ТЕРМОПЛАСТИЧНАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК C08L77/02 C08K7/14 C08K13/04 

Изобретение относится к области создания композиционных материалов на основе полиамида ПА-6 и касается создания термопластичного композиционного полимерного материала и способа его получения для изделий конструкционного, электротехнического и общего назначения, применяемых на предприятиях автомобильной, электротехнической, текстильной и др. промышленности. Данный материал может быть использован для изготовления втулок, подшипников, бамперов, зубчатых колес, электротехнической арматуры, каркасов, опор и т.д.

Полимерные композиции - это материалы с гетерогенной структурой, состоящие из двух или более фаз, представляющие собой объемное сочетание химически разнородных компонентов с границей раздела.

В полимерных композициях, упрочненных непрерывными волокнами, основную нагрузку несут армирующие элементы, а более пластичное полимерное связующее передает напряжение волокнам и придает материалу монолитность. Одна из важнейших особенностей полимерных композиций - возможность создавать из них материалы и элементы изделий с заданными свойствами, отвечающие характеру и условиям работы деталей или конструкций.

Известна композиция термопластичного полимера, патент Японии №5-41662, С08L 77/00, 51/06, опубликованный РЖ ИСМ, вып.42, №19, 1995 г., стр.24, которая создана на основе полиамида и модифицированного привитого блоксополимера, полученного модифицированием ангидридом малеиновой кислоты в присутствии радикалообразующего агента смеси разлагающихся под действием радикалов полимеров, например смеси бутилового каучука или полипропилена с продуктом гидрирования блоксополимера, содержащего сегмент полимера моновинилароматического соединения и сегмент полимера сопряженного диена. Данная термопластичная композиция обладает хорошей формуемостью, ударо- и маслостойкостью, но имеет высокую мягкость.

Наиболее близким по технической сущности решением к композиции по изобретению является полимерная композиция, содержащая полиамид и наполнитель - углерод-алюмосиликатный материал, взятые в соотношении от 10:90 до 20:80 соответственно, и дополнительно содержит добавку - натриевую соль стеариновой кислоты или аминосилан, патент №2154074 от 07.04.1999 г - прототип. Данная полимерная композиция при предложенном соотношении компонентов перерабатывается при высокой температуре 280°С, что не всегда технологично и доступно, имеет низкую ударную вязкость.

Наиболее близким по технической сущности решением к способу по изобретению является способ получения композиционных материалов, включающий механическое измельчение неорганического наполнителя, смешение его с термопластом и формование деталей, патент №1456443 от 13.04.87 г. Данный способ получения композиционных материалов позволяет увеличить предельную степень наполнения, но не обеспечивает однородность получаемого материала за счет перемешивания в две стадии, первоначально перемешивают 10% термопласта от общей навески наполнителя в течение 3-5 минут, а затем оставшееся количество наполнителя в течение 10-15 минут.

Технической задачей заявленных изобретений является разработка способа получения термопластичной полимерной композиции с высокой ударной вязкостью, низкой гигроскопичностью и высокими механическими характеристиками для производства изделий конструкционного, электротехнического и общего назначения, используемых на предприятиях автомобильной, электротехнической, текстильной и др. промышленности для изготовления втулок, подшипников, бамперов, зубчатых колес, электротехнической арматуры, каркасов, опор и т.д.

Для компоновки и создания данной термопластичной полимерной композиции для изделий был выбран полиамид ПА-6 210-310, наполненный стеклянным волокном диаметром 7-13 мкм и длиной до 5 мм, с модифицирующей добавкой термоэластопластом ДСТ-30Р20ПС, растворенным в бутилацетате или этилацетате.

ДСТ-30Р20ПС представляет собой бутадиен-стирольный термоэластопласт, наполненный полистиролом, являющийся продуктом блоксополимеризации стирола и бутадиена в растворе циклогексана и нефраса (75:25 мас.ч.) в присутствии литийорганического катализатора.

Выбор полиамида марки ПА-6 210-310 связан с низкой его стоимостью, высокими прочностными и антифрикционными свойствами и большей доступностью (многотоннажностью производства), а при наполнении его стеклянным волокном он превращается в твердый и жесткий конструкционный материал с высокими механическими характеристиками. Одновременно повышается сопротивление ползучести, а также снижается гигроскопичность данного материала.

Использование в данной полимерной композиции модифицирующей добавки в виде раствора термоэластопласта ДСТ-30Р20ПС в бутилацетате или этилацетате позволяет повысить ударную вязкость, улучшить технологические свойства и влагостойкость термопластичной полимерной композиции для изделий.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что термопластичная композиция для изделий, включающая полиамид ПА-6 в качестве модификатора, содержит термоэластопласт ДСТ-30Р20ПС, растворенный в бутилацетате или этилацетате, а в качестве наполнителя стеклянное волокно диаметром 7-13 мкм при следующем соотношении компонентов, % мас.:

полиамид ПА-6 210-310 (ОСТ 6-06-09-83)50-55стеклянное волокно БС 13-280Р (ТУ 6-11-240-77) диаметром 7-13 мкм21-25термоэластопласт ДСТ-30Р20ПС (ТУ 38.40370-91)4-6бутилацетат или этилацетат (ГОСТ 8981 -78 или ГОСТ 22300-76)17-20

Способ получения термопластичной полимерной композиции для изделий заключается в том, что к высушенной при температуре 90-100°С в течение 8-10 часов смеси механически измельченного полиамида ПА-6 и стеклянного волокна диаметром 7-13 мкм добавляют раствор термоэластопласта ДСТ-30Р20ПС в бутилацетате или этилацетате, перемешивают смесь в мешателе в течение 10-15 минут при температуре 20°С, готовую массу выгружают и сушат при температуре 90-100°С в течение 10-12 часов для удаления растворителя, далее загружают в экструдер и при скорости вращения шнека 25-30 об/мин при температуре от 188 до 220°С по зонам производят прессование шнуров, из которых получают гранулы.

Заявленная композиция и способ ее получения взаимосвязаны настолько, что образуют единый изобретательский замысел. Действительно при создании термопластичной полимерной композиции для изделий был изобретен способ ее получения.

Сущность состава предлагаемой композиции поясняется следующими примерами. В таблице 1 приведена рецептура предлагаемой термопластичной полимерной композиции для изделий.

Таблица 1Рецептура предлагаемой полимерной композиции для изделийНаименование компонентаСодержание компонента, % мас.ПрототипПример 1Пример 2Пример 3Пример 4Пример 51. Полиамид ПА-6 210-310остальное55545053522. Углерод-алюмосиликатный материал10-50-----Стеклянное волокно БС 13-280Р, рубленое, диаметром 7-13 мкм, длиной до 5 мм-21232524233. Добавка0,1-5,0-----4. Термоэластопласт ДСТ-30Р20ПС-456655. Бутилацетат или этилацетат-2018191720

В таблице 2 приведены свойства и режимы переработки предлагаемой термопластичной полимерной композиции для изделий.

Таблица 2Свойства предлагаемой композицииНаименование показателяЗначение показателяПрототипПример 1Пример 2Пример 3Пример 4Пример 51. Показатель текучести расплава, г/10 мин-6,56,36,26,06,82. Влагопоглощение при 100%-ной относительной влажности, %-2,72Д2,02,82,5

Продолжение таблицы 2Наименование показателяЗначение показателяПрототипПример 1Пример 2Пример 3Пример 4Пример 53. Интервал температурной переработкиБолее 280-300188-2204. Интервал давления впрыска, МПа 90-1005. Прочность при разрыве, кгс/см², при температуре      плюс 60°С 370,0374,0371,0374,3307,3плюс 20°С 711,0787,1808,9790,0822,9минус 50°С 117512501275130011916. Относительное удлинение при разрыве, %,      при температуре плюс 60°С 5,93,95,24,05,8плюс 20°С 3,83,74,43,83,4минус 50°С 2,83,33,43,43,07. Модуль упругости при 2%-ной деформации, кгс/см²,      при температуре плюс 60°С 1435516270160421448116238плюс 20°С 3127733910332842290037030минус 50°С 43784403404412941150452438. Ударная вязкость на образцах с надрезом, кДж/м²,      при температуре плюс 20°С1,57-1,701011101213

Из данных, представленных в таблице 2, видно, что предлагаемая термопластичная полимерная композиция для изделий обладает высокими механическими характеристиками в широком диапазоне температур от 60°С до минус 50°С, а также низкой гигроскопичностью даже при 100%-ной относительной влажности, высоким сопротивлением ползучести, высокой ударной вязкостью.

Сущность технологического процесса получения термопластичной полимерной композиции для изделий заключается в следующем.

Полиамид ПА-6 210-310 предварительно измельчают механическим методом в специальном измельчителе, затем измельченный полиамид перемешивают с рубленым стеклянным волокном БС 13-280Р диаметром 7-13 мкм и длиной до 5 мм. Полученную смесь сушат в термокамере или в сушильном шкафу при температуре 95°С в течение 9 часов. Высушенную смесь полиамида ПА-6 и стеклянного волокна БС 13-280Р, термоэластопласт ДСТ-30Р20ПС и растворитель (бутилацетат или этилацетат) в заданном соотношении загружают в мешатель типа «Беккен-Дуплекс» и перемешивают 15 минут при температуре 20°С. Готовую массу выгружают из мешателя и вновь сушат при температуре 95°С в течение 11 часов в термокамере или в сушильном шкафу для удаления растворителя.

После сушки массу подают в бункер экструдера типа «LSP-52» и производят прессование шнуров при скорости вращения шнека 25-30 об/мин при температуре от 188 до 220°С по следующим температурным зонам:

1 зона - температура в средней части короткого шнека (188-190)°С;

2 зона - температура в конце короткого шнека (190-200)°С;

3 зона - температура в конце длинного шнека (190-200)°С;

4 зона - температура головки шнека (200-220)°С.

Полученные шнуры, выходящие из шнек-пресса, направляют на ленточный транспортер, где они охлаждаются с целью предотвращения слипания, после чего шнуры разрезают на гранулы. Гранулирование проводят не менее 2-х раз.

Готовые гранулы поступают на термопластавтомат (ТПА) типа «КУАСИ» для изготовления методом литья под давлением необходимых конструкционных изделий с использованием различной оснастки для прессования.

Компоненты, входящие в термопластичную полимерную композицию для изделий, выпускаются в промышленном масштабе Российского химического комплекса.

Предлагаемая термопластичная полимерная композиция имеет следующие преимущества:

- обладает высокой механической прочностью (от 300 кгс/см² при температуре 60°С до 1300 кгс/см² при температуре минус 50°С);

- обладает высоким модулем упругости (от 14355 кгс/см² при температуре 60°С до 45243 кгс/см² при температуре минус 50°С);

- высокой ударной вязкостью (10-13 кДж/м² при температуре плюс 20°С);

- более низкой температурой переработки (188-220)°С;

- низким влагопоглощением 2,0-2,8% при 100%-ной относительной влажности.

Предлагаемая термопластичная полимерная композиция испытана в «Пермской приборостроительной компании» АО «Телта», АО «Велта» с положительными результатами.

Изобретение относится к термопластичной полимерной композиции для производства изделий конструкционного, электротехнического и общего назначения, таких как втулки, подшипники, бамперы, зубчатые колеса, электротехническая арматура, каркасы, опоры и т.д., применяемых на предприятиях автомобильной, электротехнической, текстильной и др. промышленности, а также к способу получения этой композиции. Композиция включает следующее соотношение компонентов, мас.%: 50-55 полиамида ПА-6, 21-25 наполнителя, 4-6 термоэластопласта ДСТ-30Р20ПС, 17-20 бутилацетата или этилацетата. Термоэластопласт ДСТ-30Р20ПС, растворенный в бутилацетате или этилацетате, используют в качестве модификатора. В качестве наполнителя используют стеклянное волокно диаметром 7-13 мкм. Способ получения композиции, заключающийся в том, что к высушенной при температуре 90-100°С в течение 8-10 часов смеси механически измельченного полиамида ПА-6 и стеклянного волокна диаметром 7-13 мкм добавляют раствор термоэластопласта ДСТ-30Р20ПС в бутилацетате или этилацетате. Смесь перемешивают в мешателе в течение 10-15 минут при температуре 20°С. Готовую массу выгружают и сушат при температуре 90-100°С в течение 10-12 часов для удаления растворителя. Затем загружают в экструдер и при скорости вращения шнека 25-30 об/мин при температуре от 188 до 220°С по зонам производят прессование шнуров, из которых получают гранулы. Изобретение позволяет повысить ударную вязкость, механические и деформационные характеристики композиции, понизить ее гигроскопичность. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

1. Термопластичная полимерная композиция для изделий, включающая полиамид ПА-6, модификатор и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве модификатора содержит термоэластопласт ДСТ-30Р20ПС, растворенный в бутилацетате или этилацетате, в качестве наполнителя стеклянное волокно диаметром 7-13 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полиамид ПА-650-55стеклянное волокно диаметром 7-13 мкм21-25термоэластопласт ДСТ-30Р20ПС4-6бутилацетат или этилацетат17-20