиционного материала, снабжена обкладками 8 для создания электрического поля, выполненными в виде металлических пластин расположенных на противоположных стенках пропиточной ванны перпендикулярно расположению армирующего материала.

Устройство состоит из емкости со связующим 1, пропиточной ванны 2, шпулярника 3, армирующего материала 4, оправки 5, роликов 6, осей 7, обкладок 8, ориентирующего блока 9. Ориентирующий блок состоит из трансформатора 1, диодного моста 2.

Пропиточная ванна, ролики изготовлены из фторопласта-4, оси изготовлены из пластмассы, обкладки изготовлены из меди.

Армирующим материалом может быть волокно, например угольное или стекловолокно, нити, например, стеклонити, различные ленты. Связующим могут быть различные смолы, как то: эпоксидные смолы, полиэфирные смолы, полиамидные смолы, лаки, например, бакелитовые.

Изобретение работает следующим образом. Армирующий материал проходит в ванну под ролики и пропитывается связующим, содержащим углеродные нанотрубки. Во время пропитки трансформатор отдает электрический ток с заданным напряжением, проходящий через выпрямитель - диодный мост - и ток идет на обкладки, создавая однородное электрическое поле заданной напряженности.

Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, отраженная в формуле изобретения обеспечивает заявленный технический результат, то есть создание установки для получения композитных материалов с повышенной прочностью за счет использования однородного электрического поля, разрушающего агломераты углеродных нанотрубок и ориентирующего нанотрубки.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для осуществления процесса производства композиционных материалов, состоящих из армирующего материала, полимерной матрицы и наполнителя, в роли которого выступают углеродные нанотрубки

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Изобретение относится к области производства композиционных материалов, состоящих из армирующего материала, полимерной матрицы и наполнителя, в роли которого выступают углеродные нанотрубки и может быть использовано при создании композитных материалов с повышенной прочностью за счет использования однородного электрического поля, разрушающего агломераты углеродных нанотрубок и ориентирующего нанотрубки. Разработана установка для изготовления полимерного композиционного материала на основе ориентированных углеродных нанотрубок, состоящая из емкости со связующим, сообщенной с ней пропиточной ванной, шпулярника, содержащего армирующий материал для пропускания через пропиточную ванну, и оправки для намотки полученного композиционного материала. Технический результат - возможность ориентирования углеродных нанотрубок за счет расположения обкладок перпендикулярно движению армирующего материала, что повысит предел прочности на разрыв. 1 табл., 3 ил.

Установка для ориентирования нанотрубок, состоящая из емкости со связующим, сообщенной с ней пропиточной ванной, шпулярника, содержащего армирующий материал для пропускания через пропиточную ванну, и оправки для намотки полученного композиционного материала, отличающаяся тем, что установка снабжена обкладками для создания электрического поля, выполненными в виде металлических пластин, расположенных на противоположных стенках пропиточной ванны перпендикулярно расположению армирующего материала.