способ упрочнения силовых конструкций

Классы МПК:E04C5/07 из неметаллического материала, например стекла, пластмассы или частично из металла
E04G23/02 ремонт, например заполнение трещин; восстановление; реконструкция; пристройка 
C23C26/00 Способы покрытия, не предусмотренные в группах  2/00
Патентообладатель(и):Лапицкая Татьяна Валентиновна (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-12-28
публикация патента:

Изобретение относится к способам упрочнения силовых конструкций, имеющих существующие или прогнозируемые разрушающиеся участки, с помощью полос из композиционного материала. В качестве полос используют тканый или нетканый армирующий наполнитель из стеклянных, базальтовых, синтетических полимерных или углеродных волокон. Указанные волокна пропитывают полимерной композицией в количестве 30÷60% от веса композита, обеспечивающей их прилипание к силовым конструкциям и последующее отверждение от +5°С до +100°С в течение от 5 минут до двух суток. Полимерная композиция содержит в мас.ч.: эпоксидная смола 100, активный эпоксидный разбавитель 5÷130, отвердитель 15÷110, загуститель 5÷50, пигмент или краситель 0,5÷50. В качестве отвердителя она содержит продукт взаимодействия аминного компонента с монокарбоновыми кислотами. В качестве аминного компонента используют смесь, состоящую из первичного ароматического амина или смесь ароматических аминов (А), вторичного алифатического аминоспирта (Б) и третичного алифатического аминоспирта (В) в массовом соотношении А:Б:В от 98:0,2:1,8 до 80:5:15. Монокарбоновую кислоту (Г) вводят в виде - 25÷80% раствора в одноатомном алифатическом или ароматическом спирте, или их эфире с моно- или дикарбоновой кислотой, в соотношении (А+Б+В):Г от 90:10 до 60:40 в пересчете на 100% кислоту с последующим взаимодействием путем перемешивания в реакторе при температуре от 50 до 130°С в течение от 20 до 120 минут и скорости мешалки от 100 до 3000 оборотов в минуту. Обеспечивается повышение адгезии усиливающих полос из композиционных материалов к поверхностям конструкций и более эффективное их упрочнение. 2 табл.

Изобретение относится к способам упрочнения силовых конструкций, в частности опор мостов, несущих стен зданий, дымовых труб и других сооружений, имеющих существующие или прогнозируемые разрушающиеся участки, с помощью полос из композиционного материала и, может быть также использовано при ремонте яхт, катеров, емкостей для хранения различных жидкостей, трубопроводов и других целей.

Ближайшим прототипом заявляемого решения является патент США № 6.811.861 от 02.10.2004 г. (В2), в котором описывается способ упрочнения силовых конструкций путем приклеивания или пристреливания готовых полос из композиционных армированных материалов, пропитанных полимерной матрицей.

Недостатком такого способа являются неполное использование прочностных свойств композиционных материалов и, как следствие, сравнительно невысокое усиление, особенно при механическом закреплении полос (пристреливание или другими подобными методами), а также необходимость механической обработки поверхности полос при склеивании, которое также не позволяет полностью реализовать усиливающее действие композиционных материалов и не обеспечивает высокой адгезии к конструкциям и, кроме того, увеличивается трудоемкость.

Задачей заявляемого изобретения является повышение адгезии усиливающих полос из композиционных материалов к поверхностям конструкций и более эффективное их упрочнение, а также снижение трудозатрат за счет совмещения операций изготовления полос и их нанесения на усиливаемую коистоукцию.

Поставленная задача достигается тем, что в качестве полос используют тканный или нетканый наполнитель из стеклянных, базальтовых, синтетических полимерных или углеродных волокон, которые пропитывают полимерной композицией в количестве 30÷60% от веса композита, обеспечивающей их прилипание к силовым конструкциям и последующее отверждение от +5°C до +100°C в течение от 5 минут до 2 суток, при этом композиция состоит из эпоксидной смолы, активного эпоксидного разбавителя, а в качестве отвердителя она содержит продукт взаимодействия аминного компонента с монокарбоновыми кислотами, с использованием в качестве аминного компонента смеси, состоящей из первичного ароматического амина или смеси ароматических аминов (А), вторичного алифатического аминоспирта (Б) и третичного алифатического аминоспирта (В) в массовом соотношении А:Б:В от 98:0,2:1,8 до 80:5:15, а монокарбоновую кислоту (Г) вводят в виде 25÷80% раствора в одноатомном алифатическом или ароматическом спирте, или их эфире с моно- или дикарбоновой кислотой, в соотношении (А+Б+В):Г от 90:10 до 60:40 в пересчете на 100% кислоту, с последующим взаимодействием путем перемешивания в реакторе при температуре от 50 до 130°C в течение от 20 до 120 минут и скорости мешалки от 100 до 3000 оборотов в минуту, и дополнительно содержит загуститель, пигмент или краситель, при этом композиция содержит в мас.ч.:

эпоксидная смола100
активный эпоксидный разбавитель 5÷130
отвердитель 15÷110
загуститель 5÷50
пигмент или краситель0,5÷50

Пример 1.

Получение отвердителя

В реактор, снабженный обогревом, охлаждением и скоростной мешалкой, поочередно загружают 3 ингредиента, входящие в аминный компонент, - метафенилендиамин (А), вторичный аминоспирт - диизопропаноламин (Б) и третичный аминоспирт - N,Nспособ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 диизопропанилэтаноламин (В) в массовом соотношении А:Б:В=88:2,6:9,4. Смесь перемешивают при 100°C в течение 5 минут при 1500 оборотах в минуту работающей мешалки. Затем в реактор добавляют масляную кислоту (Г) в виде 50% раствора в этиловом спирте в соотношении (А+Б+В):Г=75:25 в пересчете на 100% кислоту и поддерживая температуру 100°C при работающей мешалке осуществляют взаимодействие в течение 60 минут.

Полученный отвердитель используют для приготовления полимерной композиции.

Приготовление смоляной части полимерной композиции

В другой реактор загружают 100 мас.ч. эпоксидной диановой смолы марки ЭД-20 и 70 мас.ч. активного эпоксидного разбавителя - диглицидилового эфира полиэпихлоргидрина марки Э-181. Температуру в реакторе поднимают до 70°C и перемешивают в течение 10 минут при 500 об/мин, после чего вводят 27 мас.ч. загустителя - оксипропилированного крахмала и 12 мас.ч. красителя - фталоцианинового голубого. Температуру в реакторе снижают до +25°C, загружают 60 мас.ч. отвердителя и перемешивают при тех же оборотах 15 минут. Полученную композицию направляют на переработку.

Примеры 2÷8 осуществляют аналогично примеру 1 с изменением параметров и компонентов в соответствии с таблицей 1.

Свойства полученной композиции по примерам 1÷8 представлены в таблице 2, в которой показаны ее преимущества перед известными техническими решениями.

Осуществление операции упрочнения силовой конструкции

Смешение смоляной части и отвердителя осуществляют на месте применения с помощью переносной мешалки.

После смешения компонентов композицию выливают на разрезанные полосы стеклоткани сатинового переплетения марки Т-80, уложенные на полиэтиленовую пленку, в соответствии с площадью упрочняемого участка. Пропитанные полосы прокатывают валиком из фторопласта-4 для удаления избытка композиции, обеспечивая ее содержание в композиционном материале 35%. Этой же композицией промазывают бетонную поверхность силовой конструкции и при наличии глубоких трещин заполняют последние с помощью шприца, прижимают до предварительного схватывания в течение 10 минут при температуре +60°C, обеспечиваемой горячим воздухом или инфракрасной лампой. При ремонте потолочных перекрытий предварительно смешанную композицию наносят непосредственно на усиливаемую поверхность, затем прикатывают валиком сухую ткань, добиваясь проступания композиции на поверхность ткани, сверху наносят еще один слой композиции.

Примеры 2÷7 осуществляют аналогично примеру 1 с изменением параметров в соответствии с таблицей 1.

Преимущества заявляемого способа по примерам 2÷7 перед известным приведены в таблице 2.

Таблица 1.
Условия осуществления способа структурного упрочнения силовых конструкций
№ п/пНаименование компонента, параметра Вид компонента или величина параметра по примерам
Получение отвердителя 23 456 7
1Наименование ароматического амина или смеси ароматических аминов (А) 4,4способ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 диаминодифенилметантолуилендиамин парааминобензиланилин 3,3способ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 дихлор 4,4способ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 диаминодифенилметан Технический прдукт ароматический полиамин, состоящий из смеси - изомеров 4,4способ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 , -4,2способ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 , 2,2способ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 диаминодифенилметана и 3÷4 ядерных гомологов
2Наименование вторичного алифатического аминоспирта (Б) Диизопропаноламинметил-этаноламин Диэтаноламинтретбутил-бутаноламин изопентилэтпнола мин метилэтаноламин
3 Наименование третичного алифатического аминоспирта (В) N,Nспособ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 диизопропанилэтаноламинметил-диэтаноламин триизопропаноламин триизопропанолам инТриэтаноламин триизопропаноламин
4Соотношение А:Б:В 88:2,6:9,488:2,6:9,4 88:2,6:9,488:2,6:9,4 98:0,2:1,880:05:15
5Наименование момнокарбоновой кислоты (Г) аминокапроноваятрихлоруксусная ангеликоваяспособ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 -пирролкарбоноваябензойная акриловая
6Соотношение (А+Б+В):Г (в пересчете на 100%) кислоты75:25 75:2575:2590:10 60:4060:40
7Наименование растворителя и его % содержание в компоненте (Г)пропиловый спирт 50%Диоктилфталат 30% Этилацетат 20%Амиловый спирт 60% Бензиловый спирт 10% Фурфуриловый спирт 25%
8 Режим взаимодействия:способ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 способ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 способ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 способ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 способ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 способ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185
способ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 - температура, °С 509090 5080130
способ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 - время, мин 1206060 606080
способ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 - число оборотов мешалки в мин 10001000 10001000100 3000

способ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 ПОЛУЧЕНИЕ СМОЛЯНОЙ ЧАСТИ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ23 45 67
1 Вид эпоксидной смолы (100 мас.ч. по всем примерам) Эпоксидная диановая смола марки ЭД-8 молекулярная масса 1000Триглицидил изоцианурат марки ЭЦТриглицидил изоцианурат марки ЭЦ Триглицидилпарааминофенол УП-610 Диглицидиловый эфир резорцина марки РЭС-3 Эпоксидированный фенолоформальдегидный новолак марки ЭН-6
2 Вид и количество активного эпоксидного разбавителя, мас.ч. Триглицидиловый эфир этриола Триглицидиловый эфир этриолаДиглицидиловый эфир диэтиленгликоля марки ДЭГ-1Моноокисьвинил циклогексенаБутилглицидиловый эфир Тетраглицидиловый эфир пентаэритрита
130130 57070 70
3Количество отвердителя, полученного по тем же примерам, мас.ч. 156060 6060110
4Вид и количество загустителя, мас.ч.Метилцеллюлоза 50 Аэросил 5Гидрогинезированное касторовое масло 27Оксиэтилированный крахмал 20 + аэросил 7Альгинат натрия 27Альгиновая кислота 27
5Вид и количество красителя или пигмента, мас.ч.Двуокись титана 0,5 Окись цинка 25Нигрозин 12Антрахиноновы и красный 2 Антрахиноновый красный 2Фталоцианиновый зеленый 1

способ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ОПЕРАЦИИ УПРОЧНЕНИЯ СИЛОВОЙ КОНСТРУКЦИИспособ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 способ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 способ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 способ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 способ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185 способ упрочнения силовых конструкций, патент № 2516185
1 Температура смешения смоляной части и отвердителя +30+10 +40+20 +20+20
2Вид армирующего наполнителя (полоса) Лента углеродная марки ЛУВМ-350/05-12п Стеклоткань марки ТС-26П-34 Лента углеродная однонаправленная марки УОЛ-300 Арамидная ткань марки кевлар (форма Дюпон) Ткань из волокон полиамидных СВМ марки РУС АР Лента из параллельно уложенных базальтовых волокон (опытная)
3Содержание полимерной композиции в пропитанной полосе, % 4545 4545 1060
4Количество слоев пропитанных полос 15 8 105 5
5Метод нанесения упрочняющей полосы Контактное формование с последующим фиксированием до отверждения Прикатывание на предварительно промазанную составом поверхность
6Режим отверждения - температура - время+100 +10+60 +40+20 +20
10 мин 2 суток60 мин 2 часа24 часа 24 часа

Таблица 2
Свойства упрочняющей силовой конструкции, полученной по заявляемому способу
№ п/пНаименование показателя Величина показателя по примерам
12 34 567
1Адгезия к высокопрочному бетонуОтрыв по бетону
2Предел прочности при статическом изгибе, МПа900 120010001300 7001100 950
3 Предел прочности при растяжении при 20°С, МПа4001500 4501700 500600 1100
4Предел прочности при растяжении при 60°С, МПа 4001400450 1600500 6001000
5Удельная ударная вязкость, кДж/м2 9001100 12001000900 12001000

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ упрочнения силовых конструкций с помощью полос из композиционного материала, отличающийся тем, что в качестве полос используют тканый или нетканый армирующий наполнитель из стеклянных, базальтовых, синтетических полимерных или углеродных волокон, которые пропитывают полимерной композицией в количестве 30÷60% от веса композита, обеспечивающей их прилипание к силовым конструкциям и последующее отверждение от +5°С до +100°С в течение от 5 минут до двух суток, при этом полимерная композиция состоит из эпоксидной смолы, активного эпоксидного разбавителя, а в качестве отвердителя она содержит продукт взаимодействия аминного компонента с монокарбоновыми кислотами, с использованием в качестве аминного компонента смеси, состоящей из первичного ароматического амина или смеси ароматических аминов (А), вторичного алифатического аминоспирта (Б) и третичного алифатического аминоспирта (В) в массовом соотношении А:Б:В от 98:0,2:1,8 до 80:5:15, а монокарбоновую кислоту (Г) вводят в виде 25÷80% раствора в одноатомном алифатическом или ароматическом спирте, или их эфире с моно- или дикарбоновой кислотой, в соотношении (А+Б+В):Г от 90:10 до 60:40 в пересчете на 100% кислоту, с последующим взаимодействием путем перемешивания в реакторе при температуре от 50 до 130°С в течение от 20 до 120 минут и скорости мешалки от 100 до 3000 оборотов в минуту, и дополнительно содержит загуститель, пигмент или краситель, при этом композиция содержит в мас.ч.:

эпоксидная смола100
активный эпоксидный разбавитель 5÷130
отвердитель 15÷110
загуститель 5÷50
пигмент или краситель0,5÷50


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2516185

patent-2516185.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс E04C5/07 из неметаллического материала, например стекла, пластмассы или частично из металла

Класс E04G23/02 ремонт, например заполнение трещин; восстановление; реконструкция; пристройка 

Класс C23C26/00 Способы покрытия, не предусмотренные в группах  2/00

Патенты РФ в классе C23C26/00:
способ упрочнения металлических изделий с получением наноструктурированных поверхностных слоев -  патент 2527511 (10.09.2014)
способ индукционной наплавки твердого сплава на стальную деталь -  патент 2520879 (27.06.2014)
способ получения тонкопленочных полимерных нанокомпозиций для сверхплотной магнитной записи информации -  патент 2520239 (20.06.2014)
покрытие на режущем инструменте, выполненное в виде режущего кромочного элемента, и режущий инструмент, содержащий такое покрытие -  патент 2518856 (10.06.2014)
способ нанесения металлического покрытия на токопередающие поверхности разборных контактных соединений -  патент 2516189 (20.05.2014)
способ нанесения антифрикционных покрытий на боковую поверхность рельса -  патент 2510433 (27.03.2014)
способ нанесения металлокерамического покрытия на стальную деталь с использованием электрической дуги косвенного действия -  патент 2510427 (27.03.2014)
способ металлизации древесины -  патент 2509826 (20.03.2014)
способ получения защитно-декоративных покрытий на изделиях из древесины -  патент 2509823 (20.03.2014)
способ изготовления кварцевых контейнеров -  патент 2504602 (20.01.2014)




Наверх