ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 1999 года по МПК C08L23/12 C08L77/00 C08K7/04 C08J5/16 C08L23/12 C08L77/00 C08L23/06 

Изобретение откосится к полимерным композиционным материалам, в частности к термопластам, и может быть использовано в машиностроении, автомобильной промышленности, сельскохозяйственной технике для изготовления деталей и изделий, работающих как антифрикционные смазывающиеся пластмассы в узлах сухого трения.

Известна полимерная композиция уплотнительного материала, включающая 100 мас. ч. поликарбоната, 90 мас. ч. порошка графита и 5 мас. ч. углеродного волокна, обработанного поликарбонатом (см. патент Японии N 54-39843, кл. 20(3) С 21, 1979).

Однако указанная композиция имеет низкую износостойкость и высокий коэффициент трения в условиях сухого трения.

Наиболее близким техническим решением является полимерная композиция, содержащая алифатический полиамид или пропилен (70 - 96 мас.ч.), крученое низкомодульное углеродное волокно на основе гидратцеллюлозы линейной плотности 205 - 520 текс, модулем упругости 3000 - 5000 кгс/мм² (0,25 - 28,5 мас. ч.) и некрученое высокомодульное углеродное волокно на основе полиакрилонитрила линейной плотности 130 - 410 текс с прочностью 2,0 ГПа и модулем упругости 230 ГПа (0,25 - 28,5 мас.ч.) (см. патент РФ N 2067597, С 08 L 23/12, 1977).

Изделия, полученные из данной композиции, имеют высокие упругопрочностные показатели, однако их антифрикционные свойства (коэффициент трения 0,25 - 0,40) не достаточно высокие для использования в деталях и изделиях, работающих в условиях сухого трения.

Задача, решаемая изобретением, - создание композиционного материала с улучшенными антифрикционными свойствами для изделий, работающих в условиях сухого трения при сохранении требуемых физико-механических характеристик.

Поставленная цель достигается тем, что полимерная композиция, включающая алифатический полиамид, углеродное волокно, согласно изобретению содержит дополнительно в качестве добавки, улучшающей антифрикционные свойства, неполярный полиэтилен со степенью кристалличности 0,95 - 0,98 и массовой плотностью 0,95 - 1,0 г/см³ при соотношении компонентов, мас.ч.:
Алифатический полиамид - 59,5 - 80,75
Углеродное волокно - 10,5 - 14,25
Неполярный полиэтилен - 5,0 -30,0
Композиция в качестве углеродного волокна содержит крученое низкомодульное волокно на основе гидратцеллюлозы.

Композиция в качестве углеродного волокна содержит некрученое высокомодульное углеродное волокно на основе полиакрилонитрила.

Изобретение иллюстрируется приведенными в таблице данными.

Неполярный полиэтилен линейной структуры получают полимеризацией при среднем давлении 35 - 40 кгс/см² и температуре 130 - 150^oC на окисных катализаторах при полном отсутствии водяных паров, кислорода, окиси и двуокиси углерода. При медленном охлаждении превращение этилена в полиэтилен достигает 100% линейной структуры, определяющей кристалличность, плотность упаковки.

Композиция получается следующим образом.

Пример 1.

Полимерная композиция содержит алифатический полиамид-6 (ОСТ 6-060-9-85) 80,75 мас.ч., углеволокнистый наполнитель 14,25 мас.ч., представляющий собой крученое низкомодульное углеродное волокно на основе гидратцеллюлозы УВИСН-22 и неполярный полиэтилен 5 мас. ч. со степенью кристалличности 0,96-0,98 и массовой плотностью 0,95 - 1,0 г/см³. Смешение термопластичного полиамида в виде гранул, измельченного углеродного волокнистого наполнителя (штапельки длиной 0,5-5 мм) и антифрикционной добавки (неполярный полиэтилен) тоже в виде гранул, проводят на двухшнековом экструдере ZSK-30. Температура переработки составляет 220 - 260^oC.

Композиционный материал получают в виде гранул, которые можно перерабатывать традиционными методами переработки термопластов.

Образцы для испытания изготавливали методом литья под давлением на литьевой машине KVASSY при температуре 220 - 260^oC и давлении 100 МПа.

Испытания проводили по действующим стандартам на универсальной разрывной машине VTS и маятниковом копре км-05.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Примеры 2 - 5.

Композицию получают аналогично примеру 1, но изменяют количественный состав компонентов, при этом качественный состав остается как в примере 1. Состав композиции и ее свойства приведены в таблице под N 2 - 5.

Примеры 6 - 8.

Композицию получают аналогично примеру 1. При этом изменяют качественный состав, а именно: композиция содержит алифатический полиамид-6 (ОСТ 6-060-9-85), углеволокнистый наполнитель, представляющий собой некрученое высокомодульное углеродное волокно на основе полиакрилонитрила УКН/5000 и неполярный полиэтилен со степенью кристалличности 0,96 - 0,98 и массовой плотностью 0,95 - 1,0 г/см³. Количественный состав и результаты испытаний приведены в строках 7 - 8 таблицы.

Наличие в композиции добавки неполярного полиэтилена со степенью кристалличности 0,96 - 0,98 и массовой плотностью 0,95 - 1,0 г/см³ приводит к повышению антифрикционных свойств композиции. Положительный эффект достигается при содержании антифрикционной добавки в полимерной композиции в пределах 10-20 мас.% (как видно из показаний таблицы), дальнейшее снижение или повышение содержания добавки снижает упругопрочностные свойства и повышает коэффициент трения.

Аналогичные данные получены при содержании в композиции в качестве углеродного волокна некрученого высокомодульного углеродного волокна при тех же соотношениях компонентов.

Полученную композицию можно использовать при изготовлении деталей типа втулок или иных деталей, работающих в условиях сухого трения, в автомобилях, сельскохозяйственной технике и т.п. Детали из полученной композиции можно изготавливать на обычных литьевых машинах.

Испытания деталей в лабораториях АО "АвтоВАЗ" дали положительный результат при проверке их антифрикционных свойств.

Изобретение относится к полимерным композиционным материалам, в частности к термопластам, и может быть использовано в машиностроении, автомобильной промышленности, сельскохозяйственной технике для изготовления деталей и изделий, работающих как антифрикционные смазывающиеся пластмассы в узлах сухого трения. Описывается полимерная композиция, содержащая алифатический полиамид-6 (ОСТ 6-060-9-85) 85,75 мас.%, углеволокнистый наполнитель 14,25 мас.%, представляющий собой крученое низкомодульное углеродное волокно на основе гидратцеллюлозы УВИСН-22, и неполярный полиэтилен 5 мас.% со степенью кристалличности 0,96 - 0,98 и массовой плотностью 0,95 -1,0 г/см³ при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: алифатический полиамидный полипропилен 59,5 - 80,75; углеродное волокно 10,5 - 14,25; указанный полиэтилен 5,0 - 30,0. Технический результат - создание композиционного материала с улучшенными антифрикционными свойствами для изделий, работающих в условиях сухого трения, при сохранении требуемых физико-механических характеристик. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Полимерная композиция, включающая алифатический полиамид или полипропилен и углеродное волокно, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит полиэтилен, характеризующийся высокой степенью кристалличности, равной 0,95 - 0,98, и массовой плотностью 0,95 - 1,0 г/см², при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Алифатический полиамид или полипропилен - 59,5 - 80,75
Углеродное волокно - 10,5 - 14,25
Указанный полиэтилен - 5,0 - 30,0
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве углеродного волокна она содержит крученое низкомодульное углеродное волокно на основе гидратцеллюлозы. 3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве углеродного волокна она содержит некрученое высокомодульное углеродное волокно на основе полиакрилонитрила.