слоистый материал

Формула изобретения

Слоистый материал, включающий несколько (два и более) параллельных слоев из полимерного композита, включающего полимерную матрицу и частицы наполнителей, в том числе твердых и волокнистых, при этом для каждой линии ортогонального сечения материала при максимальном эксплуатационном сжатии сумма длин сечений этой линией частиц наполнителей меньше толщины слоистого материала на величину, большую суммы удлинений частиц наполнителей по этой линии при максимальном эксплуатационном нагреве материала, сумма длин сечений этой линией частиц наполнителей для каждого слоя меньше толщины этого слоя на величину, большую суммы удлинений частиц наполнителей в пределах соответствующего слоя по этой линии при максимальном эксплуатационном нагреве материала, отличающийся тем, что для каждого слоя материала частицы твердых наполнителей и волокнистых наполнителей (наполнителя) размещены по длине слоя так, что сумма длин сечений частиц по каждой линии сечения материала в плоскости слоев с учетом суммарного теплового удлинения частиц по этим линиям меньше длины соответствующих линий сечения в пределах этого слоя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к слоистым электроизоляционным и слоистым уплотнительным материалам, предназначенным, соответственно, для эксплуатации в различных электрических машинах и оборудовании, в процессе эксплуатации которых электроизоляционный материал подвергается переменным термическим и механическим нагрузкам, включающим сжатие материала, и для уплотнения плоских неподвижных поверхностей в пассивных уплотнениях, в процессе эксплуатации которых уплотнительный материал подвергается переменным термическим нагрузкам.

Аналогом заявляемого изобретения является слоистый материал, включающий несколько плоских параллельных композиционных слоев на основе полимерного связующего, внутри которого размещены частицы наполнителя (см. Шанин Н.П. и др. Производство асбестовых технических изделий. М.: Химия, 1983, с. 185-194). Существенные признаки аналога: "несколько плоских параллельных композиционных слоев на основе полимерного связующего, внутри которого размещены частицы наполнителя" совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является для уплотнительного материала снижение уплотнительной способности материала при многократных нагревах и охлаждениях его в процессе эксплуатации за счет уменьшения восстанавливаемости материала из-за повреждения и разрушения полимерного связующего композиционных слоев частицами наполнителя, а для электроизоляционного материала - снижение электроизоляционных свойств материала при многократных нагревах и охлаждениях его в процессе эксплуатации за счет уменьшения монолитности материала из-за повреждения и разрушения полимерного связующего композиционных слоев частицами наполнителя.

Аналогом заявляемого изобретения является слоистый материал, включающий несколько плоских параллельных композиционных слоев на основе полимерного связующего, внутри которого размещены частицы наполнителя, при этом для каждой линии ортогонального сечения слоистого материала при максимальном эксплуатационном сжатии материала сумма длин сечений этой линией твердых частиц наполнителя меньше толщины слоистого материала, а сумма длин сечений этой линией твердых частиц наполнителя для каждого слоя меньше или равна толщине этого слоя (см. патент РФ 2068137, МПК В 32 В 33/00, 1996). Существенные признаки аналога: "включающий несколько плоских параллельных композиционных слоев на основе полимерного связующего, внутри которого размещены частицы наполнителя, при этом для каждой линии ортогонального сечения слоистого материала при максимальном эксплуатационном сжатии материала сумма длин сечений этой линией твердых частиц наполнителя меньше толщины слоистого материала, а сумма длин сечений этой линией твердых частиц наполнителя для каждого слоя меньше толщины этого слоя" совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является для уплотнительного материала снижение уплотнительной способности материала при максимальном эксплуатационном сжатии материала после многократных охлаждений и нагреваний в результате неравномерного теплового расширения полимерного связующего и отдельных наполнителей (различные коэффициенты теплового расширения), что вызывает возникновение напряжений и разрушение полимерного связующего между отдельными частицами наполнителей и, в результате, происходит трещинообразование и, соответственно, увеличивается возможность пропуска уплотняемой среды (уменьшается уплотнительная способность). Для электроизоляционного материала недостатком является снижение электроизоляционных свойств материала при максимальном эксплуатационном сжатии материала после многократных охлаждений и нагреваний в результате неравномерного теплового расширения полимерного связующего и отдельных наполнителей (различные коэффициенты теплового расширения), что вызывает возникновение напряжений и разрушение полимерного связующего между отдельными частицами наполнителей. В результате происходит трещинообразование и, соответственно, увеличивается возможность пробоя изоляции, то есть уменьшается электроизоляционная способность материала.

Прототипом заявляемого изобретения является слоистый материал, включающий несколько плоских параллельных композиционных слоев на основе полимерного связующего, внутри которого размещены частицы наполнителя, при этом для каждой линии ортогонального сечения слоистого материала при максимальном эксплуатационном сжатии материала сумма длин сечений этой линией частиц наполнителя меньше толщины слоистого материала на величину, большую суммы удлинений частиц наполнителей по этой линии при максимальном эксплуатационном нагреве материала, а сумма длин сечений этой линией частиц наполнителя для каждого слоя меньше толщины этого слоя на величину, большую суммы удлинений частиц наполнителей в пределах соответствующего слоя по этой линии при максимальном эксплуатационном нагреве (см. полезную модель РФ 7939, МПК⁶ В 32 В 33/00, 1998).

Существенные признаки прототипа: "включающий несколько плоских параллельных композиционных слоев на основе полимерного связующего, внутри которого размещены частицы наполнителя, при этом для каждой линии ортогонального сечения слоистого материала при максимальном эксплуатационном сжатии материала сумма длин сечений этой линией частиц наполнителя меньше толщины слоистого материала на величину, большую суммы удлинений частиц наполнителей по этой линии при максимальном эксплуатационном нагреве материала, а сумма длин сечений этой линией частиц наполнителя для каждого слоя меньше толщины этого слоя на величину, большую суммы удлинений частиц наполнителей в пределах соответствующего слоя по этой линии при максимальном эксплуатационном нагреве" совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа является для уплотнительного материала снижение уплотнительной способности материала после многократных охлаждений и нагреваний в результате неравномерного теплового расширения полимерного связующего и отдельных наполнителей по плоскости материала, что может привести к расслоению материала и протечкам уплотняемой среды. Для электроизоляционного материала в результате расслоения увеличивается возможность пробоя изоляции, то есть уменьшается электроизоляционная способность материала.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является для уплотнительного материала повышение уплотнительной способности материала при максимальном эксплуатационном сжатии материала после многократных охлаждений и нагреваний за счет снижения возможности расслоения в результате неравномерного теплового расширения полимерного связующего и отдельных наполнителей, а для электроизоляционного материала - повышение электроизоляционной способности материала при максимальном эксплуатационном сжатии материала после многократных охлаждений и нагреваний за счет снижения возможности пробоя изоляции путем снижения возможности расслоения в результате неравномерного теплового расширения полимерного связующего и отдельных наполнителей.

Для достижения указанного технического результата в слоистом материале, включающем несколько плоских параллельных композиционных слоев на основе полимерного связующего, внутри которого размещены частицы наполнителя, для каждой линии ортогонального сечения слоистого материала при максимальном эксплуатационном сжатии материала сумма длин сечений этой линией частиц наполнителя меньше толщины слоистого материала на величину, большую суммы удлинений частиц наполнителей по этой линии при максимальном эксплуатационном нагреве материала, сумма длин сечений этой линией частиц наполнителя для каждого слоя меньше толщины этого слоя на величину, большую суммы удлинений частиц наполнителей в пределах соответствующего слоя по этой линии при максимальном эксплуатационном нагреве материала, а для каждого слоя материала сумма длин сечений частиц слоя, приходящаяся на каждую линию сечения слоя материала в плоскости слоя, меньше длины этой линии сечения на величину, большую суммы удлинений частиц наполнителя по линии, соответствующей линии сечения слоя при максимальном эксплуатационном нагреве материала.

Существенные признаки заявляемого изобретения: "для каждого слоя материала сумма длин сечений частиц слоя, приходящаяся на каждую линию сечений слоя материала в плоскости слоя, меньше длины этой линии сечения на величину, большую суммы удлинений частиц наполнителя по линии, соответствующей линии сечения слоя при максимальном эксплуатационном нагреве материала" являются отличительными от признаков прототипа.

На чертеже представлено сечение слоистого материала.

Слоистый уплотнительный материал содержит несколько (2 и более) параллельных слоев на основе связующего (например, эластичного, каучукового типа) и наполнителя (единственного или представляющего собой смесь различных наполнителей, например, порошкообразных и волокнистого). В качестве связующего могут использоваться вулканизованные каучуки общего и специального назначения, например бутадиен-стирольный, изопреновый, нитрильный и др., в качестве волокнистых наполнителей могут использоваться различные волокна, например асбестовые, полиарамидные, стеклянные и др., в качестве порошкообразных наполнителей могут использоваться твердые частицы, например глинозем, каолин и др. При этом частицы 1 наполнителей имеют такие размеры и так размещены внутри композиционных слоев 2 материала, сжатого в направлении С (ортогонально плоскости материала), что для каждого слоя материала сумма длин сечений частиц, приходящаяся на каждую линию сечения слоя материала в направлении В (в плоскости слоя), меньше длины АА¹ этой линии сечения на величину, большую суммы удлинений частиц наполнителя по линии, соответствующей линии сечения слоя, при максимальном эксплуатационном нагреве материала. Для сечений материала в направлении С частицы наполнителя размещены внутри материала таким образом, что для каждой линии сечения сжатого в направлении С материала сумма длин сечений этой линией частиц наполнителя меньше толщины D слоистого материала на величину, большую суммы удлинений частиц наполнителей по этой линии при максимальном эксплуатационном нагреве материала, а сумма длин сечений этой же линией частиц наполнителя для каждого слоя меньше толщины этого слоя на величину, большую суммы удлинений частиц наполнителя (в пределах этого слоя) по этой линии при максимальном эксплуатационном нагреве материала.

Изготавливаться заявляемый материал может известными методами, например по паронитовой технологии, соединением предварительно изготовленных композиционных листов и др.

Изготовление слоистого уплотнительного материала, внутри слоев которого размещены твердые частицы наполнителя, с размещением по длине слоев частиц наполнителя таким образом, что сумма длин сечений частиц по каждой линии сечения материала в плоскости слоев с учетом суммарного теплового удлинения частиц по этим линиям меньше длины соответствующих линий сечения, позволяет увеличить уплотнительную способность материала при работе материала в пассивных уплотнениях. В этом случае действие внешних нагрузок на фланцевое соединение воспринимает прокладка, а непосредственный контакт фланцев отсутствует, то есть вся нагрузка сжатия приходится на уплотнительный материал.

Суммарное удлинение частиц наполнителей по плоскости уплотнения в результате эксплуатационного нагрева может составить довольно заметную величину, и если длина конкретного сечения уплотнения будет недостаточной, то возможно разрушение связующего между частицами наполнителя, что приведет к расслоению и, соответственно, увеличит возможность протечек уплотняемой среды, то есть уменьшит уплотняющую способность материала. При отсутствии запаса толщины материала может возникнуть жесткий контакт частиц наполнителя и уплотняемых поверхностей с последующим разрушением материала, а при недостаточной толщине слоя - произойти его разрушение и деформирование соседних слоев. В результате также повысится возможность протечек среды, то есть уменьшится уплотняющая способность материала. По указанным выше причинам для электроизоляционного материала может произойти пробой изоляции, то есть уменьшится электроизоляционная способность материала.