способ изготовления изделий из композиционных материалов

Формула изобретения

Способ изготовления изделий из композиционных материалов, включающий смешивание измельченного наполнителя, преимущественно древесных компонентов, с термопластичным связующим, нагрев смеси и холодное или горячее формование, отличающийся тем, что термопластичное связующее используют в мелкодисперсном состоянии или предварительно измельченном, а перед смешиванием наполнитель и термопластичное связующее хаотически перемещают, одновременно подвергая измельченный наполнитель и/или термопластичное связующее воздействию электростатических полей разной полярности, причем заданное количество термопластичного связующего для обволакивания устанавливают величиной напряженности электростатического поля, воздействующего на измельченный наполнитель.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству изделий из композиционных материалов и может быть использовано, например на предприятиях деревообрабатывающей промышленности, изготовляющих изделия из отходов деревопереработки и связующих компонентов, причем связующие могут получаться в результате переработки промышленных отходов термопластов.

Известны способы изготовления изделий из композиционных материалов, в которых в качестве наполнителя используются древесные опилки и стружки, а в качестве связующего фенольные и фенольноформальдегидные смолы (а.с. 1713809 кл. В 27 N 3/02, a.c. 1705076 кл. В 27 N 3/02).

Указанные способы имеют ряд недостатков, к которым в первую очередь следует отнести длительность цикла полимеризации, высокую энергоемкость производства, а сами изделия содержат токсичные компоненты, утилизация их представляет определенные трудности.

В последнее время в производстве изделий из композиционных материалов все большее распространение находят термопластичные полимеры. Использование не токсичных термопластичных полимеров (полиэтилена, лавсана, полиамидов и др. ) в качестве связующего позволяет получать изделия из композиционных материалов с более высокими экологическими характеристикам по сравнению с изделиями, полученными указанными выше способами. Однако, термопластичные связующие хуже смачивают наполнитель, что приводит к неравномерности распределения связующего в объеме материала и повышенному его содержанию для достижения высоких физико-механических характеристик.

Известен способ изготовления изделий в виде древесных плит, в которых при подготовке связующего термопласт смешивают с полиэтиленом низкой плотности в соотношении мас. 30-70:70-30, затем смесь упруго-деформировано измельчают до порошка с параметрами: насыпной вес 150-220 кг/кубм; размер частиц не более 2,5 мм, порошок смешивают с древесными компонентами, формируют брикеты, а после горячего прессования этих брикетов производят охлаждение плит под давлением (а.св. N 1722835 кл. В 27 N 3/02).

Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает при смешивании связующего и древесных компонентов равномерного обволакивания связующего по поверхностям древесных компонентов, что снижает физико-механические характеристики плит и обуславливает высокий расход связующего.

Известен также способ изготовления изделий из композиционных материалов, в частности древесно-стружечных плит, заключающийся в том, что древесные компоненты сначала смешивают с порошкообразным полиэтиленом, из полученной смеси формируют пакет, в котором равномерно по его высоте распределяют пленкообразное связующее, затем пакет прогревают и формуют плиту под давлением (а.св. N 1666305 кл. В 27 N 3/02).

Недостатком этого способа является то, что он, также как и приведенный выше способ, не обеспечивает равномерного обволакивания связующим поверхности древесных компонентов, требует использование пленки и повышенного расхода связующего для обеспечения высоких физико-механических характеристик. Высокое содержание связующего в составе материала изделия приводит к тому, что его свойства и внешний вид становится ближе к пластмассам, чем к дереву.

Задачей настоящего изобретения является создание способа изготовления изделий из композиционных материалов, при котором используют минимальное количество связующего для достижения высоких физико-механических характеристик и свойств, близких к свойствам наполнителя, например при использовании в качестве наполнителя древесных опилок и стружек свойства материала должно быть близкими к свойствам древесины.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления изделий из композиционных материалов, включающем смешивание наполнителя, например древесных опилок или стружек, с термопластичным связующим, нагрев смеси и холодное или горячее формование, согласно изобретению, термопластичное связующее используют в мелкодисперсном состоянии или предварительно измельченном, а перед смешиванием компонентов наполнитель и/или термопластичное связующее подвергают воздействию электростатических полей разной полярности при их хаотическом перемещении, причем, заданное количество термопластичного связующего для обволакивания устанавливают величиной напряженности электростатического поля.

Поиск, проведенный по патентной и научной литературе показал, что заявленная совокупность неизвестна, т.к. она соответствует условиям патентоспособности "новизна".

Поскольку все действия заявленного способа известны, то он соответствует критерию "промышленная применимость".

А так как в результате неочевидным способом реализуется поставленная задача изобретения, то заявленное соответствует условию "изобретательский уровень".

Преимущество предложенного способа заключается в том, что он позволяет изготовить изделие из композиционных материалов со свойствами, близкими к свойствам материала наполнителя, например к древесине, с высокими физико-механическими характеристиками при минимальном количестве связующего и отсутствием токсичных выделений. Предложенный способ позволяет использовать отходы деревообрабатывающей промышленности и производств, использующих термопласты, после их измельчения. Способ дает возможность регулировать количество связующего путем изменения напряженности электростатических полей. Изделия могут быть изготовлены с плоскими и рельефными поверхностями.

Указанные выше преимущества предложенного способа обеспечиваются тем, что, благодаря воздействию электростатических полей разной полярности на связующее и наполнитель последние приобретают электростатические заряды, или поляризуются, что определяет величину адгезии при смешивании наполнителя и связующего. При смешивании частицы связующего равномерно обволакивают поверхности частиц наполнителя за счет сил электростатического притяжения равномерно по всей площади. Это обеспечивает минимально допустимую толщину слоя связующего (клеевой прослойки) на поверхности частиц наполнителя для достижения максимальной адгезионной и когезионной прочности. Количество связующего, обволакивающего частицы наполнителя, определяется адгезией и регулируется величиной напряжения на электродах, создающих электростатическое поле.

Таким образом повышаются физико-механические характеристики получаемых изделий, уменьшается расход связующего до минимально возможного, а это позволяет, в свою очередь, изготовить изделия по своим свойствам, близкими к свойствам наполнителя. В частности, если в качестве наполнителя используются древесные компоненты, например отходы деревообработки в виде стружки, опилок, то можно получить изделия, по внешнему виду и структуре материала близкие к деревянным, но обладающие по сравнению с деревянными рядом положительных характеристик. А именно: они будут менее гигроскопичны, плотность их может быть выше или ниже, чем у дерева, возможно получение негорючих материалов и изделий за счет специальных добавок. Для повышения прочности изделия армируют, например, стекловолокном.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для реализации предложенного способа изготовления изделий, например, древесно-стружечных плит.

Устройство для изготовления древесно-стружечных плит состоит из камеры 1 для электризации древесных компонентов (стружек, опилок), камеры 2 для электризации связующего в мелкодисперсном состоянии, смесителя 3 для смешивания древесных компонентов и связующего, камеры 4 для прогрева смеси и выдачи ее на прессовое оборудование 5.

Камеры 1 и 2 представляют из себя вращающиеся барабаны, внутри которых расположены электроды. Между обечайкой барабана и центральным электродом создается высокая разность потенциалов. Предусмотрено регулирование величины разности потенциалов. Камера 3 выполнена также в виде вращающегося барабана. Это позволяет вести обработку частиц как связующего, так и древесных компонентов при хаотическом перемещении, что позволяет более эффективно создать поляризацию частиц, а поскольку процесс поляризации обладает определенным временем релаксации, то поверхность частиц будет более эффективно обработана, чем это имеет место при поляризации в процессе которой частицы перемещаются в поле равномерным слоем.

В камере 4 нагрев смеси производится по всему объему, например горячим воздухом.

Способ можно осуществить следующим образом. В камеру 1 подаются древесные компоненты в виде стружки или опилок, или их смеси. В камеру 2 подается связующее в мелкодисперсном состоянии. В камерах 1 и 2 частицы указанных компонентов подвергаются воздействию электрических полей разной полярности, например древесные компоненты в камере 1 положительной полярности, а связующее в камере 2 полем отрицательной полярности. Однако, электризации или поляризации может подвергаться только один из компонентов, например, в камере 1 или 2. Это целесообразно в тех случаях, когда термопластичное связующее электризуется или поляризуется при хаотическом перемещении. Электризованные или поляризованные древесные компоненты и связующее подают в смеситель 3 для смешивания. При этом расход связующего определяется только количеством, которое обволакивает поверхности древесных компонентов, а это в свою очередь устанавливается величиной напряженности электростатического поля, которое воздействует на измельченный наполнитель. Из смесителя 3 смесь поступает в камеру 4 для ее прогрева до температуры плавления связующего. При прогреве массы смеси мелкодисперсный порошок связующего плавится и пропитывает древесные компоненты, обеспечивая когезионную прочность.

Прогретую смесь из камеры 4 подают в прессовое оборудование 5 для горячего или холодного формования, или для прокатки между валками.

Если на поверхность матрицы и пуансона прессового оборудования либо на прокатные валки нанесен рельеф, то можно изготавливать рельефные изделия.

Таким образом предложенный способ обеспечивает высокие физико-механические характеристики древесно-стружечных плит, минимально допустимый расход связующего, необходимый для заданного спектра (семейства) свойств изготавливаемых изделий.