арматурный элемент

Формула изобретения

Арматурный элемент, содержащий волокнистый наполнитель, пропитанный полимерным связующим, отличающийся тем, что в качестве волокнистого наполнителя использован базальтовый или стеклянный ровинг, а в качестве полимерного связующего использована полиуретановая или эпоксидная смола с добавлением органической наноглины, модифицированной солью четвертичного аммония.

Описание изобретения к патенту

Изобретение может быть использовано, в частности, для армирования бетона, в качестве стержня шахтной крепи, сетки для армирования дорожного полотна и пр. и относится арматурному элементу.

Известен композиционный материал для труб с улучшенной теплостойкостью, получаемый посредством введения в него смесей оксидов (оксид алюминия, оксид титана) - патент РФ № 2206582, С08J 5/24, опубл. 20.06.2003 г. Недостатком является то, что микронный размер частиц оксидов металлов не позволяет достичь требуемого уровня теплостойкости. К тому же теплостойкость является единственным параметром, который можно улучшить посредством введения смеси оксидов.

Известна также заявка Великобритании № 2456484, F01D 5/28, опубл. 22.07.2009. В ней описан армированный стекловолокном материал, который используется для изготовления лопаток ветряных турбин. В качестве полимерного связующего композита используется эпоксидный компаунд с добавлением наноглины. При этом улучшаются барьерные свойства лопаток, обеспечивая хорошую защиту от влаги. Однако эти композиты не обеспечивают должной теплостойкости и огнестойкости.

Наиболее близким аналогом-прототипом является стержень для армирования бетона (патент РФ № 2220049, B32B 17/04, E04C 5/07, опубл. 17.12.2003), в котором стержень получают пропиткой стекловолокнистого ровинга полимерным связующим на основе эпоксидной диановой смолы, содержащим изометилтетрагидрофталевый ангидрид (ИЗТГФА) в качестве отвердителя и триэтаноламин в качестве ускорителя отверждения. Однако данное связующее не обладает высокими барьерными свойствами и достаточными физико-механическими характеристиками, в частности, имеет низкий кислородный индекс (Ки) - меньше 20, низкую температуру стеклования - 120°С градусов, что не позволяет производить изделия с высокой химической стойкостью и огнетермоустойчивостью.

Техническим результатом данного изобретения является повышение химической стойкости, огнестойкости, теплостойкости, а также прочности на изгиб арматурного элемента. Параметрами, определяющими огнестойкость, является кислородный индекс, а теплостойкость - температура стеклования.

Технический результат достигается тем, что в арматурном элементе, содержащем волокнистый наполнитель, пропитанный полимерным связующим, в качестве волокнистого наполнителя использован базальтовый или стеклянный ровинг, а в качестве полимерного связующего - полиуретановая или эпоксидная смола с добавлением органической наноглины, модифицированной солью четвертичного аммония.

Органическая наноглина представляет собой природный алюмосиликат с органическими длинноцепочечными катионами (см. Ю.А.Михайлина. «Конструкционные полимерные композиционные материалы», Изд-во НОТ - Научные основы и технологии, Санкт-Петербург, 2008, с.586-587).

Арматурный элемент изготавливают известным методом пултрузии (см. «Справочник по композиционным материалам», т.2, Москва: Машиностроение, 1988 г. стр.239) путем протягивания волокнистого наполнителя, например, базальтового или стеклянного ровинга, через ванну с органической термореактивной смолой (например, полиуретановой или эпоксидной). Избыток смолы удаляется путем протягивания через фильеру с последующим отверждением полученного профиля в термопечах.

Термореактивную смолу готовят путем смешивания компонентов (в частности, эпоксидной смолы и изометилтетрагидрофталевого ангидрида), причем в один из компонентов посредством известной технологии - ультразвукового диспергирования - (Воюцкий С.С. «Курс коллоидной химии», изд. Химия, Москва, 1975 г. ст.251) вводится модификатор, например органическая наноглина, модифицированная солью четвертичного аммония. Наночастицы имеют чешуйчатую структуру размером от 100 до 1000 нм и толщиной 1 нм.

Примеры состава заявляемого арматурного элемента приведены в таблице 1.

Таблица 1
№	Состав	Содержание компонентов мас.%	Прочность на изгиб, МПа	Химическая стойкость	Кислородный индекс, %	Темпера тура стеклования, °С
1.	Базальтовый ровинг	60-70	1150	Высокая	50	145
Эпоксидная смола	10-20
	Изометилтетра гидрофталевый ангидрид	10-20
Cloisite 10A*	1-5
	Базальтовый ровинг	60-70
2.	Полиуретановая смола	30-40	1300	Высокая	50	200
	Cloisite 15A*	1-5
	Стеклянный ровинг	60-70
Эпоксидная смола	10-20
3.	Изотетрагидро фталевый ангидрид	10-20	1150	Средняя	50	145
	Cloisite 20А*	1-5
	Стеклянный ровинг	60-70
4.	Полиуретановая смола	30-40	1200	Средняя	50	200
	Cloisite 30В*	1-5
* Торговая марка наноглины фирмы «Southern Clay» (США).

Для определения конкурентных преимуществ композитного армирующего элемента проведем сравнение с армирующим элементом компании Shoeck (таблица 2).

Таблица 2
Наименование	Прочность на изгиб, МПа	Химическая стойкость	Кислородный индекс, %	Температура стеклования, °С
Композитный армирующий элемент фирмы Shoeck	1000	Средняя	30	120
Композитный армирующий элемент (на основе эпоксидной смолы)	1150	Высокая	50	145

Из таблицы 2 видно, что увеличение прочности на изгиб составляет 11,5%, также увеличена химическая стойкость, а также такие параметры, как теплостойкость и огнестойкость. Все вышеперечисленное позволяет существенно расширить область применения арматурного элемента.

Проведенные испытания показали, что арматурные элементы, выполненные по приведенной выше технологии, значительно превосходят используемые в настоящее время для тех же целей арматурные элементы по химической стойкости, огнетеплостойкости, включая повышение температуры стеклования, кислородного индекса и механической прочности.