Способ изготовления искусственного композиционного материала

 

Использование: изобретение относится к области строительных материалов, в частности искусственных камней, и может быть использовано в строительстве, станкомашиностроении, в архитектуре и дизайне. Сущность изобретения: искусственный композиционный материал изготавливают путем последовательной укладки в форму крупного заполнителя на 70-100% объема формы и заполнения межзерновых пустот заполнителем меньших фракций через перфорированную крышку. Соотношение размеров крупной фракции и следующей за ней составляет 4:1-16:1. Уложенный заполнитель пропитывают связующим при давлении 0,3-1,0 МПа. Причем при заполнении формы крупным заполнителем на 70-75% ее объема соотношение указанных фракций составляет 4:1, при заполнении объема формы на 80-90% соотношение указанных фракций составляет 8:1, а при 100% заполнении формы соотношение указанных размеров фракций составляет 16:1. Также при укладке наименьшей фракции тонкомолотого наполнителя осуществляют предварительное вакуумирование уложенного заполнителя до разряжения не менее 0,07 МПа. Способ позволяет улучшить эксплуатационные характеристики материала и сократить расход связующего. 4 з.п. ф-лы, 7 ил., 3 табл.

Изобретение относится к области создания новых строительных материалов, в частности искусственных камней, и может быть использовано в строительной индустрии, станкомашиностроении, а также в архитектуре малых форм и дизайне.

Известны способы изготовления строительных материалов, включающие, например, укладку крупного заполнителя, фиксацию его положения перфорированной крышкой с давлением 0,02-0,05 МПа и заполнение пустот раствором (1), или способ, включающий предварительное перемешивание крупного заполнителя с небольшим количеством связующего, укладку крупного заполнителя и пропитку полученного каркаса полимерраствором (2).

В обоих случаях к недостаткам следует отнести высокий расход связующего, низкий модуль упругости и невысокую стабильность размеров изделия.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ, включающий раздельную укладку и виброуплотнение в форме заполнителя наиболее крупной фракции, заполнение пустот последовательно заполнителями меньших фракций через перфорированную крышку и последующую пропитку связующим (3).

Недостатками прототипа являются высокий расход связующего, а также низкие значения плотности, прочности и модуля упругости композиций.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик композиций при условии сокращения расхода связующего.

Поставленная цель достигается тем, что заполнитель наиболее крупной фракции укладывают в форму на 70-100% ее объема, при этом соотношение размеров наиболее крупной и следующей за ней фракции составляет от 4:1 до 16:1, причем заполнитель наиболее крупной фракции укладывают в форму на 70-75% ее объема при соотношении размеров фракций 4:1, на 80-90% при соотношении 8:1, а при соотношении 16:1 укладывают в форму на 100% При этом перед виброуплотнением наполнителя уложенный заполнитель вакуумируют до разряжения не менее 0,07 МПа, а пропитку связующим осуществляют при давлении 0,3 МПа.

Очевидным преимуществом способа является его инвариантность к форме, материалу и плотности отдельных включений. Возможно сочетание в одном блоке заполнителей из металла и резины, полимера и минерала, гранита и известняка, поролона и ракушечника и т.д. Способ не зависит от используемого связующего: это может быть полимерная смола, мономер термопласт, жидкое стекло и даже порошкообразное вяжущее, например цемент, гипс и др. Порошкообразное вяжущее применяют вместо тонкомолотого наполнителя. В этом случае пропитку осуществляют водой, при реакции с которой происходит отверждение системы. Таким образом, способ позволяет производить локальное или равномерное по всему объему дисперсное формирование структуры. Это значит, что способ позволяет формировать требуемую структуру материала по фактуре и цвету прямым подбором заполнителя.

Примеры структур по зерновому составу представлены на фиг.1-3, а пример сочетания составляющих из различных материалов на фиг.4, 5, 6.

Технология изготовления по предлагаемому способу является более экологически чистой по сравнению с традиционной.

Изготовление искусственного композиционного материала осуществляется в специальной форме (фиг.7), где 1 форма, 2 перфорированная крышка, 3 - плотная крышка, 4 вибратор, 5 штуцер для вакуумного насоса, 6 емкость для жидкого связующего или воды.

Размеры фракций заполнителей принимались стандартными, для щебня по ГОСТ 8269-76, для песка по ГОСТ 8735-75. Зерновой состав заполнителей определяют рассевом на наборе стандартных сит. Сочетание различных фракций заполнителя по размерам в составе материала зависит от размера наибольшей фракции Дмах и соотношения наибольшей фракции и последующей Дмах/Дмах-1. Это соотношение сохраняется в составе и для всех последующих фракций. Соотношение Дмах/Дмах-1 в различных составах может изменяться в пределах 4:1, 8:1, 16:1.

Примеры возможных сочетаний фракций в составе материала в зависимости от соотношения Дмах/Дмах-1 приведены в табл. 1.

Количество тонкомолотого наполнителя фракции 0,14 мм и менее зависит от пустотности каркаса после укладки всех фракций заполнителей.

Способ осуществляется следующим образом. В форму будущего изделия укладывают и виброуплотняют заполнитель наиболее крупной фракции на 70-75% объема при соотношении Дмах/Дмах-1 4:1, на 80-90% при соотношении 8:1 и на 100% при соотношении 16:1. Затем форму закрывают перфорированной крышкой и через нее укладывают следующую по крупности фракцию заполнителя и вибрируют и т.д. После укладки всех фракций заполнителя на перфорированную крышку подают тонкомолотый наполнитель или порошкообразное связующее. Форму закрывают плотной крышкой, вакуумируют до разряжения 0,07-0,1 МПа, затем виброуплотняют. Заполнение пустотности каркаса тонкомолотым наполнителем без вакуумирования технологически невозможно. После заполнения формы перфорированную крышку снимают и закрывают плотной крышкой. Фиксированный каркас вновь вакуумируют, затем пропитывают жидким компонентом под давлением 0,3-1,0 МПа. Подача связующего без давления и предварительного вакуумирования не может обеспечить быстрого и полного заполнения им пустот пропитываемого каркаса. Кроме того, начало схватывания связующего может наступить раньше, чем произойдет полное заполнение пустот. После пропитки отформованное изделие отверждается по режиму, соответствующему виду связующего.

Для изготовления образцов композиционного материала по предлагаемому способу были использованы те же материалы, что и в прототипе: гранитный щебень фракции 10-20, строительный песок фракции 0,63-2,5, андезитовая мука с удельной поверхностью 3000 см²/г, связующее на основе фураноэпоксидного олигомера ФАЭД. Из указанных материалов были изготовлены образцы 7х7х7 см для испытания на сжатие и 4х6,2х40 см для испытаний на модуль упругости неразрушающим методом.

В табл. 2 представлены возможности способа по отношению к процессу заполнения формы и его последовательности, причем результат иллюстрируется пустотностью композиций, при обеспечении параметров, защищенных формулой изобретения. Объем межзерновых пустот У_пуст. (пустотность) измерялся по объему воды, удерживаемой между зернами заполнителя. В табл. 3 иллюстрируется влияние разряжения и вида связующего на эксплуатационные характеристики материала различной пустотности. Давление пропитки для всех приведенных примеров составляет 0,3 МПа. Следует отметить, что давление, необходимое для формования материала, выбрано оптимально, поскольку, будучи меньше 0,3 МПа, оно может не обеспечить полного заполнения пустот пропитываемого каркаса до его отверждения.

По прототипу пропитка производится при подаче связующего вакуум-насосом. В предлагаемом способе пропитка связующим ведется под давлением при отвакуумированном заполнителе.

Способ пригоден к осуществлению в обычных условиях с соблюдением мер техники безопасности и защиты окружающей среды, соответствующих виду связующего.

Формула изобретения

1. Способ изготовления искусственного композиционного материала, преимущественно камня, включающий последовательно укладку в форму заполнителя крупной фракции, заполнение межзерновых пустот заполнителем меньших фракций через перфорированную крышку, виброуплотнение каждой фракции и последующую пропитку связующим, отличающийся тем, что заполнитель крупной фракции укладывают в форму на 70 100% ее объема, при этом соотношение размеров крупной фракции заполнителя и следующей за ней фракции составляет 4:1 16:1, а пропитку связующим осуществляют при давлении 0,3 1,0 МПа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что заполнитель крупной фракции укладывают в форму на 70 75% ее объема при соотношении размеров крупной фракции заполнителя и следующей за ней фракции 4:1.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что заполнитель крупной фракции укладывают в форму на 80 90% ее объема при соотношении размеров крупной фракции заполнителя и следующей за ней фракции 8:1.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что заполнитель крупной фракции укладывают в форму на 100% ее объема при соотношении размеров крупной фракции заполнителя и следующей за ней фракции 16:1.

5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что при укладке наименьшей тонкомолотой фракции наполнителя осуществляют предварительное вакуумирование ранее уложенного заполнителя до разряжения не менее 0,07 МПа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10