Модельный материал
Владельцы патента RU 2494991:
Открытое акционерное общество "Технологическое оснащение" (RU)
Изобретение относится к области композиционных материалов, применяемых для изготовления моделей, а также при отделочных, строительно-декоративных, скульптурно-оформительских работах, при реставрации архитектурных и интерьерных объектов. Модельный материал содержит смешанные в соотношении от 1:1 до 5:1 предварительно приготовленные состав 1 и состав 2, при этом состав 1 содержит следующие компоненты в соотношении масс.ч.:
состав 1:
а состав 2 содержит следующие компоненты в соотношении масс.ч.:
состав 2:
Микросферы имеют размер 15-200 мкм и микросферы выполнены из неорганических материалов. Технический результат - создание материала повышенной прочности, небольшой удельной плотности, устойчивого к воздействию окружающей среды. 3 табл., 4 пр.
Предлагаемые для рассмотрения материалы заявки относятся к области композиционных материалов, применяемых для изготовления моделей, а также при отделочных, строительно-декоративных, скульптурно-оформительских работах, при реставрации архитектурных и интерьерных объектов.
Известно большое количество различных материалов для лепных реставрационных работ, ведущее место среди которых традиционно занимают гипсоводные смеси различного состава. Однако такие материалы имеют плохую адгезию к большинству материалов строительно-конструкционного назначения. Они имеют ограниченный диапазон времени схватывания, небольшой арсенал средств влияния на прочностные свойства. Помимо ограниченной механической прочности материалы обладают недостаточной теплостойкостью и влагостойкостью.
В частности известен относительно прочный материал на основе двуводного вторичного гипса, извести и воды с добавкой шлакопортландцемента, основным недостатком которого является его низкая водостойкость (пат. РФ №2203235).
Известна смесь на основе фосфогипса, которая также обладает при относительной прочности в отвержденном состоянии низкой влаго- и водостойкостью (пат. РФ №2052416).
Повышения влагостойкости и водостойкости можно добиться применением специальных жировых добавок (пат. РФ №2246460), но в ущерб прочностным свойствам и монолитности материалов.
Водостойкость также улучшена в смеси на основе гипса, которая содержит парафин, глицерин и высшие жирные кислоты (пат. Германии №3238090). Недостатком является сложность состава при наличии в нем ряда гидрофобных составляющих, которые препятствуют кристаллизационным процессам, нарушают однородность гипсового материала и неизбежно приводят к замедлению схватывания. Изготовление качественных моделей и выполнение работ на сложных поверхностях в этих условиях невозможно.
Известен скульптурный материал (пат. РФ №2409530), который содержит кроме гипса и воды «затворения» молотый мел и крахмал. В патенте отмечено улучшение четкости получаемых отливок. Однако внесение указанных добавок должно замедлять процесс структурообразования, снижать водо- и влагостойкость, механическую прочность выполняемых изделий. Все это препятствует применению материала как для изготовления моделей, так и для других технологических целей.
Известен материал для скульптурно-декоративных работ (пат. РФ №2417180), выбранный в качестве прототипа. В данном материале удается достигнуть повышения прочности, улучшения адгезионных свойств, возможности получения изделий любой формы за счет повышенной пластичности.
К недостаткам материала следует отнести относительно высокую плотность (удельный вес), а также недооценку роли водной составляющей в общем балансе состава, вследствие чего в предельном случае материал становится практически эпоксидным составом, а гипсовое вяжущее выполняет роль неактивного упрочняющего наполнителя. Кроме того, в состав не всегда обязательно включен основной упрочняющий компонент - диоксид кремния. Это приводит к охрупчиванию некоторых вариантов материала и заведомо сужает диапазон технологических и конструкционных возможностей. Из примеров получения материала следует, что компоненты смешивают в определенной последовательности напрямую, что уменьшает возможности регулировать процесс по времени. Хотя указано, что компоненты могут заготавливаться заранее и вводиться в контакт в момент применения, но и в этом случае ограничен временной диапазон отверждения материала.
Технической задачей предлагаемой заявки является разработка модельного материала с уменьшенным удельным весом и повышенной прочностью.
Технический результат достигается за счет того, что модельный материал, содержащий гипсовое вяжущее, эпоксидную смолу, диоксид кремния, сложноэфирный пластификатор и полиэтиленполиамин: ПЭПА (аминный отвердитель эпоксидной смолы), дополнительно содержит в качестве наполнителя полые сферы из неорганического материала, размером 15-200 мкм, воду и диоксид кремния, в качестве отдельного компонента входящие в два заранее подготовленных состава (состав 1 и состав 2), взятых при смешении входящих компонентов в весовой пропорции от 1:1 до 5:1 в следующем соотношении масс.ч:
Состав 1:
| Гипсовое вяжущее | 100 |
| Смола эпоксидная | 20-80 |
| Сложноэфирный пластификатор | 5-40 |
| Диоксид кремния | 5-20 |
Состав 2:
| Вода | 40 |
| Полиэтиленполиамин (ПЭПА) | 5-40 |
| Микросферы неорганических материалов | 50-150 |
При этом смешивают состав 1 и состав 2 непосредственно перед применением модельного материала в массовых соотношениях от 1:1 до 5:1.
В заявляемом модельном материале используют следующие компоненты:
Гипсовое вяжущее - ГОСТ 4.204-79
Эпоксидная смола - ГОСТ 10587-84
Полиэтиленполиамин - ГОСТ 8728
Диоксид кремния - ГОСТ 18307-78
Дибутилфталат - - ГОСТ 8728-88
Диметилфталат - - ГОСТ 8728-88
Диоктилфталат - - ГОСТ 8728-88
Микросферы МС ТУ 6-48-108-94 или
Микросферы ТУ 5951-033-00204990-2010.
Микросферы могут состоять из стекла, кварца, керамики, природных минералов, иметь размеры 15-200 мкм, насыпную плотность 0,2-0,5 г/см3.
Внесение микросфер в полимерную композицию позволяет снизить общую вязкость материала, его плотность (удельный вес).
Благодаря сферической форме микросфер снижен удельный расход полимера и улучшены условия смешения компонентов, снижена суммарная рабочая вязкость исходной смеси, улучшены прочностные характеристики материала при сохранении необходимой начальной вязкости.
При содержании микросфер в составе 2 в количествах менее 10 масс.ч. сфер не достигается заметного упрочнения и уменьшения удельного веса модельного материала.
При внесении микросфер в количестве больше 150 масс.ч. наблюдается ухудшение технологических условий необходимых при формировании изделий и условий механической обработки изделий.
Модельный материал получают следующим способом.
Компоненты, входящие в состав 1, соединяют в определенной последовательности: в эпоксидную смолу вносят сложноэфирный пластификатор и после смешения в течение 2-3 минут по частям, продолжая смешение, вносят гипсовое вяжущее. Перемешивают еще 5-10 минут. Затем при перемешивании вносят диоксид кремния и тщательно перемешивают до полной однородности состава, примерно 10-15 минут. Полученную смесь - состав 1 помещают в закрываемую тару и хранят до соединения с составом 2.
Компоненты, входящие в состав 2, соединяют в следующей последовательности: в емкость с микросферами вносят воду и перемешивают до образования равномерной суспензии (5-10 минут). Затем добавляют полиэтиленполиамин и перемешивают 3-4 минуты. Полученную смесь - состав 2 помещают в закрываемую тару и хранят до соединения с составом 1.
Предлагаемые составы 1 и 2 смешивают в пропорции от 1:1 до 5:1 масс.ч. Широкий диапазон количеств состава 1 от 1 до 5 по отношению к составу 2 позволяет регулировать скорость отверждения заявляемого материала, а также сочетание его вязкостных и прочностных свойств.
При смешении составов в пропорции 1:1 достигается ускоренное отверждение заявляемого материала за счет отверждения как гипсовой, так и эпоксидной составляющей.
При смешении составов в пропорции 5:1 достигается возможность повышения равномерности состава.
В Таблице 1 приведены данные по составу 1.
В Таблице 2 приведены данные по составу 2.
В Таблице 3 приведены данные по составу и свойствам заявляемого материала по сравнению с прототипом.
Получение модельного материала заявляемого состава приведено в соответствующих примерах 1-4.
Пример 1
Приготовление состава 1.
К 80 г смолы ЭД-22 добавляют 25 г диоктилфталата, смешивают 2-3 мин. По частям, продолжая перемешивание, вносят 100 г гипсового вяжущего: скульптурный гипс ГВВС-16. По окончании внесения и перемешивания добавляют 20 г диоксид кремния. Тщательно перемешивают 10-15 минут до полной внешней однородности состава. Полученный состав 1 помещают в закрытую тару для хранения.
Приготовление состава 2.
В емкость со стеклянными микросферами размером 15 мкм в количестве 70 г вносят 40 г воды и перемешивают 5-10 минут до образования равномерной суспензии. Затем вносят полиэтиленполиамин (ПЭПА) в количестве 35 г. Перемешивают еще 3-4 минуты. Полученный состав 2 помещают в закрытую тару для хранения.
100 г состава 1 смешивают с 50 г состава 2-3 минуты в емкости состава 1 или в отдельной емкости.
Смесь передают для технического применения.
Пример 2
Приготовление состава 1.
К 20 г смолы ЭД-20 добавляют 10 г дибутилфталата, смешивают 2-3 мин. По частям, продолжая перемешивание, вносят 100 г гипсового вяжущего: гипс марки Г-5. По окончании внесения и перемешивания добавляют 5 г диоксида кремния. Тщательно перемешивают 10-15 минут до полной внешней однородности состава. Полученный состав 1 помещают в закрытую тару для хранения.
Приготовление состава 2.
В емкость со стеклянными микросферами размером 150 мкм в количестве 100 г вносят 40 г воды и перемешивают 5-10 минут до образования равномерной суспензии. Затем вносят полиэтиленполиамин (ПЭПА) в количестве 10 г. Перемешивают еще 3-4 минуты. Полученный состав 2 помещают в закрытую тару для хранения.
50 г состава 1 смешивают с 50 г состава 2-3 минуты в емкости состава 1 или в отдельной емкости.
Смесь передают для технического применения.
Пример 3
Приготовление состава 1.
К 20 г смолы ЭД-22 добавляют 15 г диметилфталата, смешивают 2-3 мин. По частям, продолжая перемешивание, вносят 100 г гипсового вяжущего: гипс марки Г-6. По окончании внесения и перемешивания добавляют 10 г диоксид кремния. Тщательно перемешивают 10-15 минут до полной внешней однородности состава. Полученный состав 1 помещают в закрытую тару для хранения.
Приготовление состава 2.
В емкость со стеклянными микросферами размером 50 мкм в количестве 120 г вносят 40 г воды и перемешивают 5-10 минут до образования равномерной суспензии. Затем вносят полиэтиленполиамин (ПЭПА) в количестве 15 г. Перемешивают еще 3-4 минуты. Полученный состав 2 помещают в закрытую тару для хранения.
100 г состава 1 смешивают с 20 г состава 2-3 минуты в емкости состава 1 или в отдельной емкости.
Смесь передают для технического применения.
Пример 4
Приготовление состава 1.
К 60 г смолы ЭД-20 добавляют 40 г дибутилфталата, смешивают 2-3 мин. По частям, продолжая перемешивание, вносят 100 г гипсового вяжущего: гипс марки ГВВС-13. По окончании внесения и перемешивания добавляют 15 г диоксид кремния. Тщательно перемешивают 10-15 минут до полной внешней однородности состава. Полученный состав 1 помещают в закрытую тару для хранения.
Приготовление состава 2.
В емкость со стеклянными микросферами размером 70 мкм в количестве 50 г вносят 40 г воды и перемешивают 5-10 минут до образования равномерной суспензии. Затем вносят полиэтиленполиамин (ПЭПА) в количестве 25 г. Перемешивают еще 3-4 минуты. Полученный состав 2 помещают в закрытую тару для хранения.
150 г состава 1 смешивают с 50 г состава 2-3 минуты в емкости состава 1 или в отдельной емкости.
Смесь передают для технического применения.
Вода является обязательным компонентом, входящим в состав 2, заявляемого материала. С момента соединения воды состава 2 с гипсовым вяжущим состава 1 начинается процесс «затворения». Благодаря его экзотермическому характеру ускоряются остальные процессы, в том числе и процесс отверждения эпоксидной составляющей.
| Таблица 1 | ||||||||
| Состав 1 | ||||||||
| Компонент | Содержание масс.ч. | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| Гипсовое вяжущее | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Смола эпоксидная ЭД-20 | 20 | 40 | 60 | 80 | ||||
| Смола эпоксидная ЭД-22 | - | - | - | 20 | 40 | 80 | 60 | |
| Дибутилфталат | 10 | 15 | 40 | - | - | - | - | - |
| Диметилфталат | - | - | - | 30 | 5 | 20 | - | - |
| Диоктилфталат | - | - | - | - | - | - | 25 | 35 |
| Диоксидкремния (сажа белая) | 5 | 10 | 15 | 20 | 10 | 5 | 20 | 10 |
| Цемент | - | - | 5 | 10 | - | 5 | 8 | 10 |
| Таблица 2 | ||||||||
| Состав 2 | ||||||||
| Компонент | Содержание масс.ч. | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| Вода | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 |
| Полиэтиленполиамин (ПЭПА) | 5 | 10 | 35 | 10 | 20 | 40 | 25 | 15 |
| Микросферы, стекло размер ср. 0,015 мм (15 мкм) | - | - | 70 | 100 | - | - | - | - |
| Микросферы, стекло размер ср. 0,2 мм (200 мкм) | 60 | 50 | - | - | - | - | - | - |
| Микросферы, керамика размер ср. 0,1 мм (100 мкм) | - | - | - | - | 150 | 70 | - | - |
| Микросферы, керамика размер ср. 0,05 мм (50 мкм) | - | - | - | - | - | - | 50 | - |
| Микросферы, оксид алюминия размер ср. 0,05 мм (50 мкм) | - | - | - | - | - | - | - | 120 |
| Таблица 3 | ||||||||
| Состав и свойства заявляемого материала | ||||||||
| № композции | состав 1 | состав 2 | Массовое соотношение состава 1 к составу 2 | Время схватывания, мин | Нагревание перед смешиванием | Достигаемая прочность, | Плотность кг/дм3 | Обрабатываемость инструментом, |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 1 | 1 | 4 | 1:1 | 20 | - | + | 0,7 | + |
| 2 | 2 | 5 | 2:1 | 25 | - | + | 0,65 | ++ |
| 3 | 4 | 6 | 3:1 | 50 | - | ++ | 0,85 | ++ |
| 4 | 3 | 7 | 4:1 | 80 | - | ++ | 1,4 | + |
| 5 | 5 | 8 | 5:1 | 55 | - | + | 1,15 | + |
| 6 | 6 | 2 | 1:1 | 30 | + | + | 0,85 | + |
| 7 | 7 | 3 | 2:1 | 35 | + | + | 1,1 | + |
| 8 | №1 прототипа | 140 | - | + | 1,55 | + | ||
| 9 | №2 прототипа | 110 | - | + | 1,5 | + | ||
| 10 | №3 прототипа | 200 | - | + | 1,6 | + |
Разработанный модельный материал нашел применение при изготовлении различных моделей, отличающихся степенью сложности, габаритами, характером последующей обработки. Материал пригоден также для изготовления готовых декоративно-строительных изделий при отделочных, скульптурно-оформительских, реставрационных работах, для комплектования архитектурных и интерьерных композиций.
При испытаниях в различных условиях, под воздействием влаги, повышенных и пониженных температур, при использовании в натурных условиях заявляемый материал показал необходимый уровень технологичности и универсальности, удобство применения, стабильности результатов, а также широкую возможность регулировать условия отверждения и свойства в отвержденном состоянии.
Отвержденный материал обладает необходимыми прочностными свойствами, не крошится, не расслаивается, хорошо обрабатывается инструментом. При этом достигается необходимая чистота поверхности и проработанность деталей произведения.
Эксплуатационные свойства заявляемого материала лучше, чем у прототипа. Преимуществом предлагаемого материала является более быстрое схватывание и отверждение, что предотвращает оползание и частичное деформирование материала на получаемой модели или формуемом участке поверхности. При этом ускоряется операция формования и отпадает необходимость в частичном деформировании в период схватывания и отверждения.
Таким образом, достигнута возможность регулирования скорости отверждения материала за счет предложенного соотношения компонентов, способа их подготовки и совмещения.
Реализуется возможность повышения равномерности и качества материала за счет подготовки в виде двух заранее приготовленных составов, вводимых в контакт непосредственно перед началом работ по формованию. При этом обеспечивают удобство технического применения заявляемого материала при различных условиях.
Заявляемый материал был разработан и испытан в ОАО «Технологическое оснащение» г.Санкт-Петербурга при изготовлении технических моделей и проведении строительно-декоративных работ, связанных с полимерным формообразованием.
1. Модельный материал, содержащий смешанные в соотношении от 1:1 до 5:1 предварительно приготовленные состав 1 и состав 2, при этом состав 1 содержит следующие компоненты в соотношении мас.ч.:
состав 1
| Гипсовое вяжущее | 100 |
| Смола эпоксидная | 20-80 |
| Сложноэфирный пластификатор | 5-40 |
| Диоксид кремния | 5-20 |
а состав 2 содержит следующие компоненты в соотношении мас.ч.:
состав 2
| Вода | 40 |
| Полиэтиленполиамин (ПЭПА) | 5-40 |
| Микросферы | 50-150 |
2. Модельный материал по п.1, отличающийся тем, что микросферы имеют размер 15-200 мкм.
3. Модельный материал по п.1, отличающийся тем, что микросферы выполнены из неорганических материалов.
