шихта для изготовления низкоплотного материала для защиты приборов от механических воздействий и способ изготовления низкоплотного материала для защиты приборов от механических воздействий

Формула изобретения

1. Шихта для изготовления низкоплотного материала для защиты приборов от механических воздействий на основе полых микросфер, содержащая терморасширяющиеся полимерные микросферы, содержащие вспенивающий реагент и имеющие начальную температуру размягчения 75-116°С и максимальную температуру размягчения до 200°С, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полые микросферы	50-90
указанные терморасширяющиеся полимерные микросферы	10-50

2. Способ изготовления низкоплотного материала для защиты приборов от механических воздействий на основе полых микросфер, заключающийся в перемешивании исходных компонентов в требуемом соотношении с последующим формованием и охлаждением, при этом в качестве исходных компонентов используют смесь полых микросфер и терморасширяющихся полимерных микросфер, содержащих вспенивающий реагент и имеющих начальную температуру размягчения 75-116°С и максимальную температуру размягчения до 200°С, при соотношении 50-90 и 10-50 мас.% соответственно, а формование ведут при температуре 80-200°С, при этом нагрев до температуры формования осуществляют со скоростью 1-4°С/мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области создания низкоплотных материалов и может быть использовано, например, в устройствах для защиты объектов от механических воздействий, дополнительной фиксации объектов в приборах и уменьшения веса приборов.

В качестве аналога рассматривается шихта для изготовления низкоплотного материала (патент РФ № 2229486, МПК⁷ С08J 9/32, опубликованный 27.05.2004). В состав этой шихты входят следующие компоненты, мас.%:

Термопластичный полиуретан	90-95
Терморасширяющиеся микросферы	1-5
Пенообразователь	1-5

Компоненты шихты смешивают, пересыпают в форму для получения образцов и перерабатывают в литьевой машине при температуре 150-175°С. Полученный таким способом материал имеет плотность 0,35-0,8 г/см³.

К недостаткам этого аналога следует отнести достаточно высокую плотность материала, получаемого из заявленной шихты.

Известна шихта для изготовления низкоплотного материала (патент РФ № 2213071, МПК⁷ С04В 28/34, опубликованный 27.09.2003). Шихта имеет следующий состав, мас.%:

Полые микросферы	50-80
Электрокорунд	10-25
Фосфатное связующее	10-25

Способ получения изделия из такого состава включает дозировку, смешение исходных компонентов, формование смеси и отверждение при температуре 250-300°С. Этот материал имеет плотность 0,25-0,5 г/см ³ и применяется для защиты экранов авиационных двигателей, предназначенных для снижения шума на местности. Вышеуказанный источник является наиболее близким к заявляемому техническому решению и поэтому выбран в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является высокая плотность получаемого материала (не менее 0,25 г/см³) и достаточно высокая температура формования материала (250-300°С).

Задачей настоящего изобретения является снижение плотности получаемого материала и упрощение способа изготовления материала из заявляемой шихты за счет снижения температуры ее переработки.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в следующем:

1. Предлагаемая шихта позволяет получить низкоплотный материал (плотность 0,1-0,25 г/см³)

2. Упрощается способ изготовления низкоплотного материала за счет снижения температуры формования (80-200°С) и отсутствия в шихте органического связующего.

3. Материал, полученный из заявляемой шихты, используемый для фиксации изделий в приборах и уменьшения веса приборов, при необходимости легко удаляется из внутренней полости прибора без повреждения изделий при повторном заполнении прибора.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что шихта для изготовления низкоплотного материала для защиты приборов от механических воздействий на основе полых микросфер согласно изобретению дополнительно содержит терморасширяющиеся полимерные микросферы, содержащие вспенивающий реагент и имеющие начальную температуру размягчения 75-116°C и максимальную температуру размягчения до 200°С, при следующем соотношении компонентов, %:

Полые микросферы	50-90
Указанные терморасширяющиеся микросферы	10-50

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются также тем, что способ изготовления низкоплотного материала для защиты приборов от механических воздействий на основе полых микросфер, заключающийся в перемешивании исходных компонентов в требуемом соотношении, формовании и охлаждении, согласно изобретению в качестве исходных компонентов используют смесь полых микросфер и терморасширяющихся полимерных микросфер, содержащих вспенивающий реагент и имеющих начальную температуру размягчения 75-116°С и максимальную температуру размягчения до 200°С, взятых в соотношении (мас.%) 50-90 и 10-50 соответственно. Формование ведут при температуре, ниже температуры плавления оболочки эластичных микросфер, а именно, 80-200°С. Нагрев до температуры формования ведут со скоростью 1-4°С/мин.

Полые микросферы могут быть выполнены из органического и неорганического материала, например из вулканического стекла, из зол-уноса электростанций, полистирольные, из сополимера полиакрилонитрила и полиметакрилонитрила и другие. В качестве терморасширяющихся полимерных микросфер могут быть использованы термически раздуваемые полимерные микросферы, содержащие вспенивающий реагент и имеющие начальную температуру размягчения 75-116°С и максимальную температуру размягчения до 200°С. Терморасширяющиеся полимерные микросферы могут быть изготовлены, например, из сополимера полиакрилонитрила и полиметакрилонитрила с использованием изопентана в качестве вспенивающего реагента или сополимера винилиденхлорида и акрилонитрила с использованием изобутана в качестве вспенивающего реагента, со средним диаметром частиц 10-15 мкм. Эти терморасширяющиеся полимерные микросферы имеют разную начальную и максимальную температуры размягчения в зависимости от соотношения мономеров в сополимере. Например, если для изготовления полимерных микросфер используют сополимеры с метакрилонитрилом, то чем выше содержание метакрилонитрила в сополимере, тем выше температура вспенивания микросфер.

Терморасширяющиеся полимерные микросферы могут быть изготовлены следующим способом. Полимеризующаяся смесь, состоящая из пенящего вещества, полимеризующегося мономера и сшивающего мономера, и водная дисперсная среда подаются в устройство дозаторного типа, предназначенное для перемешивания и диспергирования, где они взбалтываются и перемешиваются в непрерывном режиме. В результате получают микроскопические капли полимеризующей смеси. Полученная смесь подается в камеру, в которой осуществляется процесс суспензионной полимеризации. Полученный продукт отфильтровывают и промывают водой, затем высушивают и получают терморасширяющиеся микросферы. Такой метод получения терморасширяющихся полимерных микросфер описан в патенте ЕР 1288272, публ. 5.03.2003.

Авторами экспериментально установлено, что использование полых микросфер в сочетании с терморасширяющимися микросферами при заданном соотношении позволяет значительно снизить плотность получаемых изделий.

Данный эффект достигается за счет того, что при нагревании шихты вспенивающий реагент, заполняющий эластичную микросферу, начинает испаряться, образуя газ. Вещество микросферы размягчается. Газ раздувает микросферу, и ее диаметр увеличивается в 3,5-4 раза. В результате объем микросфер после раздувания увеличивается в 30-50 раз, и плотность микросфер резко уменьшается и не превышает 0,03 г/см³. Присутствие терморасширяющихся микросфер позволяет упростить способ получения низкоплотного материала за счет снижения температуры формования и отсутствия в шихте органического связующего повышенной плотности. Температура размягчения микросфер не более 200°С. Монолитные образцы получают за счет того, что при нагревании терморасширяющиеся микросферы, обладая эластичными свойствами, выполняют функцию связующего и плотно заполняют промежутки между полыми органическими и/или неорганическим микросферами. Терморасширяющиеся микросферы имеют высокую адгезию к поверхности полых микросфер и между собой.

Чтобы получить материал с плотностью 0,1-0,25 г/см ³, задается объем шихты и исходя из плотности каждого компонента рассчитывается количество граммов каждого компонента в заданном объеме шихты.

Примеры осуществления.

Пример 1

Для приготовления низкоплотного материала использованы полые алюмосиликатные микросферы (из вулканического стекла) и терморасширяющиеся микросферы, представляющие собой сополимер полиакрилонитрила с полиметакрилонитрилом с использованием изопентана в качестве вспенивающего реагента. Были использованы терморасширяющиеся микросферы с начальной температурой размягчения 116°С, максимальной температурой размягчения 200°С. Насыпная плотность полых алюмосиликатных микросфер 0,14 г/см ³ и плотность терморасширяющихся микросфер 0,47 г/см ³. Объем шихты для получения низкоплотного материала 100 см³. Для приготовления материала смешивают 12 г полых алюмосиликатных микросфер и 5 г терморасширяющихся микросфер, что соответствует 90% полых алюмосиликатных микросфер и 10% терморасширяющихся микросфер. После этого компоненты перемешивают в смесителе в течение 4-5 часов. Затем смесь помещают в форму для изготовления образцов и нагревают до температуры 150°С со скоростью 2-3°С/мин, выдерживают при этой температуре 60 минут для того, чтобы прогреть шихту и получить однородный по всему объему материал. Затем материал охлаждают в свободном режиме. После охлаждения полученные образцы можно извлекать из формы.

В приведенном примере получают материал с плотностью 0,13 г/см.

Пример 2

Для приготовления низкоплотного материала использованы полые алюмосиликатные микросферы (из вулканического стекла) и терморасширяющиеся микросферы, представляющие собой сополимер полиакрилонитрила с полиметакрилонитрилом с использованием изопентана в качестве вспенивающего реагента. Были использованы терморасширяющиеся микросферы с начальной температурой размягчения 75°С, максимальной температурой размягчения 125°С. Насыпная плотность полых алюмосиликатных микросфер 0,14 г/см³ и плотность терморасширяющихся микросфер 0,45 г/см³. Объем шихты для получения низкоплотного материала 100 см³. Для приготовления материала смешивают 10 г полых алюмосиликатных микросфер и 14 г терморасширяющихся микросфер, что соответствует 70% полых алюмосиликатных микросфер и 30% терморасширяющихся микросфер. После этого компоненты перемешивают в смесителе в течение 4-5 часов. Затем смесь помещают в форму для изготовления образцов и нагревают до температуры 80°С со скоростью 1,5-2°С/мин, выдерживают при этой температуре 120 минут для того, чтобы прогреть шихту и получить однородный по всему объему материал. Затем материал охлаждают в свободном режиме. После охлаждения полученные образцы можно извлекать из формы.

В приведенном примере получают материал с плотностью 0,15 г/см³.

Пример 3

Для приготовления низкоплотного материала использованы полые полистироловые микросферы и терморасширяющиеся микросферы, представляющие собой сополимер полиакрилонитрила с полиметакрилонитрилом с использованием изопентана в качестве вспенивающего реагента. Были использованы терморасширяющиеся микросферы с начальной температурой размягчения 75°С, максимальной температурой размягчения 125°С. Насыпная плотность полых полистироловых микросфер 0,1 г/см³ и плотность терморасширяющихся микросфер 0,45 г/см³. Объем шихты для получения низкоплотного материала 100 см³. Для приготовления материала смешивают 9 г полых полистироловых микросфер и 8 г терморасширяющихся микросфер, что соответствует 80% полых полистироловых и 20% терморасширяющихся микросфер. После этого компоненты перемешивают в смесителе в течение 4-5 часов. Затем смесь помещают в форму для изготовления образцов и нагревают до температуры 80°С со скоростью 1,5-2°С/мин, выдерживают при этой температуре 120 минут и затем охлаждают в свободном режиме. После охлаждения полученные образцы можно извлекать из формы.

В приведенном примере получают материал с плотностью 0,1 г/см³.

Пример 4

Для приготовления низкоплотного материала использованы полые алюмосиликатные микросферы (из вулканического стекла) и терморасширяющиеся микросферы, представляющие собой сополимер винилиденхлорида и акрилонитрила, с использованием изобутана в качестве вспенивающего реагента. Были использованы терморасширяющиеся микросферы с начальной температурой размягчения 80°С, максимальной температурой размягчения 140°С. Насыпная плотность полых алюмосиликатных микросфер 0,09 г/см³ и плотность терморасширяющихся микросфер 0,35 г/см³. Объем шихты для получения низкоплотного материала 100 см³. Для приготовления материала смешивают 7,2 г полых алюмосиликатных микросфер и 7 г терморасширяющихся микросфер, что соответствует 80% полых алюмосиликатных и 20% терморасширяющихся микросфер. После этого компоненты перемешивают в смесителе в течение 4-5 часов. Затем смесь помещают в форму для изготовления образцов и нагревают до температуры 80°С со скоростью 1,5-2°С/мин, выдерживают при этой температуре 180 минут и затем охлаждают в свободном режиме. После охлаждения полученные образцы можно извлекать из формы.

В приведенном примере получают материал с плотностью 0,18 г/см ³.

Аналогично был изготовлен низкоплотный материал из шихты с использованием в качестве полых микросфер из вулканического стекла, из зол-уноса электростанций, из сополимера полиакрилонитрила с полиметакрилонитрилом, а в качестве терморасширяющихся микросфер использовали микросферы из сополимера полиакрилонитрила и полиметакрилонитрила с использованием изопентана в качестве вспенивающего реагента или сополимера винилиденхлорида и акрилонитрила с использованием изобутана в качестве вспенивающего реагента с различным заявляемым соотношением компонентов. Экспериментальные данные приведены в таблице.

Согласно полученным экспериментальным данным, приведенным в таблице, в зависимости от соотношения полых (из вулканического стекла, из зол-уноса электростанций, полистирольные, из сополимера полиакрилонитрила и полиметакрилонитрила) микросфер и терморасширяющихся (сополимер полиакрилонитрила и полиметакрилонитрила, с использованием изопентана в качестве вспенивающего реагента, сополимер винилиденхлорида и акрилонитрила, с использованием изобутана в качестве вспенивающего реагента) микросфер и температуры формования получают материал с плотностью 0,1-0,25 г/см, что позволяет его широко использовать в технике и приборостроении в качестве материала для фиксации и защиты приборов от механических воздействий.