Спосіб укріплення композитною структурою об’єктів, розташованих на відкритому повітрі

1. Спосіб укріплення композитною структурою під час ремонту або для зміцнення чи для підвищення стійкості розташованих на відкритому повітрі об'єктів (труб, опор, колон) з використанням матеріалу матриці на основі ненасиченої поліефірної/вінілефірної смоли, що містить однаково спрямовані смуги зміцнювального матеріалу (скла, вуглецю, араміду, базальту тощо), у формі вільно деформованої багатошарової композитної смуги, який відрізняється тим, що активатор, необхідний для отвердіння препрегу, проникає шляхом дифузії з адгезивного матеріалу на основі поліефірної/вінілефірної смоли, який наносять між сусідніми шарами намотаної смуги препрегу, покращуючи з’єднання матеріалу матриці шляхом розкладання пероксидів, що входять до суміші матриці, при низькій температурі (0°С), забезпечуючи твердіння по всій товщині, а процес прискорюють шляхом додавання полі-ε-капролактону до матеріалу матриці препрегу та ацетилацетону і/або ефіру (мет)акрилової кислоти до адгезиву для зменшення стискання композитної смуги. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що матеріал матриці, який використовують для виготов 2 (19) 1 3 89635 4 стання, без істотної зміни будь-яких його властивостей. 6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що смугу зміцнювального матеріалу намотують на поверхню об'єкта у кілька шарів. 7. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що твердіння (утворення сітки) композитної смуги забезпечують електронними термопатронами, які встановлюють (у потрібний спосіб) на верхньому шарі смуги, та полімерними ініціаторами-активаторами, доданими до суміші адгезивного матеріалу і матеріалу матриці, які проникають шляхом дифузії в інші матеріали системи, де вступають в реакції. 8. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що додають 3-10 мас. % полі-ε-капролактону. 9. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що додають 0,5-1 мас. % ацетилацетону та 1-10 мас. % мономерів (мет)акрилової кислоти. 10. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що отриманою на поверхні об'єкта смугою закривають всі нерівності, повторюючи кривизну об'єкта, причому найменший степінь кривизни, при якому допускають використання смуги, дорівнює діаметру укріплюваної труби. Спосіб відповідно до цього винаходу використовується для покращення стійкості/ремонту таких розташованих на відкритому повітрі об'єктів, як колони, опори, трубки та інші симетричні об'єкти циліндричної форми, або для відновлення їх механічних властивостей після пошкодження. Для усунення незначних нерівностей на зміцненій поверхні об'єктів може використовуватись адгезивна речовина, яку можна приготувати, використати і яка затвердіє, поки об'єкти повністю експлуатуються, навіть якщо температура відносно низька: приблизно 0°С. Будь-яке обладнання, споруди піддаються дії ерозії і потребують ремонту та реставрації. Через дію ерозії та корозії конструкція об'єктів (колон, опор, трубок тощо) може ослабнути, а їх механічні властивості - погіршитись. Для ремонту часто використовуються смуги різного складу, якими огортають всю поверхню пошкодженої конструкції або лише ослаблене місце. У численних патентах описані матеріали для таких зміцнювальних смуг, що містять скловолокно зі смоляною матрицею. Наприклад, відповідно до патенту Канади №2.028.524 і патенту США №4.700.752 смуги виготовляють з поліуретанепоксидної смоли або із смоляною матрицею з ненасиченого поліефіру. Вони мають покращені властивості щодо межі міцності на розривання та містять зміцнювальні матеріали з оптичного волокна. Один з способів полягає в обертанні цільового об'єкта, зануренні смуги з скловолокна у смоляну баню та огортанні об’єкта цією зміцнювальною смугою. Як правило, для затвердіння смоли в смузі потрібне нагрівання. Цю процедуру можна виконати лише за ідеальних умов. Вона не може застосовуватись у випадку великих об'єктів, розташованих на відкритому повітрі (великих опор, колон, трубок), оскільки їх дуже важко, якщо взагалі можливо, обертати. Інший спосіб зміцнювання об’єктів передбачає додавання скловолокна у смолу та нанесення смуги на поверхню об'єкта. Цей спосіб включає три етапи. Перший полягає в додаванні скловолокна у композитну матрицю (смолу). Другий етап полягає в намотуванні цього попередньо виготовленого, просоченого композиту (препрегу) на об'єкт, який треба зміцнити. Третім етапом є ствердіння смуги. Зазвичай, це виконується за допомогою підведення тепла. Ці способи характеризуються кількома практичними проблемами. Одна з них полягає в розташуванні паралельних зміцнювальних смуг перпендикулярно до напрямку самого об'єкта. Геометрія паралельних смуг також становить проблему, оскільки поперечний переріз буде меншим між смугами, ніж у місці з найбільшим діаметром намотаних смуг. В результаті намотування виявляється нерівномірним, нерівним, із виступами у поздовжньому напрямку. У випадку кількох намотувань стрічки рекомендується компенсувати частини "гребеня хвилі" частинами "низини між хвилями". Таким чином, намотування виявляється безперервним, без розривів у його структурі. Правильне розташування витків може покращити ефект зміцнювання та розподіл матеріалу матриці по всій довжині намотування. Ця процедура вимагає дуже уважного підходу із використанням ручної сили. Раніше відомі способи не можуть використовуватись за деяких умов, наприклад, в умовах поганої погоди (і таке інше), а також за наявності газопроводів із високою швидкістю передачі газу або із високим тиском. Ґрунт, що оточує такі труби, постійно перебуває при температурі нижче 10°С, незалежно від пори року або погоди, а для твердіння композитного покриття використовують тепло. Для виконання цієї операції у можливий час тепло підводять через зовнішній шар препрегу. Композитні смуги мають відносно низьку теплопровідність, і велика кількість теплової енергії 5 марнується через холодні умови довкілля, а також низьку температуру речовини, що транспортується трубою. На температуру поблизу труби в основному впливає температура всередині труби. Через значні паразитні струми в трубі велика кількість тепла передається оточуючому середовищу. Теплові патрони встановлюють на поверхню намотаних смуг (для сприяння хімічному процесу твердіння) через малу теплопровідність матеріалу смуг. Стінки труби отримують дуже мало теплової енергії крізь композитний матеріал, оскільки більшу частину тепла забирає речовина, яка транспортується всередині труби. Досягається стабільний стан із двома граничними значеннями температури на стінках труби (0-10°С) та на зовнішній частині намотаної смуги (130-135°С). Речовинаініціатор, яка сприяє твердінню смоли з ненасиченого поліефіру, вимагає, як мінімум 50-60°С. Але як ми бачили, шар смоли у безпосередній близькості від труби не досягає цієї температури, отже речовина-ініціатор не діє. Способи, основані на тепловій полімеризації структури намотаних смуг, не спрацьовують за описаних умов, оскільки матеріал смуги (або його частина) не набуває потрібної твердості або зовсім не твердіє. Було здійснено кілька спроб для подолання цих труднощів; наприклад, попереднє виготовлення композитної стрічки, яка вже затверділа, та намотування її в рулон. (Патент США №5.518.568; патент США №5.677.046; патент США №5.683.530; патент США №6.336.983). У цьому випадку принаймні одна сторона попередньо виготовленої композитної смуги є плоскою. Радіус кривизни рулону композитної смуги у формі годинникової пружини становить лише половину радіуса кривизни об'єкта. При нанесенні попередньо виготовленої смуги на об'єкт еластичне натягування сприяє фіксації смуги на об'єкті. Використання твердої, жорсткої композитної смуги становить проблему, якщо поверхня об'єкта, який зміцнюють, не є правильною та рівномірною. Це може спричинити виникнення проблем між композитною смугою та поверхнею об'єкта, а саме: вони не з'єднаються одна з одною. Простір між двома поверхнями необхідно заповнювати адгезивною речовиною. Утворене у такий спосіб з'єднання не є настільки міцним, як у випадку об'єкта з рівною поверхнею. Через це поверхню об'єкта потрібно попередньо формувати, робити гладкою; або ж смуга має бути виготовлена з композитного препрегу, який твердіє на місці виконання робіт. Проблема із зварним швом може вирішуватись за допомогою кільцевого шва (патент США №5.518.568). Відповідно до цього патенту дві окремі смуги розміщують на двох сторонах зварного шва, а третя смуга служить "містком" над зазором між першими двома та розташовується над ними. За допомогою цього способу зміцнювальна структура містить три повні смуги. В описаних патентах використовується жорсткий композитний матеріал. Попередньо виготовлений препрег не є пластичним, тому він не підходить для покриття всієї поверхні об'єкта, що має ділянки кривизни та нерівну поверхню. 89635 6 Відомі з попереднього рівня техніки способи мають такі недоліки: - смуги зміцнювального матеріалу необхідно розміщати у певному порядку, що є складним і вимагає залучення людської робочої сили. Це неможливо виконати поза приміщенням. - вони не підходять для великих, розташованих на відкритому повітрі об'єктів. - композитний препрег не може утворювати сітку на холоді (нижче 15°С) або у випадку, коли смуга контактує з холодними поверхнями. - твердий, жорсткий препрег (у формі годинникової пружини) не підходить (або підходить лише після виконання ряду дій, що потребують матеріалів та енергії) для покриття поверхні, що має ділянки кривизни або нерівності. Цей винахід описує структуру матеріалу та її використання, завдяки яким вдається подолати описані технологічні проблеми. Багато видів об'єктів, особливо труб, можна вдосконалити за допомогою композитних смуг із смоли ненасиченого поліефіру/вінілового ефіру та зміцнювальним скловолокном. Відповідно до цього винаходу для виготовлення смуги потрібен попередньо виготовлений препрег з смоляної матриці та скловолоконного зміцнювального матеріалу і дуже гнучкий адгезивний матеріал, який використовується для прикріплення смуги до металевої поверхні об'єкта із утворенням дуже стійкого з'єднання. Склад адгезивної речовини мас.%: 30-50 смоли ненасиченої поліефірної і/або вініл ефірної смоли, 1-10 мономер-ефіру (мет)акрилової кислоти, 1-5 тиксотропної домішки; 30-50 гідроксиду алюмінію і/або порошку СаСО3, і/або тальку, чи будь-якої суміші цих елементів; 1-5 діацилпероксиду, кетонпероксиду, кумолпероксиду або будьякої суміші цих елементів; 0,1-1 N,Nдиметиланіліну і/або 0,1-1 Ν,Ν-діетиланіліну; 1-5 1%-ного розчину нафтен ату кобальту; 1-5-ного розчину нафтен ату ванадію; 0,5-1 ацетилацетону. Матеріал матриці, що використовується для виготовлення препрегу, складається з, мас.%: 2540 розчину ненасиченої орто- і/або ізофталової поліефірної смоли у стиролі, з вмістом стиролу 35 мас.%, і/або новолачно-епоксидної вініл ефірної смоли, або будь-якої суміші цих матеріалів; 5-10 MgO і/або ZnО, і/або ВаО і/або СаО; 1-5 термопластичного полімеру: ацетобутирату целюлози і/або ацетату целюлози; 3-10 полі-ε-капролактону; 30-50 наповнюючого матеріалу: будь-якої суміші гідроксиду алюмінію, порошку СаСО3, тальку, порошку кварцу; 0,5-3 речовини-ініціатора: перкарбонату, дибензоїлпероксиду, t-бутилпербензоату, пероксиду ацетилацетону, дикеталю, органічного гідропероксиду або будь-якої суміші цих речовин. Зазначені матеріали змішують та гомогенізують для отримання структури смоляної матриці. Одну частину отриманої речовини наносять на поліетиленову (PET) плівку. Зміцнювальний матеріал орієнтують в одному напрямку і також розміщають на плівці, добавляючи його в матеріал матриці з обох сторін. Отриманий зміцнювальний матеріал потім приміщують в іншу плівку. Після цього матеріал пропускають через машину спеціа 7 льної конструкції із розташованими на різній відстані роликами. Відстань між роликами визначається попередньо, відповідно до потрібної товщини. Отриманий таким чином матеріал препрегу упаковують в алюмінієву фольгу та тримають при постійній температурі 5-15°С до використання. За допомогою описаної процедури можна отримати смуги будь-якої ширини та довжини. Ширина смуги визначається геометрією скловолокна, що використовується як зміцнювальний матеріал. Склад отриманого зміцнювального матеріалу препрегу: 50-60ваг.% скловолокна - матеріал шириною 0,2-1,3м. Воно виглядає як текстиль і продається в рулонах. Паралельні смуги скловолокна пролягають паралельно його повздовжній осі (1050м) і неміцно зв'язані між собою. Підготування зміцнювальної смуги: трубу необхідно ретельно очистити до металу так, щоб на ній не залишилось масло. Потім попередньо приготовану і описану вище адгезивну речовину наносять тонким шаром на ретельно очищену поверхню труби, покриваючи її нерівні ділянки. Попередньо виготовлений препрег ретельно очищають від алюмінієвої фольги та рівно кладуть на шар адгезивної речовини. По поверхні проходять роликом із малим зусиллям, щоб посилити з'єднання між адгезивною речовиною та препрегом. Верхній шар препрегу ще раз покривають адгезивною речовиною та ще одним шаром препрегу. Цю процедуру повторюють, доки не буде отримана потрібна кількість шарів. Верхній шар смуги покривають PET плівкою. Для оптимального зміцнювання слід використовувати, принаймні, 5 шарів. Як правило їх використовують 8. Термопатрони (із резистивним чи індуктивним нагріванням) використовують на верхньому шарі смуги для сприяння процесу твердіння. Ці теплові патрони є індуктивними або резистивними. У разі використання цих патронів на поверхні смуги по колу встановлюють сталеву пластину завтовшки 1мм. Термопатрони із загальною тепловою потужністю 5кВт встановлюють на зазначену сталеву пластину для забезпечення рівномірного розподілу тепла. У разі зовнішнього нагрівання об'єкти, що контактують зі смугою (термопатрони), не можуть досягти температури, вищої від 130°С. Для контролю нагрівання зсередини на нижчий шар і вищий шар встановлюють термометр (термопару). На верхній і нижній шари також встановлюють термобатарею. Переваги способу відповідно до винаходу: - матеріал препрегу може формуватись за бажанням користувача і може використовуватись для ремонту і покриття також нерівних поверхонь. - матеріал препрегу може твердіти, навіть якщо він контактує із об'єктом з низькою температурою (0°С). - винахід може використовуватись також для великих, розташованих на відкритому повітрі об'єктів. Деякі приклади будуть наведені для того, щоб продемонструвати можливості практичного використання цього винаходу (в основному для зміцнення труб). 89635 8 У Таблиці 1 наведені результати серії експериментів: різні умови твердіння композитної смуги на основі препрегу. У стовпчиках таблиці наведено склад смуги та основні параметри твердіння адгезивної речовини препрегу. Основними параметрами є: температура стінки труби (і найнижча температура, при якій смуга повністю твердіє за визначений час), і порівняльні дані, що стосуються температури термопатрона (130°С для кожного експерименту). Склад компонентів у 100кг матеріалу матриці основи препрегу (М), мас.%: 25-40 розчину смоли ненасиченого поліефіру у стиролі, з вмістом стиролу 35ваг.%, синтезованої з ортофталевої кислоти і етилен-глікольпропіленгліколь-ангідриду малеїнової кислоти або ізофталевої кислоти і неопентилнглікольпропіленгліколь-ангідриду малеїнової кислоти у суміші 1:1; і/або смоли вінілового ефіру на основі новолак-епокси (DER 8084), або будь-якої суміші цих двох речовин; 5-10 MgO і/або ZnO, і/або ВаО, і/або СаО; 1-5 термопластичного полімеру: ацетобутирату целюлози і/або ацетату целюлози; 30-50 наповнюючого матеріалу: будьякої суміші гідроксиду алюмінію, порошку СаСО 3, тальку та порошку кварцу. До цього матеріалу матриці на основі смоли ненасиченого поліефіру (базової суміші матриці: М) додавали різні типи полімерних ініціаторів та різні кількості полі-ε-капролактону. Склад компонентів у 100кг адгезивної базової суміші (R), мас.%: 30-50 смола ненасичена поліефірна і/або смола вінілефірна (DЕК 8084); 1-5 тиксотропної домішки (на основі активного кремнезему, наприклад, AEROSIL R202); 30-50 гідроксиду алюмінію, порошку СаСО3 і/або тальку. Залежно від складу системи ініціатораактиватора, що використовується для початку утворення сітки, додають різні кількості активних (метакрилат) мономерів та ацетилацетону до адгезивної базової суміші (R). Перший стовпчик таблиці містить умови експерименту відповідно до першого прикладу. У стовпчику 2 наведені умови для прикладу 2. У стовпчику 3 наведені умови для прикладу 3 із зазначенням ефекту від додавання речовин (мономеру ММА, полі-ε-капролактону, ацетилацетону відповідно), як зазначено у прикладах. І у випадку матеріалу матриці препрегу, і у випадку адгезивної речовини для приготування зразків рівномірно використовували гідроксид алюмінію (ΑΤΗ), тальк, порошок кварцу, порошок СаСО 3 і порошок доломіту. На ефект матеріалів, що додавались, на утворення сітки в матеріалі системи не впливав вибір смоли ненасиченого поліефіру чи типу смоли вінілового ефіру (смола поліефіру ортофталевої кислоти, ізофталевої кислоти, смола вінілового ефіру на основі бісфенол-А- або новолак-епокси). Це питання розглядається у Прикладі 4. Приклад 1 Для отримання адгезивної речовини змішували 100кг дуже еластичної смоли вінілового складного ефіру (DER 8084), 10кг метилметакрилатного (ММА) мономеру, 3кг тиксотропної речовини (на основі активного кремнезему, наприклад, 9 AEROSIL R202), 100кг гідроксиду алюмінію (ΑΤΗ), 2кг діацилпероксиду та 2кг Ν,Ν-ди-метиланіліну як активатора (10ваг.% розчин). Для того, що пероксидний ініціатор у матеріалі матриці активувався і при низькій температурі, безпосередньо перед використанням смуги до адгезивної речовини слід додати 2кг розчину нафтенату кобальту (1ваг.%). Змішаний в такий спосіб адгезивний матеріал буде в'язкотекучим протягом 30 хвилин при нормальній температурі, а максимум через 60 хвилин дійде до точки гелеутворення. Цей матеріал має забезпечити зчеплення між металом та смугою, а також між шарами композитного матеріалу, заповнення нерівностей у поверхні. Потрібні для утворення матеріалу смоляної матриці препрегу речовини додають одну за одною та гомогенізують при додаванні. У цьому випадку такими речовинами є: 100кг розчину смоли ненасиченого поліефіру у стиролі, з вмістом 35ваг.% стиролу одержаного шляхом синтезу з ортофталевої кислоти етиленглікольпропіленгліколь-ангідриду малеїнової кислоти у співвідношенні 1:1; 3кг MgO (оксиду магнію); 5кг термопластичного полімеру (АСА - ацетату целюлози), 100кг талька; 5кг полі-ε-капролактону, 2кг ініціатора (0,5кг перкарбонату, 1,5кг tбутилпербензоату). Зміцнюючий матеріал, що використовується у препрегу, виглядає як текстиль і продається в рулонах, має ширину 0,2-1,3м, паралельні смуги скловолокна пролягають паралельно його повздовжній осі (10-50м) і неміцно зв'язані між собою. Для приготування препрегу виконують такі дії: Частину готового матеріалу смоляної матриці наносять на PET плівку. Відповідного розміру (0,3×4м у цьому випадку) частину орієнтованого в одному напрямку зміцнюючого матеріалу на основі скловолокна вводять у плівку та добре просочують смоляною матрицею (з обох сторін матеріалу). Потім просочене скловолокно "прасують" між двома ебонітовими роликами. Відстань між двома роликами є визначеною і попередньо встановленою. Отриманий в такий спосіб препрег може зберігатись без втрачання властивостей протягом 30 днів при нормальній температурі або 90 днів, якщо температура не досягає 20°С. Ідеальним для використання матеріалу є наступний після його виготовлення день. Через день з його поверхні можна зняти PET плівку, яка вже не прилипає. Таким чином можна виготовити смугу композитного препрегу будь-якого розміру. Ширина смуги препергу визначається геометрією скловолокна. Цей продукт зберігається в алюмінієвій фользі до використання при температурі 5-15°С. Підготування зміцнювальної смуги: Трубу необхідно ретельно очистити до металу так, щоб на ній не залишилось масло. Потім попередньо приготовану і описану вище адгезивну речовину наносять тонким шаром на ретельно очищену поверхню труби, покриваючи її нерівні ділянки. Попередньо виготовлений препрег ретельно очищають від алюмінієвої фольги та рівно кладуть на шар адгезивної речовини. 89635 10 По поверхні проходять роликом із малим зусиллям, щоб посилити з'єднання між адгезивною речовиною та препрегом. Верхній шар препрегу ще раз покривають адгезивною речовиною та ще одним шаром препрегу. Цю процедуру повторюють, доки не буде отримана потрібна кількість шарів. Верхній шар смуги покривають PET плівкою, яка вже використовувалась. Для оптимального зміцнювання слід використовувати принаймні 5 шарів. Як правило, їх використовують 8. У цьому прикладі виготовили препрег завдовжки 4м. Повна маса смуги становить 4,12кг, маса скловолокна - 1,72кг. Маса необхідного адгезивного матеріалу - 0,85кг. Смугу використовували для намотування 8 шарів на поверхні 150мм сталевої труби. Термопатрони використовують на верхньому шарі смуги для сприяння процесу твердіння. Ці теплові патрони є індуктивними або резистивними. У разі використання цих патронів на поверхні смуги по колу встановлюють сталеву пластину завтовшки 1мм. Термопатрони із загальною тепловою потужністю 5кВт встановлюють на зазначену сталеву пластину для забезпечення рівномірного розподілу тепла. Для контролю нагрівання зсередини на найближчий до труби шар і верхній шар встановлюють термометр (термопару). Під час експерименту температура стінки труби становила 0°С. Верхній шар препрегу досяг температури 130°С за 20 хвилин. Протягом цього часу внутрішній шар залишався при температурі 0°С. Нагрівання продовжували ще 60 хвилин, контролюючи стабільність верхніх шарів. За цей час затверділа вся смуга. Наявність кобальтового активатора в складі адгезивної речовини забезпечує переваги в плані хімічних реакцій, що проходять у препрегу, якщо він містить ММА мономер і/або полі-ε-капролактон. Ці речовини допомагають активатору проникнути шляхом дифузії з адгезивної речовини до матеріалу матриці препрегу та розпочати розкладання ініціатора (домішки перкарбонату, пербензоату). Таким чином смуга і адгезивна речовина одночасно утворюють зв'язок, і композитна смуга повністю твердіє, (таблиця, стовпчик 1). Приклад 2 Для отримання адгезивної речовини брали 100кг дуже еластичної вініл 3кг тиксотропної речовини (на основі активного кремнезему, наприклад, AEROSIL R202), 100кг гідроксиду алюмінію (ΑΤΗ), 2кг діацилпероксиду. 2кг N,N-диметиланіліну (DMA) (10ваг.% розчину також використовували як активатор. Для того, щоб пероксидний ініціатор у матеріалі матриці активувався і при низькій температурі, безпосередньо перед використанням смуги до адгезивного матеріалу слід додати 2кг розчину нафтенату кобальту (1ваг.%). Змішаний в такий спосіб адгезивний матеріал буде в'язко-текучим протягом 30 хвилинпри нормальній температурі, а максимум через 60 хвилин дійде до точки гелеутворення. Виготовлення матеріалу матриці препрегу було аналогічним першому прикладу: 100кг розчину 11 ненасиченої поліефірної смоли у стиролі (вміст стиролу 35мас.%), отриманої шляхом синтезу з ортофталевої кислоти і етиленглікольпропіленгліколь-ангідриду малеїнової кислоти у співвідношенні 1:1; 3кг MgO (оксиду магнію); 5кг термопластичного полімеру (АСА - ацетату целюлози), 100кг тальку, 10кг полі-ε-капролактону; 2кг ініціатора (0,5кг перкарбонату, 1,5кг tбутилпербензоату). Потрібні для утворення матеріалу смоляної матриці препрегу речовини додають одну за одною та гомогенізують при додаванні. Частину готового матеріалу смоляної матриці наносять на PET плівку. Відповідного розміру (0,3×4м у цьому випадку) частину орієнтованого в одному напрямку зміцнюючого матеріалу на основі скловолокна вводять у плівку та добре просочують смоляною матрицею (з обох сторін матеріалу). Потім просочене скловолокно "прасують" між двома ебонітовими роликами. Відстань між двома роликами є визначеною і попередньо встановленою. У цьому прикладі виготовили препрег завдовжки 4м. Повна маса смуги становить 4,12кг, маса скловолокна - 1,72кг. Маса необхідного адгезивного матеріалу - 0,85кг. Смугу використовували для намотування 8 шарів на поверхні 150мм сталевої труби. Трубою перекачували воду; температура води: 0°С. Температура стінки труби також становила 0°С. Для контролю нагрівання зсередини на найближчий до труби шар і верхній шар встановлюють термометр (термопару). Верхній шар препрегу досяг температури 130°С за 20 хвилин. Протягом цього часу внутрішній шар залишався при температурі 0°С. Нагрівання продовжували ще 90 хвилин, контролюючи температуру верхнього шару шляхом стабілізації. За цей час затверділа вся смуга. Експерименти підтверджують, що кобальтовий активатор справляє явний вплив на хімічні реакції, які проходять у препрегу. Цей вражаючий ефект можна пояснити лише дифузійним проникання кобальтової суміші з адгезивного матеріалу до матеріалу матриці. Цьому прониканню сприяє полі-ε-капролактон. (таблиця, стовпчик 2). Приклад 3 Для отримання адгезивної речовини брали 100кг дуже еластичної смоли вінілового ефіру, 3кг тиксотропної речовини (на основі активного кремнезему, наприклад, AEROSIL R202), 100кг гідроксиду алюмінію (ΑΤΗ), 5кг метил-(мет)акрилатного (ММА) мономеру і 2кг діацилпероксиду, 2кг алкілароматичного-амінового (DMA) розчину (10ваг.%) також використовували як активатор. 2кг розчину нафтен ату кобальту (1ваг.%) і 0,5кг ацетилацетону слід додати до адгезивної речовини для того, щоб пероксидний ініціатор у матеріалі матриці активувався і при низькій температурі. Виготовлення матеріалу матриці препрегу було аналогічним першому прикладу: 100кг розчину ненасиченої поліефірної смоли у стиролі (вміст стиролу 35мас.%), отриманої шляхом синтезу з ортофталевої кислоти і етиленглікольпропіленгліколь-ангідриду малеїнової кислоти у 89635 12 співвідношенні 1:1; 3кг MgO (оксиду магнію); 5кг термопластичного полімеру (CAB - ацетобутирату целюлози); 100кг тальку; 2кг ініціатора (0,5кг перкарбонату, 1,5кг t-бутилпербензоату). Потрібні для утворення матеріалу смоляної матриці препрегу речовини додають одну за одною та гомогенізують при додаванні. Частину готового матеріалу смоляної матриці наносять на PET плівку. Відповідного розміру (0,3×4м у цьому випадку) частину орієнтованого в одному напрямку зміцнюючого матеріалу на основі скловолокна вводять у плівку та добре просочують смоляною матрицею (з обох сторін матеріалу). Потім просочене скловолокно "прасують" між двома ебонітовими роликами. Відстань між двома роликами є визначеною і попередньо встановленою. Цей препрег можна використовувати через 24 години після виготовлення, він може зберігатись протягом 30 днів при нормальній температурі або 90 днів, якщо температура не досягає 20°С. У цьому прикладі виготовили препрег завдовжки 4м. Повна маса смуги становить 4,08кг, маса скловолокна - 1,70кг. Маса необхідного адгезивного матеріалу - 0,80кг. Смугу використовували для намотування 8 шарів на поверхні 150мм сталевої труби. Трубою перекачували воду; температура води: 0°С. Температура стінки труби також становила 0°С. Для контролю нагрівання зсередини на найближчий до труби шар і верхній шар встановлюють термометр (термопару). Верхній шар препрегу досяг температури 130°С за 20 хвилин. Протягом цього часу внутрішній шар залишався при температурі 0°С. Нагрівання продовжували ще 60 хвилин, контролюючи температуру верхнього шару шляхом стабілізації. За цей час затверділа вся смуга. Експерименти показують, що кобальтовий активатор справляє явний вплив на хімічні реакції, які проходять у препрегу. Цей вражаючий ефект можна пояснити лише дифузійним проникання кобальтової суміші з адгезивного матеріалу до матеріалу матриці. Цьому прониканню сприяє ацетилацетон. (таблиця, стовпчик 3) Приклад 4 Для отримання адгезивної речовини брали 100кг смоли бісфенолового вінілового ефіру, 5кг тиксотропної речовини (на основі активного кремнезему, наприклад, AEROSIL R202), 50кг гідроксиду алюмінію (ΑΤΗ); 50кг тальку, 10кг метилметакрилатного (ММА) мономеру, та 1кг нафтенату кобальту (1ваг.% Со) або ванадій-нафтенату (1ваг.%) як активатор. Для забезпечення твердіння адгезивного матеріалу використовують ініціатори: 2кг кумолгідропероксиду або Ν,Νдиметиланіліну і 1кг кетонпероксиду. Змішаний в такий спосіб адгезивний матеріал буде в'язко-текучим протягом 30 хвилин при нормальній температурі (23±2°С), а через 60 хвилин дійде до точки гелеутворення. Потрібні для утворення матеріалу смоляної матриці препрегу речовини додають одну за одною та гомогенізують при додаванні. У цьому випадку такими речовинами є: 100кг розчину нена 13 89635 сиченої поліефірної смоли у стиролі (вміст стиролу 35мас.%), отриманої шляхом синтезу з ортофталевої кислоти і етиленгліколь-пропіленглікольангідриду малеїнової кислоти у співвідношенні 1:1; 3кг MgO (оксиду магнію); 5кг термопластичного полімеру (PVAc - полівінілацетат); 100кг гідроксиду алюмінію (ΑΤΗ); 3кг полі-ε-капролактону, 2кг ініціатора пербензоату з високою температурою розкладання. Частину готового матеріалу смоляної матриці наносять на PET плівку. Відповідного розміру (0,3×4м у цьому випадку) частину орієнтованого в одному напрямку зміцнюючого матеріалу на основі скловолокна вводять у плівку та добре просочують смоляною матрицею (з обох сторін матеріалу). Потім просочене скловолокно "прасують" між двома ебонітовими роликами. Відстань між двома роликами є визначеною і попередньо встановленою. Цей препрег можна використовувати через 24 години після виготовлення, він може зберігатись без втрати властивостей протягом 30 днів при нормальній температурі або 90 днів, якщо температура не досягає 20°С. У цьому прикладі виготовили препрег завдовжки 4м. Повна маса смуги становить 4,10кг, маса скловолокна - 1,70кг. Маса необхідного адгезивного матеріалу - 0,80кг. Смугу використовували для намотування 8 шарів на поверхні 150мм сталевої труби. Трубою перекачували воду; температура води: 0°С. Температура стінки труби також становила 0°С. Для безперервного контролю нагрівання зсередини на найближчий до труби шар і верхній шар встановлюють термометр (термопару). Верхній шар препрегу досяг температури 130°С за 20 хвилин. Протягом цього часу внутріш 14 ній шар залишався при температурі 0°С. Нагрівання продовжували ще 60 хвилин, контролюючи температуру верхнього шару шляхом стабілізації. За цей час затверділа вся смуга. Повторення експерименту показало, що у випадку відсутності ММА мономеру внутрішній шар смуги не затвердів би повністю. Нагрівання труби до 60° допомогло, і з'єднання препрегу повністю закінчилось. Ці експерименти показують, що кобальтовий активатор справляє явний вплив на хімічні реакції, які проходять у препрегу, що у перших трьох експериментах мав різний склад. Цей вражаючий ефект можна пояснити лише дифузійним проникання кобальтової суміші з адгезивного матеріалу до матеріалу матриці. Прониканню сприяє ММА мономер, доданий до адгезивного матеріалу, хоча його дія є не такою сильною, як описана у попередніх випадках. Система препрегу та адгезивного матеріалу, що містить смоляну матрицю з ненасиченого поліефіру/вінілового ефіру (композитна смуга), може повністю твердіти, навіть якщо вона контактує із поверхнями з низькою температурою (0°С). Це забезпечується додаванням пероксидів до матеріалу препрегу. Активатори, які розкладають пероксиди, проникають шляхом дифузії між двома різними матрицями, а, потрапивши до препрегу, ініціюють з'єднання поліефірної/вінілефірної смоли. Дифузії (та твердінню препрегу) дуже сприяють кілька речовин (полі-ε-капролактон у препрегу; метакрилової кислоти ефірні мономери та ацетилацетон у адгезивній речовині). Вибір нафтенату кобальту або нафтенату ванадію не впливає на процес. Таблиця 1 Різні умови твердіння композитної смуги препрегу для різних експериментів № експерименту Матеріал матриці 100 [кг] Перкарбонат [кг] t-бутилпербензоат [кг] Полі-ε-капролактон [кг] Адгезивний матеріал 100 [кг] ММА мономер [кг] Діацилпероксид [кг] Кетонпероксид [кг] Кумолгідропероксид [кг] Ν,Ν-Диметиланілін* [кг] Кобальту нафтенат** [кг] Ванадію нафтенат*** [кг] Ацетилацетон [кг] Труба Температура [°С] Термопатрон Час твердіння [хвилини] * Ν,Ν-диметиланілін 10ваг.% ** Нафтенат кобальту 1ваг.% кобальту *** Нафтенат ванадію 1ваг.% ванадію 1 2 3 Базова суміш матеріалу матриці (М) 0,5 0,5 0,5 1,5 1,5 1,5 5 10 Базова адгезивна суміш ( R) 10 5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 130 60 0 130 90 0,5 0 130 60 15 89635 Базова суміш матеріалу матриці (М) - 100кг ненасиченої поліефірної смоли, отриманої синтезом з ортофталевої кислоти та етиленглікольпропіленгліколь-ангідриду малеїнової кислоти (співвідношення: 1:1) у стиролі (вміст стиролу Комп’ютерна верстка А. Рябко 16 35мас.%), 3кг MgO (оксид магнію), 5кг термопластичного полімеру, 100кг тальку. Базова адгезивна суміш (R) - 100кг вініл ефірної смоли, 3кг тиксотропної домішки, 100кг гідроксиду алюмінію (ΑΤΗ). Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601