ПОЛИМЕРНАЯ ЛИТЬЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 1994 года по МПК C08L77/00 C08K13/04 C08L77/00 C08L23/06 C08K13/04 C08K5/54 C08K7/02 

Изобретение относится к области полимерных литьевых композиций, содержащих модифицирующую добавку и волокнистый наполнитель.

Известны композиционные материалы [1, 2] на основе пластика, армированного модифицированными волокнами, однако при переработке данных композиционных материалов неизбежно возникновение внутренних напряжений в изделиях в связи с отсутствием добавок в полимерной матрице, снижающих эти напряжения. К тому же данные композиты обладают низкими звукогасящими свойствами.

Известны также полиамидные композиции [3], содержащие не только комбинированные модифицированные волокнистые материалы, но и модифицирующую матрицу композита добавку этиленового сополимера, снижающую внутренние напряжения в композите. Однако звукогасящие свойства такой композиции не велики.

Целью изобретения является повышение звукогасящих свойств композиции при сохранении прочностных свойств. Эта цель достигается за счет того, что предлагаемая композиция содержит комбинированную модифицирующую добавку, состоящую из 1-3 мас. ч. трис-триметилсилоксифенилсилана и 1-5 мас. ч. полиэтилена низкой плотности, которая, с одной стороны, за счет полиэтилена низкой плотности улучшает надмолекулярную структуру матрицы, способствуя снижению внутренних напряжений, а следовательно, и сохранению высоких прочностных характеристик материала, а с другой, за счет кремнийорганической жидкости, которая работая не только как смазка между надмолекулярными образованиями матрицы, но как и смазка на молекулярном уровне, облегчает образование ламелей и кристаллитов в матрице композита, что увеличивает разноплотность всей композиции и способствует увеличению звукогашения, а также образованию прочного промежуточного слоя между волокном и полимерной матрицей за счет химических и физических связей, т. е. повышает адгезию волокна к матрице. Высокая прочность полимерной матрицы, таким образом, реализуется за счет релаксации внутренних напряжений после переработки композита, т. к. полиэтилен играет роль густой смазки между кристаллами матрицы и облегчает их возможное перемещение. Низкомолекулярная кремнийорганическая жидкость, в данном случае, играет в композите роль жидкой смазки, облегчающей складывание полимерной цепочки матрицы в ламели, а ламели в кристаллиты, способствуя снятию внутренних напряжений и образованию уплотнений и рыхлых участков в матрице.

Высокие звукогасящие свойства композиции достигаются за счет большого количества в ней неоднородностей как за счет разной природы наполнителей, вводимых в композит, так и за счет образования уплотнений и рыхлых участков при образовании ламелей в матрицы композита, где происходит интерференция и дифракция звуковых волн, благодаря которым и происходит их затухание в композите.

Нанесение на волокна кремнийорганических жидкостей в качестве замасливателей хорошо известно в промышленности. Однако технология их нанесения не гарантирует 100%-ного покрытия ими волокон, поэтому введение 1-3 мас.% кремнийорганической жидкости в матрицу дополнительно способствует покрытию тех участков, которые не покрыты замасливателем, что ведет к образованию большого количества связей между волокнами наполнителя и полимерной матрицей.

Введение кремнийорганической жидкости менее 1 мас.% не влияет на повышение акустических и физико-механических характеристик композита из-за низкой своей концентрации, а введение этого вещества в количестве более 3 мас. % ведет к образованию низковязкой фазы в матрице полимера и способствует снижению этих характеристик.

Введение полиэтилена в композицию в указанных в изобретении концентрациях обусловлено аналогичными соображениями. Верхний концентрационный предел содержания полиэтилена в композите обусловлен тем, что при увеличении содержания полиэтилена более 5 мас.% происходит образование каплеобразных фракций полиэтилена, которые имеют более низкие физико-механические показатели по сравнению с полиамидом и снижают способность композита к образованию ламелей в полиамиде, и разрушение композита происходит по каплеобразным фракциям полиэтилена.

Введение комбинированного волокнистого наполнителя способствует, с одной стороны, повышению по сравнению с чистым полиамидом звукогасящих свойств композита, а с другой стороны, повышению физико-механических свойств, т. к. наличие жестких и мягких волокон в композите способствует сопротивлению композита как при статических (работают жесткие волокна), так и при динамических (работают мягкие волокна) нагрузках.

При содержании комбинированного волокна более 40 мас.% резко снижается большинство физико-механических свойств композита, затрудняется его перерабатываемость методом литья под давлением, резко увеличивается износ оборудования из-за абразивных свойств наполнителя. Содержание комбинированного волокна в композите менее 30 мас.% не дает желаемого звукогасящего эффекта из-за недостаточной концентрации.

Соотношение мягких и жестких волокон 3:2 дает максимальный звукогасящий эффект при сохранении высоких физико-механических показателей композиции.

Данные теоретические посылки хорошо согласуются с экспериментальными результатами, полученными при испытаниях образцов (см. табл. 1).

Из табл. 1 видно, что наилучшие результаты по прочности и звукогашению получились в композиции, содержащей 1 мас.% трис-триметилсилоксифенилсилана, 5 мас.% полиэтилена низкой плотности и 40 мас.% смеси органических и неорганических волокон в соотношении 3: 2. Все запредельные значения, обозначенные в заявке, как видно из таблицы, дают худшие результаты.

Известно также, что стеклянные и базальтовые волокна близки по своим свойствам, что видно из табл. 2 [4].

Длина волокна 5-7 в композите обусловлена оптимальной длиной гранул материала при переработке его методом литья под давлением, а с другой стороны, именно такая длина рубленного волокнистого наполнителя обеспечивает равенство сил взаимодействия полимера и волокон с прочностью самих волокон, что дает максимально возможную прочность композита с рубленными волокнами.

Для проведения испытаний применялись следующие материалы: полиамид 610 ГОСТ 10589-87, синтетическое волокно "фенилон" (волокно из ароматического полиамида) ТУ 6-06-32-185-76, ровинг из стеклянных базальтовых комплексных нитей ТУ21УССР 362-83, ровинг из стеклянных комплексных нитей ГОСТ 171-39-79, полиэтилен высокого давления ГОСТ 16337-77, трис-триметилсилоксифенилсилан ТУ 6-02-1233-82.

Гранулы для получения образцов композицинного материала получали на установке с одношнековым экструдером-пластикатором. Смешение полиамида, предварительно модифицированного полиэтиленом и трис-триметилсилоксифенилсиланом, с пучком органических и неорганических непрерывных волокон в соотношении, указанном в формуле, происходило в кабельной головке экструдера, после чего непрерывный пучок готового композита охлаждался на воздухе и после гранулятора получались гранулы длиной 5-7 мм. При этом температура по зонам экструдера соответствовала режимам, характерным для переработки полиамидов, т. е. 220-250^оС, а скорость подачи расплава и вытяжки прутка композита из головки экструдера регулировалась с целью обеспечения общей концентрации волокна 30-40 мас.%. Изготовление образцов типа "брусок" 80 х10 х 4 мм и прутков диаметром 10 мм и длиной 100 мм изготавливались на термопластавтомате с максимальным объемом впрыска 63 см³ на режимах, характерных для переработки стеклонаполненного полиамида типа ПА-6-210ДС ГОСТ 17648-83: температура расплава 230-260^оС, температура формы 50-60^оС, удельное давление литья 110-120 МПа, время впрыска 2-2,5 с, время выдержки под давлением 20-30 с, время охлаждения 20-30 с. Физико-механические испытания проводились по стандартным методикам: плотность определялась методом гидростатического взвешивания по ГОСТ 15139-69, разрушающее напряжение при изгибе по ГОСТ 4648-80. Скорость распространения звуковых волн определялась по частотам продольных и поперечных колебаний. Для испытаний брались образцы в виде прутков диаметром 10 мм и длиной 100 мм. Расчет скорости прохождения волны через материал проводился по формулам:
С_пр. = f_пр. ˙ 2L
C_поп. = f_поп. ˙ 2L
С_общ.² = С_пр.² - 4/3 С_поп.²
где С - скорость волны;
f - частота колебаний;
L - длина образца.

Использование: материалы со звукогасящими свойствами. Сущность изобретения: полимерная литьевая композиция содержит полиамидную матрицу, модифицирующую добавку, введенную в полимерную матрицу, и волокнистый наполнитель, причем в качестве модифицирующей добавки используется смесь низкомолекулярного кремнийорганического соединения трис-триметилсилоксифенилсилана и полиэтилена низкой плотности, в качестве волокнистого наполнителя - механическая смесь волокон длиной 5 - 7 мм на основе ароматического полиамида и стеклянного или базальтового волокна в соотношении 3 : 2 при следующем соотношении компонентов, мас.ч: полиамид 52 - 68; трис-триметилсилоксифенилсилан 1 - 3; полиэтилен низкой плотности 1 - 5; механическая смесь волокон длиной 5 - 7 мм из ароматического полиамида и базальтового или стекловолокна в соотношении 3 : 2 30 - 40. 2 табл.

ПОЛИМЕРНАЯ ЛИТЬЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ, содержащая полиамидную матрицу, модифицирующую добавку и волокнистый наполнитель, отличающаяся тем, что, с целью повышения показателей звукогасящих свойств при сохранении высоких прочностных характеристик, в качестве модифицирующей добавки композиция содержит смесь низкомолекулярного кремнийорганического соединения трис-триметилсилоксифенилсилана и полиэтилена низкой плотности, введенную в полиамидную матрицу, в качестве волокнистого наполнителя - механическую смесь волокон длиной 5 - 7 мм на основе ароматического полиамида и стеклянного или базальтового волокна в соотношении 3 : 2 при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.:
Полиамид 52 - 58
Трис-триметилсилоксифенилсилан 1 - 3
Полиэтилен низкой плотности 1 - 5
Механическая смесь волокон длиной 5 - 7 мм на основе ароматического полиамида и базальтового или стекловолокна в соотношении 3 : 2 30 - 40