Препрег

Винахід відноситься до медицини, точніше до ортопедії та протезування, і може бути використаний при виготовленні ортезів для верхніх або нижніх кінцівок та корсетів при лікуванні дефектів опорно-рухового апарату. Відомий полімерно-волокнистий препрег по патенту RU №2153981, 2000г, зв'язуюче якого є суміш поліметілметакрилату, етіленглікольдіметакрилату, 2,2-біс[4-(2-гидроксі-3-метакроілоксі) феніл]-пропанові або гидроксіетиленметакрилату, який застосується для виготовлення зубних протезів. Цей матеріал нешкідливий для людини, має добрі косметичні властивості, але він пластичний при кімнатній температурі і через неможливість забезпечення необхідної міцності не може бути використаний для виготовлення протезно-ортопедичних виробів при патологіях та ушкодженнях опорно-рухового апарату. Відома композиція для просочування вугільної волокнистої основи, патент RU №2005742, який має розчин ненасиченої поліефірної смоли в мономері і спиртовий розчин резольної фенол формальдегідної смоли. До недоліків цього матеріалу відносяться необхідність високотемпературної запічки (150°С і вище) при виготовленні виробу, висока жорсткість та застосування в якості зв'язуючих, смол, які містять стирол, що не має дозволу для використання в ортопедії. Відомий препрег, призначений для виготовлення вкладок для стопи та гомілки, патент RU №2118966, який включає мас ч.: склотканину Т-13 (400-405); епоксидіановий олігомер ЕД-20 100 фенольну смолу СФ-341 А (65-70) розчинник - спирто-ацетонову суміш 17 комплекс трехфрористого бору з ізофорондіаміном (1,5-2) Такий склад дозволяє в умовах автоклавного формування одержувати матеріал при температурі 100°С, що спрощує технологічні умови його виготовлення. Недоліком цього матеріалу являється дуже низька його життєздатність, всього 36 годин, що не дозволяє централізовано виготовляти такий препрег для забезпечення кількох підприємств протезної промисловості, а організація виробничого процесу в умовах кожного підприємства призводить до значних матеріальних затрат. Відомий також препрег марки АП-70-151 ТУ 6-11-298-73 (Справочник по пластическим массам. М., изд. "Химия" 1975г., Том 2, с.489; кн. «Конструкционные стеклопластики». Серия «Полимерные материалы в народном хозяйстве». М., Изд. «Химия», 1979г., с.47), що має наступний склад (мас ч.): Смола ПН-609-21М 100 Перекис дикуміла 1,9 Рідина ПЕС-5 3,4 Дибутилфталат 1,9 Каолін 66,0 Аеросил 2,3 Окис магнію 3,2 Як армуючий компонент застосовується скломат марки МБС 10-620-3/3-230. Одержаний із такого складу препрег має життєздатність не менш ніж 60 діб. Усі компоненти зв'язуючого дозволені до застосування в ортопедії. Недоліками відомого препрегу, являються невисокі технологічні та деформаційно-міцностні властивості через використання в якості наповнювачів зв'язуючого каоліну та армуючого скломату типу МБС 10-620-3/3-230. Цей армуючий компонент має не достатню сумісність із зв'язуючим та не забезпечує рівномірну товщину матеріалу по всій поверхні. Крім того, склопластик, одержаний на основі відомого препрега, має щільність не меншу ніж 1700м/смЗ, що не дає можливості виготовляти одночасно міцні та легкі протезно-ортопедичні вироби. Цей препрег прийнято за найближчий аналог. Технічною задачею винаходу є підвищення показників пружності, деформаційно-міцностних характеристик препрега та зниження щільності склопластика. Ця задача вирішена тим, що в складі відомого препрегу, який включає поліефірну смолу ПН-609-21М - 100 мас. ч., окис магнію (загущувач) - 3 мас. ч., аеросил (тиксотропна добавка) та армуючий компонент, відмінністю являється те, що в нього введені перекис бензоїлу (ініціатор полімеризації) у вигляді пасти, співполімер вінілхлориду А-15 при наступному співвідношенні компонентів, мас. ч.: Поліефірна смола ПН-609-21М 100 Окис магнію 3 Аеросил 4-6 Перекис бензоїлу паста 4 Співполімер вінілхлориду А-15 10-30 Як армуючий компонент застосовується склотканина полотняного плетива, наприклад, марки Т-13 - 3 шари, та матеріал вугільний волокнистий, наприклад, марки Урал Т-2-22-3 - 1 шар. Введення в якості ініціатора полімеризації перекису бензоїлу у вигляді пасти дозволяє підвищити безпечність матеріалу при збереженні, не погіршуючи активності в порівнянні з перекисом дикумілу (найближчий аналог). Заміна скломата марки МБС 10-620-3/3-230, який в прототипі використовується як армуючий матеріал, склотканиною полотняного плетива, наприклад, марки Т-13, та матеріалом вугільним волокнистим, наприклад, марки Урал Т-2-22, дозволяє покращити змочування армуючого компонента зв'язуючим за рахунок їх більшої сумісності, та одержати рівномірній по товщині препрег з меншою щільністю ніж у прототипу. Зниження загальної кількості наповнювачів, введення до складу зв'язуючего співполімера А-15 з одночасним збільшенням вмісту аеросилу підвищує деформаційно-міцністні та пружні властивості препрегу. Приведене співвідношення компонентів дозволяє одержати потрібні для виготовлення протезно-ортопедичних виробів характеристики. При виготовленні препрегу спочатку підготовлюють компоненти у нижченаведеному співвідношенні для виготовлення зв'язуючого та наступного просочування ним армуючого компонента. Поліефірна смола ПН-609-21М 100 Окис магнію (ГОСТ 4526-75) 3,0; Аерсил марки (А-175, А-200, або А300 по ГОСТ-14922-97) 4,0-6,0 Співполімер вінілхлориду А-15 ТУ 6-01-625-71 10,0-30,0 Перекис бензоїлу - паста (50% перекису в диоктилфталаті, ТУ601-4689387-15-89) 4,0. Зв'язуюче для препрега готували шляхом ретельного перемішування в змішувачі всіх компонентів протягом 15 хвилин. Після цього одержаним зв'язуючим проводили просочування кожного із 3-х шарів склотканини полотняного плетива, наприклад, марки Т-13, ГОСТ 19170-73 та одного шару матеріалу вугільного волокнистого, наприклад, типу Урал Т-2-22. В якості армуючого компоненту можливо використовувати і інші марки склотканини полотняного плетива та вугільного волокнистого матеріалу. Одержане зв'язуюче має здатність рівномірно наноситися по поверхні армуючого компонента за рахунок їх сумісності, тривалу життєздатність та малу усадку при запіканні. Одержаний препрег має життєздатність до 90 днів в умовах збереження при температурі (20±2)°С. В УкрНДІпротезування виготовлені експериментальні зразки препрегу з різними кількісними співвідношеннями складових компонентів та проведені дослідження фізико-механічних параметрів. Аналогічні дослідження проведені і для вибраного прототипу. В нижченаведеній таблиці представлені результати цих досліджень. Таблиця Склад і властивості композицій Поліефірна смола ПН609-21М, мас. ч. Перекис дикуміла, мас. ч. Дибутилфталат, мас. ч. Перекис бензоїлу, паста, мас. ч. Аеросил, мас. ч. Окис магнію, мас. ч. Каолін, мас. ч. Співполімер ВА-15, мас. ч. Температура запічки, °С Щільність, кг/м3 Життєздатність, доба Міцність при вигині, МПа Модуль пружності при вигині, МПа Ударна в'язкість, КДж/м2 Усадка, % Композиції по прикладах 3 4 Прототип 1 2 5 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 1,9 1,9 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 3,0 4,0 3,0 6,0 3,0 6,0 3,0 6,0 3,0 2,3 3,2 66,0 10,0 20,0 10,0 20,0 30,0 130 1400 90 130 1408 90 130 1402 90 130 1410 90 130 1425 90 140 1700 60 190,0 210,0 230,0 250,0 252,0 150,0 10132,0 10811,0 11168,0 11620,0 11600,0 5020,0 80,0 99,0 107,0 118,0 105,0 60,0 0,3 Як видно з табличних даних введення до складу зв'язуючого співполімера А-15 (10-30 мас. ч.) з одночасним збільшенням вмісту аеросилу до 4-6 мас. ч. приводить до значного, в порівнянні з прототип ом, підвищенню деформаційно-міцностних і пружних властивостей матеріалу. Подальше збільшення вмісту аеросилу в складі зв'язуючого більш ніж 6 мас. ч . недоцільно, тому що приводить до сильного загущення композиції і, як наслідок, до поганого змочування зв'язуючим армуючого компонента. Життєздатність препрегу збільшується на 30 діб, що має велике значення для виробництва протезноортопедичних виробів. Обрані наповнювачі для поліефірної смоли дозволяють трохи знизити температуру запікання препрега - з 140°С (у прототипу) до 130°С. Використання склотканини полотняного плетива у комплексі з матеріалом вугільним волокнистим дозволяє одержати рівномірне покриття армуючого матеріалу зв'язуючим за рахунок їх сумісності, сприяє зниженню щільності препрега в затвердженому стані з 1700 до 1400 кг/м3, що полегшує вироби. При необхідності виготовлення протезно-ортопедичного виробу, наприклад, гільзи нижньої кінцівки для ортезу на нижню кінцівку, із такого препрегу вирізають заготовку гільзи, формують її по гіпсовому позитиву методом «вакуумного мішка» під тиском - (0,6-0,8)н/см2, та запікають при 130°С протягом 1 години. Таким чином, препрег, з вищенаведеним складом компонентів та їх кількісним співвідношенням дозволяє підвищити показники пружності в 2 рази, деформаційно-міцністні характеристики в 1,7 раз, збільшує життєздатність матеріалу та дозволяє знизити вагу, наприклад, при виготовленні протезно-ортопедичних виробів.