металлическая композитная панель

Формула изобретения

Металлическая композитная панель, включающая два поверхностных слоя из металла и внутренний полимерный композиционный слой, отличающаяся тем, что полимерный композиционный слой представляет собой нанокомпозит, полученный в результате модификации полимера бентонитовыми глинами, используемыми в виде глинопорошка фракции менее 0,07 мм, высушенного до остаточной влажности менее 2%, с подачей его в расплав полимера в количестве 5-20 об.%.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к конструкциям панелей типа сэндвич, а именно к металлическим композитным панелям, которые могут применяться в современном промышленном и гражданском строительстве, в частности, для изготовления наружных ограждающих конструкций, противопожарных перегородок, теплоизоляционных и ненесущих конструкций зданий и сооружений (стены, панели, внутренние и внешние перегородки), кровельных покрытий, а также в железнодорожном транспорте и кораблестроении, изготовлении рекламных конструкций и пр.

Известна сэндвич-панель, включающая два поверхностных слоя из металла и центральную часть, набранную из кусков минеральной ваты, составляющих продольные полосы, продольные оси кусков параллельны продольной оси панели, а ориентация волокон в кусках перпендикулярна плоскости поверхностных слоев, торцы кусков смещены продольно по отношению друг к другу, между полосами из кусков минеральной ваты дополнительно введены продольные полосы из заливочного пенопласта, причем они введены последовательно между группами полос минеральной ваты, количество полос минеральной ваты в группе составляет от 1 до 4, при этом крайние полосы панели составлены из кусков минеральной ваты, а ширина полосы заливочного пенопласта составляет (1÷4) от ширины куска минеральной ваты, а длина полос составляет длину панели (RU 2280132 C1, E04C 2/292, 20.07.2006).

Недостатком известной панели является недостаточная технологичность и трудоемкость в изготовлении, поскольку на некоторых этапах изготовления применяется ручной труд, в частности вручную подаются куски минеральной ваты заданной толщины до подающих валков; известная панель не обладает достаточной огнестойкостью.

Известна огнестойкая композитная панель, включающая металлическую (железную) пластину, зажатую с двух сторон основным огнестойким материалом, в качестве которого может быть использована полиэтиленовая композиция, облицованная, в свою очередь, металлическими пластинами (JP 10030290 A, E04B 1/94, 03.02.1998).

К недостаткам данной панели относятся её недостаточная огнестойкость, достаточно большой вес панели, вследствие присутствия дополнительной металлической пластины, что усложняет ее применение в качестве облицовочной. Технология изготовления известной панели из-за наличия в ней многослойности также усложнена.

Наиболее близкой по технической сущности (техническому назначению) является огнестойкая композитная панель (RU 2008149670 A, E04C 2/00, дата публикации заявки: 27.06.2010), включающая два поверхностных слоя из металла и соединяющий центральный слой, представляющий гомогенную фазу на основе полиэтиленовой композиции, наполненной полыми микросферами золы-уноса, полученными от сжигания углей, отличающаяся тем, что внутренние полости микросфер заполнены антипиреном.

Данная панель обладает достаточно высокой огнестойкостью, но при этом производство таких панелей связано со значительными затратами, в частности, на выделение из золы-уноса фракции полых микросфер, что существенно сказывается и на стоимости панели.

Задачей настоящего изобретения является снижение стоимости производства металлической композитной панели, с сохранением при этом ее потребительских и эксплуатационных качеств, в частности высокой огнестойкости.

Настоящая задача решается тем, что в металлической композитной панели, включающей два поверхностных слоя из металла и внутренний полимерный композиционный слой, согласно заявляемому изобретению полимерный композиционный слой представляет собой нанокомпозит, полученный в результате модификации полимера бентонитовыми глинами, используемыми в виде глинопорошка фракции менее 0.07 мм, высушенного до остаточной влажности менее 2%, с подачей его в расплав полимера в количестве 5-20 об.%.

Бентонитовые глины могут быть модифицированы антипиренами, в частности полифосфатом аммония и/или пентаэритритом.

Поверхностные металлические слои могут быть представлены алюминиевыми листами.

Поверхностные металлические слои могут быть представлены стальными листами.

Наружная поверхность одного из металлических слоев, являющегося наружным, может содержать грунтовый слой и полимерное покрытие (PVDF).

Наружная поверхность одного из металлических слоев, являющегося наружным, может содержать грунтовый слой и полимерное покрытие Nano PVDF.

Наружная поверхность одного из металлических слоев, являющегося наружным, может содержать грунтовый слой и полимерное покрытие РЕ.

Наружная поверхность тыльной стороны панели может быть выполнена со слоем антикоррозийного покрытия.

Металлическая композитная панель может быть выполнена плоской формы.

Металлическая композитная панель может быть выполнена с отгибами в форме кассеты.

Отличительными от ближайшего аналога признаками являются следующие:

- внутренний полимерный композиционный слой металлической композитной панели представляет собой нанокомпозит;

- нанокомпозит внутреннего полимерного композиционного слоя металлической композитной панели представляет собой модифицированный бентонитовыми глинами полимер;

- использование бентонитовых глин в виде глинопорошка фракции менее 0.07 мм, высушенного до остаточной влажности менее 2%, с подачей его в расплав полимера в количестве 5-20 об.%.

Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения и заключающийся в снижении стоимости изготовления металлических композитных панелей, при сохранении их высоких потребительских и эксплуатационных характеристик, в частности огнестойкости, достигается за счет того, что используемые во внутреннем полимерном композиционном слое слоистые силикаты, а именно бентонитовые глины, представляющие собой природные материалы с толщиной слоев около 1 нм, длина и ширина которых варьируется от 30 нм до нескольких микрон, имеют широкое распространение и большие объемы залежей, вследствие чего исходный материал, используемый в конструктивных элементах панелей, является достаточно легкодоступным и сравнительно недорогим.

Изобретение поясняется чертежом, на фигуре показан фрагмент структуры металлической композитной панели, с отображением возможных составляющих панель слоев.

Позициями на чертеже отмечены: 1 - защитная пленка, 2 - эмаль PVDF; 3 - грунтовка PVDF; 4 - металлический лист; 5 - термополимерный клей: 6 - полимерный композиционный слой; 7 - термополимерный клей; 8 - металлический лист; 9 - антикоррозийное покрытие.

Металлическая композитная панель состоит из двух металлических (алюминиевых или стальных листов 4, между которыми расположен композиционный полимерный слой 6, соединенный с металлическими листами термополимерным клеем 5. Наружная поверхность одного из металлических листов, являющегося наружным, может быть выполнена с грунтовкой PVDF 3, покрытой эмалью PVDF 2. Наружный слой окрашенного металлического листа может быть снабжен защитной пленкой 1. Тыльная сторона панели покрыта грунтом или антикоррозийным покрытием 7.

Панель может быть выполнена плоской формы или с отгибами по периметру кассетного типа.

Особую роль в долговечности и прочности фасадов играет эмаль, используемая при окраске композитных панелей - покрытия PVDF и Nano PVDF обладают не только повышенной стойкостью к внешним воздействиям (к кислотам и щелочам, к воздействию климатических факторов, к истиранию), но и способностью к самоочищению.

Металлические композитные панели в производственных условиях изготавливают на автоматизированных линиях по экструзионной технологии.

Для получения полимерного композиционного слоя используют преимущественно метод интеркалирования в расплаве, основанный на смешении расплавленного полимера со слоистыми силикатами, в частности бентонитовыми глинами. При этом полимеры проникают в межполостные пространства силикатного материала, образуя интеркалированный нанокомпозит.

При разработке технологических решений производства металлических композитных панелей фирмой-заявителем для изготовления внутреннего нанокомпозитного слоя в качестве слоистых силикатов были выбраны и использовались бентонитовые глины производства ОАО «Хакасский бентонит», имеющие следующие минеральный состав: монтмориллонит - 70-72; гидрослюда - 1-2; каолинит - 7-8; кварц - 7-8; щелочной полевой шпат - 6-7; слюда - 4-5; кальцит - 1-2 и химический состав, мас.%: SiO ₂ - 60.5; TiO₂ - 0.11; Al₂O₃ - 16.25; Fe₂O₃ - 1.70; FeO - 0.75; MgO - 2.38, MnO - 0.03; CaO - 1.75; Na₂O - 0.77; K ₂O - 1.01. Использовали глинопорошок фракции менее 0.07 мм, высушенный до остаточной влажности менее 2%.

Опытные образцы полимерного композита, модифицированного бентонитовыми глинами с различным содержанием модификатора, изготавливали следующим образом. Смешивание проводили в обогреваемом экструдере объемом 250 см³. Экструдер разогревали до температуры 200°C, после чего засыпали в него гранулы полимера и перемешивали. После полного расплавления полимерного материала в него добавляли глинопорошок в количестве 5-20 об.%. Смесь интенсивно перемешивали при температуре расплава 210-225°C. Затем открывали выходное отверстие экструдера, выдавливали полученную смесь, из которой на ручном прессе формовали пластины (толщина 3 мм, ширина 24 мм, длина до 100 мм). Результаты электронной микроскопии показали равномерное распределение глины в полученном композите.

При изготовлении использовалась как исходная бентонитовая глина, так и глина, модифицированная антипиренами (полифосфат аммония, пентаэритрит). Содержание антипирена составляло от 3 до 10%.

С использованием полученных, модифицированных полимерных нанокомпозитов была изготовлена опытная партия металлических композитных панелей (алюминиевых и стальных). Для изготовления использовалась эксплуатируемая в настоящее время промышленная линия производства фирмы-заявителя - компании «Краспан».

Предварительная оценка горючести, определяемая по времени воспламенения и скорости горения, показала следующее.

Воспламенение образцов, модифицированных бентонитовой глиной в количестве от 5 до 15%, происходило с задержкой на 5-7 секунд по сравнению с контрольным образцом (результаты приведены в таблице). Образование горящих капель не наблюдалось.

В образцах с добавлением антипиренов (полифосфат аммония, пентаэритрит) наблюдалось снижение времени воспламеняемости по сравнению с образцами, имеющими в составе нанокомпозита только бентонитовую глину (сравнение образцов № 1 и № 5)

Результаты термогравиметрического анализа показали, что добавление бентонитовой глины приводит к смещению кривой потери массы в высокотемпературную область.

Образование полимерных нанокомпозитов при введении слоистых силикатов в полимеры приводит к увеличению термостабильности и снижению горючести.

Механизм снижения горючести при введении слоистых силикатов в полимер состоит в следующем: добавки слоистых силикатов способствуют окислительной карбонизации при пиролизе и горении полимера, при этом формируются углерод-силикатные слои в его структуре. Такие слои изолируют полимер от источника тепла и образуют барьер, уменьшающий выделение летучих продуктов разложения полимера в зону горения.

Высокая огнестойкость металлических композитных панелей обусловлена как за счет присутствия в конструкции панели наружных металлических слоев, так и за счет внутреннего полимерного нанокомпозитного слоя, имеющего низкую горючесть.

Таким образом, заявленные металлические композитные панели с использованием в качестве полимерного композиционного слоя, нанокомпозита, полученного в результате модификации полимера бентонитовыми глинами, являющимися широкодоступным природным материалом, являются менее дорогими, чем панели по прототипу, при этом обладают высокой огнестойкостью.

Таблица
Сравнительная горючесть нанокомпозита
Образец	Время воспламенения, секунд
Контрольный (полимер без глины)	11
М1 (5% бентонитовой глины)	15
М2 (7% бентонитовой глины)	16
М3 (10% бентонитовой глины)	18
М4 (15% бентонитовой глины)	18
М5 (5% бентонитовой глины + 5% полифосфата аммония)	17