КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АМОРТИЗИРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2003 года по МПК C08L83/04 

Предполагаемое изобретение относится к составам на основе полиограносилоксанов для изготовления материалов, используемых в амортизирующих устройствах. Заполняя последние в качестве рабочего тела, эти составы поглощают ударную механическую энергию. Амортизирующие устройства являются неотъемлемой частью машин, механизмов, аппаратов, работающих на земле, в воздушном и космическом пространстве.

Известен состав (патент РФ 2130471, МПК6 С 08 L 83/040, 1999 г.), содержащий полидиметилметилэтилсилоксан, борную кислоту или ее эфир, инертный наполнитель и антиадгезив - простой перфторполиэфир. Материал на основе вышеупомянутой композиции характеризуется необходимой сжимаемостью, пониженной адгезией к металлам и морозостойкостью до минус 90^oС. Однако из-за дефицита и дороговизны перфторполиэфира материал имеет ограниченное применение.

Наиболее близкой функционально и по существу технического решения к предлагаемому нами изобретению является композиция, описанная в патенте РФ 2178432, 7 МПК: С 08 L 83/04, 13/02, 2002 г. и выбранная нами в качестве прототипа.

Композиция получена на основе полидиметилдиорганосилоксана (ПДМДОС) вязкостью (20-60)•10³ Па•С, что соответствует молекулярным массам 250000-850000 соответственно, в котором органические группы - метbльные, этильные и фенильные, и содержит в своем составе борную кислоту или ее эфиры, инертные наполнители и недефицитный полиоксиэтиленгликоль или его простой эфир в качестве антиадгезива.

Материал, изготовленный на базе композиции, обладает высокой сжимаемостью (порядка 20% при давлении 5000 кг/см²), пониженной адгезией к металлам и обеспечивает работу демпферов при низких температурах (отсутствие кристаллизации при температурах до минус 90^oС). Он нашел применение в автосцепных устройствах железнодорожного транспорта.

Однако в настоящее время требования к морозостойкости такого рода материалов возросли. Чтобы обеспечить надежную эксплуатацию космических летательных и спускаемых аппаратов, катапультирующих устройств и т. п. температура стеклования амортизирующего материала должна быть в интервале минус 110 - минус 130^oС. При этом охлаждение материала до указанных температур не должно вызывать кристаллизацию полимерной основы.

Кроме того, для обеспечения эффективной работы полимерных материалов в амортизирующих устройствах они должны обладать определенной консистенцией. При этом оптимальной консистенции соответствуют значения пенетрации 120-240 условных единиц.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка композиции для получения амортизирующего материала, обладающего более высокой морозостойкостью и заданной консистенцией для работы в машинах и аппаратах не только на земле, но и в верхних слоях атмосферы и условиях космоса.

Решение поставленной задач осуществлялось путем разработки полимерной композиции, обладающей необходимыми морозостойкостью и консистенцией.

В ходе экспериментальных исследований было установлено следующее. Введение в полидиметилсилоксан (ПДМС), кристаллизующийся при температурах минус 45 - минус 55^oС, низковязких олигоэтилсилоксанов, имеющих температуры кристаллизации и стеклования минус 110^oС, позволяет уменьшить вязкость состава (консистенцию) до требуемой величины пенетрации. Однако температура его стеклования даже при добавлении олигоэтилсилоксанов в значительном количестве (>50 мас.%), не снижается и морозостойкость композиции амортизирующего материала находится в пределах минус 40 - минус 50^oС (см. таблицу, примеры 3-4).

Дальнейшие изыскания в этом направлении показали, что с учетом структуры полиоргансилоксана и плотности упаковки спиралей полимерных цепей нам удалось найти определенное сочетание полидиметилдиорганосилоксан-олигоэтилсилоксан, которое приводит к увеличению морозостойкости композиции и позволяет достигнуть требуемой консистенции. Для этого необходимо обеспечить совместимость полимерных компонентов на молекулярном уровне, исключить их кристаллизацию вплоть до температур стеклования и обеспечить синергетическое снижение температуры стеклования композиции в сравнении с таковыми каждого из входящих в нее компонентов.

Для получения требуемой консистенции амортизирующей композиции, полученной на основе высокомолекулярных полидиметилдиорганосилоксанов и низкомолекулярных олигоорганоэтилсилоксанов, возникла необходимость дальнейшего повышения молекулярных масс используемых полидиметилдиорганосилоксанов.

В результате научно-исследовательских работ нами предложен качественный и количественный состав композиции, позволяющий решить поставленную задачу.

Разработанная нами композиция для получения амортизирующего материала составлена из смеси:
(A) полидиметилдиорганосилоксана с молекулярной массой (250-2000)•10³ общей формулы НО{ [(CH₃)₂SiO]_n(R'R"SiO)_m}_jH, где R' - метил или этил, R" - этил, изопропил, бутил или фенил, n=30-50, m/(m+n)=0,035-0,120, j=50-350; органосилоксана с молекулярной массой 270-2000 общей формулы (R₃SiO_0,5)_k(R₂SiO)_p(RSiO_1,5)_q, где R - этил, k=0,88-l,90, p=3,70-85,60, q= 0-2,78 при соотношении силоксанов от 9:1 до 2:3 соответственно.

(Б) борной кислоты или ее эфира,
(B) инертного наполнителя - оксидов или сульфидов металлов, графита,
(Г) антиадгезива - полиоксиалкиленгликоля при следующем содержании компонентов, мас.ч.:
А - 100,0,
Б - 1,0-10,0,
В - 5,0-30,0,
Г - 0,1-5,0.

Композицию получают путем подачи всех компонентов в смеситель и смешении их при температуре рабочего помещения в течение 15-30 минут до образования однородной массы.

Пример 1.

В смеситель загружают 90 г полидиметилдиэтилсилоксана, 10 г олигоэтилсилоксана, 1 г борной кислоты, 20 г окиси цинка, 10 г окиси железа, 0,1 г полиоксиалкиленгликоля. Смеситель включают и перемешивают компоненты в течение 15-30 минут (таблица, пример 5).

Остальные составы композиции, предложенной нами и по прототипу, готовят в соответствии с примерами, приведенными в таблице.

Свойства материалов, полученных при использовании предложенной нами композиции, также показаны в таблице.

Как следует из таблицы, сжимаемость материала для всех примеров практически одинакова и составляет 18-20% при давлении 5000 кг/см², то же и для величины адгезии - 0,4 кг/см².

Амортизирующие материалы, изготовленные на основе разработанной нами композиции, обладают положительными свойствами прототипа, но существенно, на 20-40^oС, превосходят его по морозостойкости (см. п. 5-11 таблицы).

В настоящее время композиция проходит натурные испытания в демпфирующих устройствах у потребителей.

Как следует из описания предлагаемого изобретения, полученная и испытанная нами композиция соответствует критериям патентоспособности и рекомендуется для рассмотрения экспертизой на предмет выдачи патента РФ.

Сжимаемость материала, полученного на основе композиции, описанной в прототипе и предложенной нами, составляет 20% при давлении 5000 кг/см², величина адгезии 0,4 кг/см (для всех примеров, приведенных в таблице).

Описывается композиция для получения амортизирующего материала на основе смеси полиорганосилоксана с молекулярной массой (250-2000)•10³, формулы НО{ [(СН₃)₂SiO] _n (R'R"SiO)_m}_jH, где R' - метил или этил, R" - этил, изопропил, бутил или фенил; n =30-50; m/(m+n)=0,035-0,120; j=50-350, и олигоорганосилоксана с молекулярной массой 270-2000 формулы (R₃SiO_0,5)_k(R₂SiO)_р(RSiO_1,5)_q, включающая борную кислоту или ее эфир, инертные наполнители и антиадгезив при следующем содержании компонентов, мас.ч.: смесь полидиметилдиорганосилоксана и олигоорганосилоксана 100; борная кислота или ее эфиры 1,0-10,0; инертные наполнители 0,1-30,0; антиадгезив 0,1-5,0. Техническим результатом является высокая морозостойкость и заданная консистенция. 1 табл.

Композиция для получения амортизирующего материала на основе полиорганосилоксана, включающая борную кислоту или ее эфир, инертные наполнители - оксиды, сульфиды металлов или графит и антиадгезив - полиоксиалкиленгликоль, отличающаяся тем, что в качестве основы она содержит смесь полидиметилдиорганосилоксана, имеющего мол.м.(250-2000)·10³, общей формулы

НО{[(СН₃)₂SiO]_n (R'R"SiO)_m}_jH,

где R' - метил или этил;

R" - этил, изопропил, бутил или фенил;

n =30-50;

m/(m+n)=0,035-0,120;

j=50-350

и олигоорганосилоксана с мол.м. 270-2000 формулы

(R₃SiO_0,5)_k(R₂SiO)_р(RSiO_1,5)_q,

где R - этил;

k=0,88-l,90;

p=3,70-85,60;

q=0-2,78,

при соотношении силоксанов от 9:1 до 2:3 соответственно и следующем содержании компонентов, мас.ч.:

Смесь полидиметилдиорганосилоксана и олигоорганосилоксана 100

Борсодержащее вещество 1,0-10,0

Инертный наполнитель 5,0-30,0

Антиадгезив 0,1-5,0