изоляционное покрытие металлической проволоки

Формула изобретения

1. Изоляционное покрытие металлической проволоки, содержащее функциональный слой из наноструктурированного композиционного материала на основе полиэтилена, содержащего дисперсно-распределенные в полиэтиленовой матрице частицы монтмориллонита, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит адгезионный подслой из термопластичного клея, размещенный под функциональным слоем, при этом композиционный материал функционального слоя покрытия содержит 0,1-2 мас.% монтмориллонита.

2. Покрытие по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит цинковый слой, размещенный между поверхностью проволоки и адгезионным подслоем.

3. Покрытие по п.1, отличающееся тем, что термопластичный клей адгезионного подслоя включает этиленвинилацетат, парафиновый воск и эфирканифоль.

4. Покрытие по п.3, отличающееся тем, что термопластичный клей дополнительно содержит минеральный наполнитель и антиоксидант.

5. Покрытие по п.1, отличающееся тем, что в функциональном слое использован органомодифицированный монтмориллонит.

6. Покрытие по п.1, отличающееся тем, что частицы монтмориллонита имеют пластинчатую форму, при этом длина пластинок составляет 100-200 нм, а толщина 2-6 нм.

7. Покрытие по п.1, отличающееся тем, что композиционный материал функционального слоя дополнительно содержит по меньшей мере один из компонентов, выбранных из группы: антиоксиданты, термостабилизаторы, светостабилизаторы и красители.

8. Покрытие по п.7, отличающееся тем, что в качестве антиоксидантов использованы фенольные смолы.

9. Покрытие по п.7, отличающееся тем, что в качестве термостабилизаторов использованы фосфиты.

10. Покрытие по п.7, отличающееся тем, что в качестве светостабилизаторов использованы затрудненные амины.

11. Покрытие по п.7, отличающееся тем, что в качестве красителей использованы оксиды металлов или сажа.

12. Покрытие по п.1, отличающееся тем, что толщина адгезионного слоя покрытия составляет менее 1/10 от толщины функционального слоя, при этом общая толщина покрытия составляет не менее 0,5 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к изоляционным покрытиям, наносимым на металлическую проволоку, и может быть использовано для покрытия проволок, предназначенных для изготовления сетчатых конструкций, например габионов.

Изделия, выполненные из металлической проволоки, нередко подвергаются механическому (абразивному), температурному, коррозионному и др. внешним воздействиям. Чтобы защитить проволоку от внешних воздействий, на нее наносят изоляционное покрытие.

Из уровня техники известно изоляционное покрытие для проволок, выполненное из ПВХ (см., например, ТУ 1275-001-42873191-2009). Однако указанное покрытие не обеспечивает проволоке необходимых физико-механических свойств, требуемых для ее долговечного использования. ПВХ со временем разлагается, что приводит к разрушению покрытия, а также негативному воздействию на внешнюю среду. Агрессивные составляющие продуктов разложения (сложные хлориды) могут вступать в реакцию с контактирующими средами (воздух, вода, почва, скальные породы), образуя кислотные соединения, способствующие дальнейшему разрушению покрытия.

Из уровня техники известно покрытие, выполненное из полимерного композита, с матрицей из полиэтилена и дисперсно-распределенными в матрице частицами монтмориллонита (ММТ) (см. Материалы конференции «P2 Trough nanotechnology» - «Polymer-clay nanocomposites - better plastics», Nanocor, 25-26.09.2009 - прототип). Недостатком данного покрытия является низкий уровень адгезии его материала к металлу проволоки. Соответственно, в таком покрытии могут возникать отслаивания, морщины и растрескивания, что снизит уровень физико-механических свойств самого покрытия и, соответственно, проволоки.

Таким образом, желательно, чтобы покрытие металлической проволоки обладало следующими свойствами:

- высокой стойкостью к растрескиванию,

- высокой устойчивостью к агрессивным средам,

- высокой термостойкостью,

- высокой морозостойкостью,

- высокой адгезией к металлу проволоки,

- высокой износо- и абразивостойкостью,

- по возможности, высокой стойкостью к воздействию УФ излучения.

Задачей заявленного изобретения является обеспечение требуемого уровня указанных свойств.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении физико-механических свойств изоляционного покрытия и проволоки.

Указанный технический результат заявленного изобретения достигается за счет того, что изоляционное покрытие металлической проволоки содержит функциональный слой из наноструктурированного композиционного материала на основе полиэтилена, содержащего дисперсно-распределенные в полиэтиленовой матрице частицы монтмориллонита, при этом оно дополнительно содержит адгезионный подслой из термопластичного клея, размещенный под функциональным слоем, причем композиционный материал функционального слоя покрытия содержит 0,1-2 мас.% монтмориллонита.

Кроме того, указанный технический результат достигается в частных случаях реализации изобретения за счет того, что:

- покрытие дополнительно содержит цинковый слой, размещенный между поверхностью проволоки и адгезионным подслоем,

- термопластичный клей адгезионного подслоя включает этиленвинилацетат, парафиновый воск и эфирканифоль,

- термопластичный клей дополнительно содержит минеральный наполнитель и антиоксидант,

- в функциональном слое использован органомодифицированный монтмориллонит,

- частицы монтмориллонита имеют пластинчатую форму, при этом длина пластинок составляет 100-200 нм, а толщина 2-6 нм,

- композиционный материал функционального слоя дополнительно содержит по меньшей мере один из компонентов, выбранных группы: антиоксиданты, термостабилизаторы, светостабилизаторы и красители,

- в качестве антиоксидантов использованы фенольные смолы,

- в качестве термостабилизаторов использованы фосфиты,

- в качестве светостабилизаторов использованы затрудненные амины,

- в качестве красителей использованы оксиды металлов или сажа,

- толщина адгезионного слоя покрытия составляет менее 1/10 от толщины функционального слоя, при этом общая толщина покрытия составляет не менее 0,5 мм.

Заявленное покрытие, в отличие от известного аналога, имеет дополнительный подслой из термопластичного клея, повышающий адгезию покрытия к металлической проволоке и, соответственно, препятствующий его отслаиванию и повреждению в результате механических и других воздействий. При этом полимерный композиционный материал функционального слоя покрытия заявленной проволоки содержит 0,1-2 мас.% монтмориллонита. Авторами изобретения было установлено, что указанное содержание монтмориллонита обеспечивает изоляционному покрытию оптимальное сочетание физико-механических свойств.

Заявленное покрытие предназначено для нанесения на любые металлические проволоки, например проволоки из углеродистой стали.

Покрытие содержит нанесенные на проволоку адгезионный подслой и функциональный слой.

При этом оно может включать дополнительный цинковый слой плотностью 270 г/м², нанесенный непосредственно на поверхность проволоки (размещенный перед адгезионным подслоем).

Адгезионный подслой покрытия выполнен из термопластичного клея (клея-расплава). Выбор данного материала обусловлен тем, что термопластичный клей способен многократно переходить в расплав при нагревании и застывать при охлаждении, при этом он хорошо заполняет пустоты, имеет малую усадку и высокую механическую прочность. Термопластичный клей адгезионного подслоя может включать следующие основные компоненты:

этиленвинилацетат, парафиновый воск и эфирканифоль;

аморфный полиальфаолефин (АПАО), полиизобутилен (каучук) и нефтеполимерная смола,

малиинизированный модифицированный полиэтиленовый воск, парафиновый воск, нефтеполимерная смола и этиленвинилацетат;

малиинизированный модифицированный полиэтиленовый воск, парафиновый воск, нефтеполимерная смола и полиолефиновый эластомер.

Кроме того, термопластичный клей адгезионного подслоя может дополнительно включать минеральный наполнитель и антиоксидант.

Функциональный слой покрытия выполнен из наноструктурированного бимодального полимерного материала на основе полиэтилена (матрица), содержащего дисперсно-распределенные в матрице частицы монтмориллонита (0,1-2 мас.%). Монтмориллонит (ММТ или «наноглина») представляет собой алюмосиликат, имеющий слоистую структуру. Предпочтительно, чтобы в композиционном материале покрытия ММТ имел пластинчатую форму частиц, с размерами: длина - 100-200 нм, толщина - 2-6 нм. Данные частицы монтмориллонита образуют наноструктуру, обеспечивающую структурирование полимера (полиэтилена) в момент кристаллизации (эффект нуклеации), что повышает физико-механические свойства материала (прочность, модуль упругости, морозостойкость), и придают материалу барьерные свойства (снижается газо- и паропроницаемость), что увеличивает коррозионную стойкость материала.

Также предпочтительно использовать органомодифицированный монтмориллонит. Для модификации могут быть использованы, например, четвертичные аммониевые соли. Кроме того, наноструктурированный композиционный материал функционального слоя может дополнительно содержать один или несколько следующих компонентов: антиоксиданты (например, фенольные смолы), термостабилизаторы (например, фосфиты), светостабилизаторы (например, затрудненные амины), эластомеры, наполнители (например, мел), красители (неорганические оксиды металлов, например TiO ₂ или сажа). Также материал функционального слоя может дополнительно включать функциональный полиолефин, повышающий адгезию полимерного композита к материалу адгезионного слоя.

Толщина слоев покрытия предпочтительно выбирается таким образом, чтобы толщина адгезионного подслоя составляла менее 1/10 от толщины функционального слоя, а общая толщина покрытия составляла не менее 0,5 мм.

Заявленное покрытие наносят путем протягивания металлической проволоки через ванну с нагретым термопластичным клеем. Затем проволоку нагревают до температуры размягчения клея и наносят функциональный слой путем экструзии полимерного композиционного материала с использованием экструзионной головки.

Пример 1

Покрытие для стальной проволоки диаметром 2,7 мм, содержащее:

1) Цинковый слой плотностью 270 г/м²

2) Адгезионный подслой:

Термопластичный клей, содержащий следующие компоненты, мас.%:

- этиленвинилацетат 20-25,

- парафиновый воск 20-30,

- эфирканифоли 30-40,

- минеральный наполнитель 10-30,

- антиоксидант 0,5-1,0.

Толщина подслоя 0,05-0,12 мм.

3) Функциональный слой:

Наноструктурированный композиционный материал на основе полиэтилена, содержащий следующие компоненты, мас.%:

HDPE (полиэтилен) - 50-70,

LLDPE - (полиэтилен) - 15-40,

ММТ - 0,1-2,

Сажа (краситель) - 0,5-2,

Эластомер 5-10,

Функциональный полиолефин 2-4%,

Мел (наполнитель) - 3-5%

Термостабилизатор «Иргафос-168» 0,1-0,5%,

Светостабилизатор «Тинувин-944» 0,1-0,5%,

Антиоксидант «Ирганокс» 0,1-0,5%.

Толщина слоя 0,5-0,75 мм.

Пример 2

Покрытие для алюминиевой проволоки диаметром 2 мм, содержащее:

1) Адгезионный подслой:

Термопластичный клей, содержащий следующие компоненты, мас.%:

- этиленвинилацетат 40,

- нефтеполимерная смола 30,

- парафиновый воск 25,

- малиинизированный модифицированный полиэтиленовый воск 5.

Толщина подслоя 0,05-0,12 мм.

2) Функциональный слой:

Наноструктурированный композиционный материал на основе полиэтилена, содержащий следующие компоненты, мас.%:

HDPE (полиэтилен) - 50-70,

LLDPE - (полиэтилен) - 15-40,

ММТ - 0,1-2,

Сажа (краситель) - 0,5-2,

Эластомер 5-10,

Функциональный полиолефин 2-4%,

Мел (наполнитель) - 3-5%

Термостабилизатор «Иргафос-168» 0,1-0,5%,

Светостабилизатор «Тинувин-944» 0,1-0,5%,

Антиоксидант «Ирганокс» 0,1-0,5%.

Толщина слоя 0,5-0,75 мм.

Указанные конструкция и состав покрытия обеспечивают снижение вероятности его растрескивания. При этом повышается уровень эксплуатационных свойств покрытия, в частности износостойкость, термостойкость, морозостойкость и коррозионностойкость.

Следует отметить, что заявленное изобретение не ограничено частными случаями его реализации, раскрытыми в описании. Возможны также иные формы выполнения рассмотренного покрытия в объеме приведенных существенных признаков изобретения.