Настоящее изобретение относится к санитарно-гигиеническим изделиям, в частности к абразивному материалу, изделия из которого используются в качестве предмета домашнего обихода для чистки бытовых поверхностей. Настоящее изобретение относится также к конечным изделиям, полученным из абразивного материала.
Настоящее изобретение относится также к новому материалу, полученному путем соединения двух уже известных материалов: пенополиуретана и нетканого полотна из синтетических волокон, и предназначено для использования в качестве средства для чистки (например, в виде губки), как наполнитель для мебели, в качестве акустических панелей или износостойкого утеплителя.
Настоящее изобретение рассматривается на примере применения заявленного композитного материала и изготовленного из него изделия в качестве бытового абразивного устройства.
На рынке бытовых изделий для домашнего обихода представлен ассортимент абразивных изделий, предназначенных для чистки и протирки поверхностей. Под абразивным изделием подразумевается изделие, полученное из абразивного материала различной поверхностной плотности, с нанесенной красящей композицией, которое используют для удаления загрязнений.
Обычно используемые абразивные изделия для домашнего обихода представляют собой абразивные салфетки и губки с абразивным или неабразивным слоем. Чистящие губки состоят из слоя поролона и абразивного или неабразивного слоя в зависимости от назначения изделия. Абразивные салфетки в основе представляют собой волокнистый слой, состоящий из одного вида волокна, или волокнистый слой, состоящий из нескольких видов волокон, равномерно распределенных в структуре изделия, окрашенных красящей композицией. Проблема таких абразивных изделий заключается в том, что они выполняют одну функцию и имеют ограниченное использование, разделяясь по областям применения: для тефлоновых поверхностей, для ванных, для грилей и прочее. Для выполнения нескольких функций чистки или для обработки разных поверхностей необходимо использовать несколько разных изделий домашнего обихода.
Также обычно для того, чтобы в одном изделии объединить две функциональные стороны необходимо многостадийное производство, а именно: производство первого нетканого волокнистого слоя, отдельное производство второго нетканого слоя, последующее скрепление обоих слоев клеевым способом или производство второго слоя на сформированный первый слой также с последующим механическим скреплением. Или это производство основано на производстве нетканого волокнистого слоя, помещенного внутрь поролона или пропитанного поролоном (поролон - эластичный пенополиуретан).
Кроме того, стандартные абразивные изделия для сильных загрязнений имеют усиленную жесткую абразивную композицию, которую тактильно дискомфортно удерживать в руке, что приводит к использованию дополнительных держателей.
Так, известны губки для уборки, состоящие из двух, скрепленных между собой, слоев: открыто ячеистого поролона и абразивного полотна. Абразивное полотно производится на непрерывной линии, которая начинается с изготовления иглопробивного нетканого полотна, состоящего из синтетических или натуральных органических волокон, или их смеси. После окончания пробивки и предварительного скрепления волокон в печи производится нанесение специального состава, придающего волокнам повышенные абразивные свойства (например, за счет добавления абразивных частиц), после чего материал поступает в камеру для полимеризации состава.
Соединение слоев между собой осуществляется при помощи клея. Так же известен способ соединение пенополиуретана с другим пористым материалом в процессе вспенивания, пока полиуретан сохраняет адгезивные свойства. При этом пенополиуретан может проникать в пористый материал на некоторую глубину, что позволяет добиться скрепления двух разнородных слоев без использования клея.
Известны материал в виде армированного волокнами вспененного полимера, а также способ его непрерывного производства.
Так, из уровня техники известен способ изготовления композиционного материала, состоящего из вспениваемого материала и волокон путем пропитывания жидкой смесью для образования вспененного материала (US 2140063, US3382302).
Также в уровне техники известны способы изготовления композиционного материала, состоящего из пенополиуретановой матрицы и органических (неорганических) волокон природного или искусственного (синтетического) происхождения, или их смеси путем пропитывания, в том числе и непрерывного, в частности предварительно изготовленного нетканого полотна из органических волокон. Известно пропитывание жидкой смесью для образования пенополиуретана с последующим помещением полученного материала в специальную камеру до окончания процесса вспенивания и дозревания пенополиуретана.
В уровне техники раскрыты составы жидких композиций (RU 2433912, US 4476076, US 9689112) и режимы для получения пенополиуретана.
В US 4296054 описан способ производства полиуретанового амортизирующего материала, включающий изготовление штапельного волокна, при необходимости его фиксацию или пробивку иглой, заполнение сформированного таким образом штапельного волокна полиуретаном, вспенивание полиуретана и его последующее отверждение. Затем полученный вспененный материал удаляется из формы для получения полиуретанового амортизирующего материала.
В US 9689112 описано покрытие и способ изготовления напольных покрытий из пенополиуритана с переработанными ковровыми волокнами, согласно которому полиуретановые покрытия для пола формируются из слоя полотна, содержащего не менее 30 мас.% волокон, охлажденный состав пенополиуретана, который включает по меньшей мере один полиизоцианат, воду и по меньшей мере один полиол наносят на слой полотна. Затем смоченный слой полотна сжимают для механического смачивания волокон, калибруют и нагревают для отверждения пенистого состава. При этом волокна могут быть сформированы в слой полотна с использованием любого удобного процесса, такого как различные способы выдувания и укладки, или кардочесания. Полотно может быть прошито иглой, подвергнуто термофиксации или обработано иным образом для спутывания волокон. Волокна, используемые для изготовления слоя полотна, могут быть любого типа, которые могут выдерживать температуры, возникающие на стадии отверждения. Компоненты композиции пенополиуретана охлаждают перед смешиванием и нанесением композиции на слой полотна.
Из DE 2244901 известен материал и способ получения трехмерно армированного пеноматериала с высокой прочностью на разрыв, путем непрерывного введения волокнистой ткани в полимерную пену. Волокнистая ткань изготовлена из волокон длиной не менее 35 мм, свободно связанных игольчатым способом или под действием пара, и составляет 5-30% от веса готового продукта. При этом могут быть использованы различные волокна. Пеноматериал должен быть стабильным и вязким, но все же достаточно жидким, чтобы проникать через волокнистую ткань. В качестве пеноматериала может быть использован пенополиуретан. Сформированный материал, состоящий из вспененного полимера и волокон, затем сушат, проводя его мимо радиаторов и пропуская через сушильную печь.
В GB 1426932 описан непрерывный процесс изготовления фасонного изделия из вспененного материала, армированного волокнами. Изделия из вспененного материала, армированного волокнами, получают путем пропитки множества непрерывных волокон вспениваемой термореактивной жидкой композицией и продвижения волокон в формовочный канал с многоугольным сечением, каждая сторона которого ограничена бесконечной лентой и в котором композиция вспенивается и затвердевает. Волокна могут представлять собой переплетенные пряди коротких волокон или моноволокон, могут быть натуральными, например вискоза или синтетика, например полиамид, полиэфир или полиолефин, но предпочтительно стекловолокно. Композиция может быть полиуретановой или полиэфирной.
В JPH 05269031 описана амортизирующая многослойная подушка и способ ее производства. При этом нижний слой с низкой плотностью представляет собой армированный волокном полиуретановый слой из вспененного полиуретана. Слой пенополиуретана армирован волокнами, нетканым материалом или подобным. В качестве нетканого материала, используемого в этом случае, предпочтительно использовать нетканый материал, изготовленный из скрученных коротких волокон путем иглопробивания, который представляет собой волокно на основе полиэстера или нейлона.
В EP 0985519 описан способ изготовления термопластичных листов, армированных натуральными волокнами, а также их использование для производства различных деталей. Согласно этому способу маты из природного волокна проходят через форсунки для непрерывного пропитывания, которые контролируют подачу термопластического расплава (полипропилена) из экструдеров, каждая из которых образует двойные потоки расплава, предназначенные для покрытия верхней и нижней сторон каждого мата. Затем маты входят в зазор между роликами двухленточного пресса для предварительной калибровки. Охлаждающие пластины пресса уплотняют продукт. Натуральные волокна - это лубяные волокна (например, рафия), твердые волокна или их смеси. Лубяные волокна - льняное или конопляное. Более твердые волокна - это сизаль. Листы из термопласта, армированные натуральными волокнами, изготовленные в соответствии со способом, могут иметь толщину от 1до 5 мм, содержание натуральных волокон составляет от 20 до 50%.
В US 4476076 раскрыт метод открытого формования изделия из вспененной полиэфирной смолы армированной пучками волокон.
В NL 6715196 описан процесс изготовления удлиненного изделия, который включает пропитку множества непрерывных стекловолокон жидкой композицией для получения полиуретана и придание полученному продукту формы с желаемым поперечным сечением. Описан процесс, который включает параллельное расположение множества непрерывных стеклянных волокон, введение указанных волокон в демпфирующий канал треугольного поперечного сечения, в котором волокна пропитаны жидкой композицией, которая может быть заменена на полиуретан, а затем позволяют волокнам контактировать с резиновым скребком для удаления излишков жидкости, наматывать волокна вокруг барабана, после этого сушить волокна и разматывать волокна, чтобы ввести их в форму, имеющую прямой канал, в котором жидкость затвердевает и вспенивается.
Из US 2827666, B29B11/16, B29C44/12, B29C44/14, опубл. 25.03.1958 г., известен способ изготовления формованного комбинированного изделия из вспененного материала с волокном, который включает предварительное формование слоя из волокон путем накопления множества дискретных волокон на поддоне, имеющем стержни на нем, распыление адгезива на собранную массу, таким образом размещенную на указанном поддоне, снятие нетканого материала с указанного поддона, вставку его в форму и подачу вспененного материал в форму, посредством чего материал проникает в волокнистую массу и заполняет полость формы.
Из этого патента известен композитный материал, преимущественно отформованный в виде параллелепипедного блока, содержащий слой вспененного пенополиуретана, внутри которого размещены сформированные в нетканое полотно дискретные волокна синтетического и/или натурального происхождения, которые сшиты между собой связующим.
Из этого же патента известно изделие бытового назначения, представляющее собой блок в форме предмета бытового назначения из вспененного пенополиуретана с размещенными внутри него по толщине блока дискретными волокнами синтетического и/или натурального происхождения, сшитыми между собой связующим в полотно.
Это решение принято в качестве прототипа для заявленных объектов.
Недостаток решения по US 2827666 заключается в небольшом сроке службы полученного материала при его использовании в качестве устройства для чистки им поверхностей. Этот вывод обусловлен следующим.
В рамках данного патента решается задача по повышению долговечности чистящего устройства из вспененного пенополиуретана за счет введения в него дискретных волокон, собранных в полотно. Это введение полотна внутрь вспененного пенополиуретана в патенте называется усилением абразивных свойств изделия. В реальности изделие получают в закрытой матрице, куда предварительно помещают фрагмент нетканого полотна, а затем вводят стержни для формования в блоке открытых углублений и матрицу заполняют составом, который вступая в реакцию, вспенивается и принимает параллелепипедную форму (губка параллелепипедной формы с углублениями в теле с одной стороны).
В реальности, поролон (вспененный пенополиуретан) представляет собой непрочный и недолговечный материал пористой структуры, упругость которого позволила применить его в качестве дешевой губки взамен губок из синтетического каучука. Поролон хорошо сжимается, захватывает воду и моющее средство, обладает адгезией к большинству поверхностей, но при этом быстро крошится и быстро теряет основную функцию по чистке. Введение в него армировки в виде полотна нетканого материала из различного происхождения волокон позволило этими волокнами связать поролон и повысить его срок службы за счет того, что эти волокна как бы удерживают между собой частицы поролона.
Несмотря на то, что формование блока из вспененного пенополиуретана проводится в закрытой матрице, объем подаваемого полимера в эту матрицу выбирается из условия, что при свободном вспенивании объем матрицы будет заполнен полностью с образованием пористой структуры в вспененном полимере и будет обеспечена параллелепипедная форма изделия. Это указывает, что в матрице происходит открытое вспенивание. То есть объем полимера в матрице после его свободного вспенивания равен объему матрицы. Только в этом случае полимер после полимеризации приобретает пористую структуру с ячейками и порами, полученными в условиях равенства давлений снаружи и внутри матрицы.
Полотно нетканого типа, собираемое из дискретных волокон, образуется методом напыления волокон друг на друга. При этом эти волокна уплотняются в полотне за счет прохождения воздушного потока через полотно и имеют хаотическое расположение. После распыления на него связующего происходит полимеризация волокон в том положении, в котором они образовались при формовании полотна на барабане. При подаче подлежащего вспениванию полимера в матрицу с уложенным в нее фрагментом полотна, в режиме свободного вспенивания пена начинает перемещаться как в само полотно, так и от него в зону атмосферного давления. Попадание пенящегося полимера на полотно приводит к образованию на нем и в поверхностных слоях полотна полимерных слоев, на которых образуется сопротивление для дальнейшего перемещения пены внутрь структуры полотна. Это приводит к тому, что вспененный полимер начинает расширяться наружу от полотна. В итоге, после полимеризации блок вспененного полимера имеет неоднородную структуру, в которой полотно не полностью по глубине пропитывается полимером. Этим объясняется небольшой срок службы изделия и уменьшение способности к очистке поверхностей по мере износа наружных слоев блока и перехода к внутренним слоям, в которых адгезия меньше, чем была на наружных слоях.
Волокна полотна участвуют в очистке поверхности наряду с самим поролоном, но недостаточная адгезия между поролоном и волокнами полотна приводит к тому, что эти волокна, имеющие большую подвижность, начинают разрушать структуру поролона. То же самое происходит, если использовано полотно с волокнами, обладающее слабой подвижностью. В этом случае высокая эластичность поролона приводит к тому, что частицы поролона отрываются от волокон малоподвижного полотна. Поэтому чистящее свойство поролонового блока с армировкой по данному патенту проявляется только, когда изделие только начинает использоваться или мало использовалось. По мере эксплуатации композитный материал теряет прочность и способность к очистке поверхностей. Это объясняется тем, что после полимеризации блок обладает неоднородной структурой материала. Наружные слои блока, как более уплотненные придают блоку способность чистить поверхность, а внутренние слои, насыщенные воздушными полостями разного размера (неоднородная пористость), крошатся и отрываются от волокон, когда наружные слои истираются.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении абразивных свойств композитного материала с увеличением срока службы этого материала.
Указанный технический результат достигается тем, что в композитном материале, преимущественно листовой формы, содержащем слой вспененного пенополиуретана, внутри которого размещены сформированные в нетканое полотно дискретные волокна синтетического и/или натурального происхождения, которые сшиты между собой связующим, нетканое полотно с волокнами синтетического и/или натурального происхождения выполнено толщиной, равной толщине первого слоя, на поверхность волокон синтетического и/или натурального происхождения нанесено покрытие на основе полимера или полимеров с абразивными частицами, а для заполнения вспененным пенополиуретаном пустот между волокнами в нетканом полотне слой вспененного пенополиуретана образован вспениванием пенополиуретана в закрытой матрице, в которую помещают указанное полотно и объем которой меньше объема вспенивания пенополиуретана в открытой матрице.
Возможно нанесение покрытия с абразивными частицами по всей глубине нетканого полотна или с внешней стороны нетканого полотна на часть его глубины.
Связующее может быть взято из группы содержащей формальдегидную смолу, дисперсии акриловых, стирол-акриловых, бутадиен-стирольных, винил-ацетатных полимеров.
В предпочтительном варианте композитного материала количество абразивных частиц в покрытии может составлять до 50%.
Указанный технический результат так же достигается тем, что изделие бытового назначения из композитного материала представляет собой блок в форме предмета бытового назначения из вспененного пенополиуретана с размещенными внутри него дискретными волокнами синтетического и/или натурального происхождения, сшитыми между собой связующим в полотно и покрытыми снаружи полимерным составом, содержащим абразивные частицы, при этом толщина полотна равна толщине блока.
При этом связующее может быть взято из группы содержащей формальдегидную смолу, дисперсии акриловых, стирол-акриловых, бутадиен-стирольных, винил-ацетатных полимеров.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
Настоящее изобретение подробно описано со ссылкой на графические изображения:
на фиг. 1 общий вид фрагмента композитного абразивного материала;
на фиг. 2 - укрупнено взаиморасположение поролона и дискретных волокон;
фиг. 3 - общий вид полотна из сшитых дискретных волокон;
фиг. 4 - схема сцепления дискретных волокон между собой в полотне.
Согласно настоящего изобретения рассматривается конструкция композитного материала с выраженными абразивными свойствами. Новый материал получают путем соединения двух уже известных материалов: пенополиуретана (поролона) и нетканого полотна из синтетических волокон и/или натуральных дискретных волокон для использования в качестве средства для чистки (в виде изделия в форм-факторе губки или салфетки) и возможно как наполнитель для мебели, для акустических панелей, и в качестве износостойкого утеплителя.
Данный композитный материал можно рассматривать либо как:
- нетканый материал на основе синтетических и/или натуральных волокон, содержащий равномерно распределенный по всему объему, эластичный пенополиуретан
либо как
- Эластичный пенополиуретан, содержащий по всему объему, предварительно скрепленные между собой синтетические и/или натуральные волокна.
Из уровня техники известен материал в виде армированного волокнами вспененного полимера, а также способ его непрерывного производства. Авторами поставлена задача по созданию материала, отличающийся от уже известиных тем, что армирующие волокна в нем обладают выраженными абразивными свойствами за счет нанесения на них абразивсодержащего состава. Это, в частности, может увеличить износостойкость и чистящие свойства изделий (например, губок или «падов» для очистки (в переводе - полиэстровый абразивный диск, выполняемый в виде пластины или параллелепипедной формы блока), предназначенных для очищения различных поверхностей.
Особенностью заявленного композитного материала (как правило, на производстве получаемый в листовой форме) является то, что он содержит слой 1 вспененного пенополиуретана, внутри которого размещены сформированные в нетканое полотно 2 дискретные волокна 3 синтетического и/или натурального происхождения, которые сшиты между собой связующим. При этом нетканое полотно с волокнами синтетического и/или натурального происхождения выполнено толщиной, равной толщине первого слоя 1. На поверхность волокон синтетического и/или натурального происхождения нанесено покрытие с абразивными частицами.
А для заполнения вспененным пенополиуретаном пустот между волокнами в нетканом полотне слой вспененного пенополиуретана образован вспениванием пенополиуретана в закрытой матрице, в которую помещают указанное полотно и объем которой меньше объема вспенивания пенополиуретана в открытой матрице.
При обеспечении определенных условий, главным из которых является ограничение объема, в котором происходит вспенивание, возможно полное пропитывание нетканого полотна пенополиуретаном. В результате получается квазиоднородный блок, представляющий композицию из пенополиуретановой матрицы, внутри которой располагаются армирующие волокна, обладающие стойкостью к истиранию и повышенными абразивными свойствами.
При вспенивании пенополиуретан в начальный момент процесса выбирает свободное пространство в полости матрицы. При этом пенопролиуретан частично проникает в зоны между сшитыми дискретными волокнами полотна. Процесс вспенивания продолжается до тех пор, пока не прекратятся химические реакции между компонентами полиуретановой смеси. В связи с этим этот процесс продолжается и после заполнения всей полости матрицы. Из-за ограниченного объема полости матрицы внутри нее начинает расти давление, создаваемое ростом пены. Так как в закрытой матрице давление уравновешено, то в этот момент пена начинает уплотняться и проникать внутрь полотна, заполняя все пустоты и сцепляясь с абразивным покрытием волокон. При этом происходит уплотнение пенополиуретановой массы, уменьшение размера воздушных полостей и выравниванию ее структуры до однородного состояния (равенство давлений на стенках матрицы и в самой пене). В результате происходит уплотнение полимера, сцепление с покрытием волокон, пропитка всего полотна и выравнивание пористости блока. В итоге блок приобретает квазиоднородную мелкопористую структуру по толщине блока с высоким сцеплением между поролоном и волокнами.
Полученный таким образом материал обладает такими важными для изделий, предназначенных для уборки, свойствами, как: способность сохранять внутри себя раствор моющего вещества и впитывать воду (за счет упругости и мелких пор); выраженные абразивные свойства, ускоряющие процесс очищения поверхности (очистка проходит не только за счет трения поролона о поверхность, но и за счет действия абразивных волокон, выступающих на поверхность блока при истирании пенополиуретана); прочность и износостойкость, которая продлевает время использования одного изделия (за счет полного и всестороннего обволакивания волокон в полотне поролоновой массой).
Разрезая листовой композитный материал на фрагменты можно получить изделие бытового назначения в виде блока в форме предмета бытового назначения из вспененного пенополиуретана с размещенными внутри него по толщине блока дискретными волокнами синтетического и/или натурального происхождения, сшитыми между собой связующим в полотно и покрытыми снаружи абразивными частицами, при этом толщина полотна равна толщине блока.
Любые волокна фиксируются поролоном лучше и пропитанные, и непропитанные (в сравнении с полотном не заполненным поролоном), главным образом за счет механической адгезии. Пропитка полотна поролоном насквозь нужна для того, чтобы улучшить механические свойства композиции.
Заполнение пространства между волокнами нетканого полотна поролоном позволяет:
- увеличить жесткость, так как уменьшаются относительные взаимные перемещения волокон при деформации материала;
- увеличить количество циклов деформации полотна до разрушения, так как практически исключается взаимный сдвиг волокон друг относительно друга, что в обычном нетканом полотне приводит к постепенному перетиранию волокон друг о друга. Фиксация волокон друг относительно друга не допускает их взаимного износа, что увеличивает срок службы;
- увеличить прочность на разрыв благодаря увеличению средней эффективной площади сечения материала по сравнению с обычным нетканым полотном и уменьшении сдвига волокон друг относительно друга;
- абразивное нетканое полотно хуже удерживает воду и растворы моющих веществ, чем полотно, пропитанное поролоном, так как поры эластичного пенополиуретана меньше, а значит, в них реализуются большие силы поверхностного натяжения.
Пропитывать волокна на всю глубину нужно для того, чтобы при "выработке" (стирании) чистящего изделия из предложенного материала у него сохранялись бы чистящие свойства. Пропитка обеспечивает волокнам усиленное абразивное действие, главным образом за счет того, что в пропитке содержатся абразивные частицы и сама пропитка в процессе полимеризации становится твердой.
Абразивными свойствами обладают только волокна нетканого полотна. Эти свойства волокна приобретают благодаря хаотическому порядку сцепления волокон между собой и специальной пропитке, которая содержит абразивные частицы. Поэтому при соединении в одном материале эластичного пенополиуретана и таких волокон происходит как упрочнение поролона, за счет армирующих волокон, так и увеличение упругости нетканого полотна, за счет усиления связи между отдельными волокнами и увеличения энергии необходимой для их деформации совместно с поролоном.
Из уровня техники уже известны решения, когда волокна размещены именно внутри пористого материала, и не выходят наружу. Известны так же решения, когда волокна в расположенном поверх пористого материала полотне не заполняются пористым материалом на всю высоту.
Для обеспечения необходимых абразивных (чистящих) свойств материалу достаточно, чтобы волокна выступали на высоту, сравнимую с диаметром волокна, при выступании на большую высоту волокна достаточно быстро сломаются. Добиться при этом однородности пропитки можно только в условиях вспенивания в ограниченном объеме, поэтому технологически проще пропитать материал насквозь или на определенную глубину, после чего "раскрыть" волокна материала, обработанные составом для повышения абразивных свойств.
Что касается химического состава пропитывающего материала (покрытия волокон), то он может быть чрезвычайно разнообразным.
В качестве абразивной пропитывающей композиции можно использовать формальдегидные смолы (карбамидформальдегидные, меламинформальдегидные), дисперсии акриловых, стирол-акриловых, бутадиен-стирольных, винил-ацетатных полимеров, абразивные наполнители (кварц, каолин, тальк, электрокорунд), красители, сопутствующие функциональные добавки (смачиватели, диспергаторы, пеногасители, отвердители, загустители, пластификаторы, поверхностно-активные вещества, вещества для связывания формальдегида).
Состав абразивной пропитывающей композиции подбирают с учетом требований к конечному продукту в зависимости от типа абразивных наполнителей.
Формальдегидные смолы выполняют функцию связующего, отверждаются в результате термообработки и придают более жесткий гриф абразивным материалам. Количество карбамид-формальдегидной смолы в рецептуре красящей композиции составляет до 30%, предпочтительно до 25%, наиболее предпочтительно до 20%. Применение формальдегидных смол наиболее предпочтительно из-за доступности и цены. Возможно применение других смол, широко используемых в абразивных материалах в качестве связующего.
Дисперсии полимеров также могут выполнять функцию связующего, сшиваясь в результате термообработки. Применение дисперсий полимеров позволяют дополнительно регулировать функциональные свойства абразивных материалов: гибкость, упругость, жесткость, химостойкость, износостойкость. Количество дисперсий полимеров в рецептуре красящей композиции составляет до 40%, предпочтительно до 30%, наиболее предпочтительно до 20%.
Абразивные наполнители выбирают в зависимости от требуемых чистящих свойств изделий: абразивные наполнители с твердостью по шкале Мооса менее 6 (например, каолин, тальк) применяет для получения неабразивных материалов для деликатной очистки, абразивные наполнители с твердостью по шкале Мооса более 7 (например, кварц, электрокорунд) применяют для материалов с увеличенной чистящей способностью. Возможно применение других абразивов, широко используемых в подобных производствах. Возможно введение абразивных наполнителей как в состав красящей композиции, так и поверхностное нанесение рассеиванием на неотвержденную композицию перед термообработкой. Количество абразивных наполнителей в рецептуре красящей композиции составляет до 50%.
Функциональные добавки (смачиватели, диспергаторы, пеногасители, отвердители, загустители, пластификаторы, поверхностно-активные вещества, вещества для связывания формальдегида) подбирают в зависимости от вида и количества используемых связующих, абразивных наполнителей, типа обрабатываемых волокон и заданных свойств готового изделия.
Описанный композитный материал можно получать двумя способами:
- Предварительно изготовленное нетканое полотно, с нанесенным на одну или две стороны связующим составом, или пропитанным насквозь этим составом, обеспечивающим волокнам повышение износостойкости и абразивных свойств, нарезается на отдельные листы. В замкнутую матрицу выливаются предварительно смешанные компоненты для получения заданного объема пенополиуретана. В эту же матрицу помещают лист нетканого полотна. Матрицу закрывают до окончания процесса полимеризации компонентов поролона. При этом объем емкости обеспечивает полное пропитывание полотна полиуретаном в процессе вспенивания.
- К линии по непрерывному производству абразивного полотна присоединяют две камеры. В первой происходит нанесение поверх полотна заданного количества смешанных компонентов для получения поролона; во второй, ограниченной по периметру, происходит вспенивание в условиях ограниченного расширения, за счет чего происходит полная пропитка нетканого полотна поролоном.
Волокна заполняют композиционный материал по всей его толщине. Поэтому вблизи поверхности они тоже присутствуют. Поролоновая масса без волокон, а при наличии волокон не между всеми волокнами, а только в поверхностном слое, имеет низкую жесткость и прочность, и сравнительно легко выкрашивается, поэтому в начале работы в результате износа с поверхности материала «сойдет» пенополиуретан, освободив твердые износостойкие волокна, которые и обеспечивают материалу повышенные абразивные свойства, а также износостойкость выше, чем у неармированного поролона. Нужно отметить, что волокна очистятся на сравнительно небольшую толщину, меньшую, чем толщина абразивной пропитки (если, конечно, пропиткой волокнам не были обеспечены абразивные свойства по всей толщине материала), поэтому по мере износа волокон полиуретан будет очищаться дальше, пока не закончится участок с «абразивными» волокнами.
Стадий обработки нетканого полотна две:
1. Сначала нетканое полотно с одной/двух сторон или на всю глубину пропитывается составом (связующим, а потом наносят частицы абразива, или связующим с абразивным наполнителем), обеспечивающим волокнам повышенные абразивные свойства;
2. Затем материал, уже содержащий «абразивные» волокна, пропитывается смесью компонентов для производства пенополиуретана, в результате чего, пенополиуретан заполняет полотно целиком.
Важно, что при этом, в материале остаются открытые внутренние поры, которые за счет капиллярного эффекта позволяют удерживать воду или растворы моющих веществ.
Кроме того, наличие пенополиуретана между волокнами уменьшает величины перемещения волокон, увеличивая жесткость композиционного материала, и практически исключая трение абразивных волокон друг о друга. В результате уменьшается степень деформации и взаимного перемещения волокон, в сравнении с материалом, не пропитанным вспенивающимся веществом. В непропитанном поролоном нетканом абразивном полотне возможны перемещения и взаимное перетирание волокон по всему объему, что сокращает время использования такого полотна. Таким образом, исключая внутренний износ волокон, можно добиться увеличения срока службы изделия, предназначенного для уборки.
Износостойкость материала увеличивается за счет:
а) износостойкости волокон, по сравнению с неармированным поролоном,
б) фиксации волокон поролоном, по сравнению с нетканым полотном, обработанным составом для повышения абразивных свойств.
В результате частичного выкрашивания поролона из поверхностного слоя композитного материала на его поверхности будут оставаться только волокна с абразивными свойствами, что придаст изделию из такого материала качества, необходимые для изделий, предназначенных для уборки и очистки поверхностей.
Так как основой материала является пенополиуретан (поролон), имеющий открытые внутренние поры, то композиционный материал так же сохраняет внутренние открытые поры, что позволяет ему удерживать воду или растворы моющих веществ за счет капиллярного эффекта.
Выкрашивание основы на поверхности оставляет в месте контакта «абразивные» износостойкие волокна; наличие пор в основе позволяет удерживать воду; фиксация волокон друг относительно друга не допускает их взаимного износа, что увеличивает срок службы).
Настоящее изобретение представляет собой композитный материал, содержащий слой вспененного пенополиуретана, внутри которого размещены волокна, формирующие нетканое полотно. При этом нетканое полотно выполнено толщиной, равной толщине слоя вспененного пенополиуретана, а на поверхность волокон нанесено покрытие с абразивными частицами. Пустоты между волокнами в нетканом полотне заполнены вспененным пенополиуретаном, заполнение осуществлено путем вспенивания полиуретана в закрытой матрице, объем которой меньше объема вспенивания полиуретана в открытой матрице. Описываемый подход позволяет получать изделия бытового назначения с повышенными абразивными свойствами и увеличенным сроком службы. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.
1. Композитный материал, преимущественно листовой формы, содержащий слой вспененного пенополиуретана, внутри которого размещены сформированные в нетканое полотно дискретные волокна синтетического и/или натурального происхождения, которые сшиты между собой связующим, отличающийся тем, что нетканое полотно с волокнами синтетического и/или натурального происхождения выполнено толщиной, равной толщине слоя вспененного пенополиуретана, при этом на поверхность волокон синтетического и/или натурального происхождения нанесено покрытие с абразивными частицами, а пустоты между волокнами в нетканом полотне заполнены вспененным пенополиуретаном путем вспенивания пенополиуретана в закрытой матрице, в которой помещено указанное полотно и объем которой меньше объема вспенивания пенополиуретана в открытой матрице.
2. Композитный материал по п.1, отличающийся тем, что покрытие с абразивными частицами нанесено по всей глубине нетканого полотна.
3. Композитный материал по п.1, отличающийся тем, что покрытие с абразивными частицами нанесено с внешней стороны нетканого полотна на часть его глубины.
4. Изделие бытового назначения из композитного материала по п. 1, характеризующееся тем, что представляет собой блок в форме предмета бытового назначения из вспененного пенополиуретана с размещенными внутри него по толщине блока дискретными волокнами синтетического и/или натурального происхождения, сшитыми между собой связующим в полотно и покрытыми снаружи абразивными частицами.
| US 4104435 A, 01.08.1978 | |||
| US 8671503 B2, 18.03.2014 | |||
| ГУБКА ДЛЯ МЫТЬЯ ПОСУДЫ И СПОСОБ ЕЕ ПРОИЗВОДСТВА | 2015 |
|
RU2626546C2 |
