ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2011 года по МПК C08L61/10 

Изобретение предназначено для изготовления фенопластов, используемых в качестве конструкционных материалов для изготовления тонкостенных деталей сложной конфигурации, например антистатической тары и деталей газовых счетчиков.

Известна полимерная композиция - графитопласт АТМ-1, включающая фенолоформальдегидную смолу и углеродный наполнитель в виде искусственного электродного графита. Известная композиция обладает высокой электропроводностью: удельное объемное электрическое сопротивление материала составляет ρ_υ=9*10^-5 Ом*м [Шембель Н.Л. Электропроводные пластмассы с углеродными наполнителями / Н.Л.Шембель, Ю.В.Рыбкина, Л.П.Тащилова, В.Н.Кулезнев // Работоспособность полимерных материалов для низковольтной изоляции. - М., МДНТП им. Ф.Э.Дзержинского. - 1985. - С.66-70].

Недостатком известной композиции является относительно низкая механическая прочность при сжатии (80 МПа) и изгибе (26 МПа), а также высокая хрупкость (а=1,6 кДж/м²) и низкая текучесть расплава (менее 40 мм).

Высоконаполненные графитопласты и углеродопласты на основе термореактивных смол являются электропроводными жесткими, хрупкими прессовочными материалами, что ограничивает возможность изготовления тонкостенных изделий и деталей сложной конфигурации.

Известна полимерная композиция, содержащая фенолоформальдегидную смолу, углеродный наполнитель в виде графита, каолин, тальк и измельченную древесину при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Резольная фенолоформальдегидная смола 18-20 Графит 10-20 Каолин 2-5 Тальк 2-5 Измельченная древесина До 100

Известная композиция имеет следующие свойства: прочность при сжатии 104-119 МПа, твердость 18,2-19,8 МПа, удельное объемное электрическое сопротивление: ρ_υ=10¹⁰-10¹² Ом*м [А.с. СССР № 1643574, МКИ C08L 61/10, Антифрикционная самосмазывающаяся пресс-композиция, опубл. 23.04.91. Бюл. № 15].

Недостатком известной композиции является относительно низкая механическая прочность при сжатии и твердость, а также высокое значение ρ_υ, что ограничивает возможности ее применения для деталей, требующих защиты от статического электричества.

Наиболее близким техническим решением является полимерная композиция, включающая новолачную фенолоформальдегидную смолу, уротропин, древесную муку, углеродный наполнитель в виде двух марок графита, смазку и другие добавки: СаО и тальк [ТУ 2253-052-05015227-96. «Массы прессовочные фенольные марок АФ3-010-72 и АФ3В-010-72»].

Состав и свойства композиции приведены в таблице в графе - прототип.

Недостатком известного технического решения является относительно невысокая прочность и высокое удельное объемное электрическое сопротивление ρ_υ=10¹¹ Ом*м, что не обеспечивает защиту деталей от возникновения статического электричества.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение удельного объемного электрического сопротивления полимерной композиции и повышение прочностных характеристик.

Данный технический результат достигается тем, что полимерная композиция на основе новолачной фенолоформальдегидной смолы и уротропина, включающая древесную муку, углеродный наполнитель и смазку, в качестве углеродного наполнителя содержит шунгит, а новолачную фенолоформальдегидную смолу и уротропин используют в виде порошкообразного фенольного связующего с содержанием свободного фенола не более 1 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Связующее 38,4-43,7 Древесная мука 3,0-10,2 Шунгит 45,2-56,6 Смазка 1,0-2,0

Полимерную композицию и изделия из нее готовят известными приемами, принятыми в производстве фенопластов и изделий из них. [Кацнельсон М.Ю., Балаев Г.А. Пластические массы: Свойства и применение: Справочник. - 3-е изд., перераб. - Л.: Химия, 1978. - 384 с.].

Пример 1. Связующее, стеарат цинка и шунгит в соответствии с рецептурой, приведенной в таблице, взвешивают, загружают в барабан смесителя и смешивают в течение 1 ч, после чего вальцуют на горячих вальцах. Вальцованную массу измельчают, просеивают через сито №2, стандартные образцы изготавливают методом литьевого или компрессионного прессования при температуре 150-170°С, давлении 30 МПа и времени выдержки под давлением 5 мин. Свойства композиции 1 приведены в таблице.

Примеры 2-5 выполняют, как описано выше, с тем отличием, что компоненты берут в количествах, указанных в таблице.

  Состав и свойства полимерных композиций Примеры 1 2 3 4 5 Прототип 1. Состав, мас.%             Фенолоформальдегидная смола - - - - - 42,4 Уротропин - - - - - 6,4 СаО - - - - - 0,9 Тальк - - - - - 4,0 Графит ГЛС-3 - - - - - 17,0 Графит ЭУТ-11 - - - - - 18,4 Древмука 1,0 3,0 6,1 8,9 10,2 10,0 Смазка 2,0 2,0 2,0 2,0* 1,0* 0,9* Связующее 32,0 38,4 43,0 43,7 43,6 - Шунгит 65,0 56,6 48,9 45,4 45,2 - 2. Свойства:             Плотность, 10³ кг/м³ 178 1,65 1,60 1,59 1,58 1,6 λ_изг, МПа 66 63 69 80 70 60 а, кДж/м² 1,6 2,7 2,9 4,0 3,5 2,5 ρ_υ, Ом*м 0,14 2,1 3,3 3,7 4,0 10¹¹ W за 24 ч, % 0,04 0,05 0,06 0.11 0,11 0,16 Текучесть, мм 15 140 180 >200 160 110 Тм, °С 170 163 160 155 156 150 ПРИМЕЧАНИЕ (к таблице). σ_изг - изгибающее напряжение при разрушении; а - удельная ударная вязкость; ρ_υ - удельное объемное электрическое сопротивление; W - водопоглощение за 24 ч; Тм - теплостойкость по Мартенсу.
Смазка - стеарин, в остальных примерах смазка - стеарат цинка.

В качестве смазки используют стеарин или стеарат цинка.

Применение порошкообразного фенольного связующего исключает необходимость применения операции измельчения фенолоформальдегидной смолы и уротропина, а также улучшает санитарно-гигиенические условия производства благодаря содержащейся в связующем малотоксичной новолачной фенолоформальдегидной смолы с содержанием свободного фенола не более 1 мас.% (ТУ 2257-074-05015227-2002. «Связующие фенольные порошкообразные»).

Введение древесной муки в количестве выше указанного приводит к снижению текучести расплава и повышению водопоглощения.

Снижение содержания смазки приводит к ухудшению технологических свойств, а повышение содержания смазки приводит к снижению теплостойкости.

Применение шунгита, представляющего собой измельченный в порошок природный минерал, содержащий углерод, обеспечивает высокие технологические, физико-механические и электрические свойства композиций при оптимальном соотношении компонентов. Это позволяет использовать их в качестве конструкционных материалов для изготовления тонкостенных деталей сложной конфигурации.

Благодаря высокой электропроводности детали не подвержены электризации, что важно хранении и транспортировке электронных схем, комплектующих современные электронные приборы, а также при проведении операций обезжиривания в пожаро- и взрывоопасных растворителях, работе на трение в среде горючего газа или нефти.

Таким образом, предлагаемая полимерная композиция позволяет изготавливать методом литья под давлением, литьевого или компрессионного прессования детали сложной конфигурации, например антистатическую тару и детали газовых счетчиков.

По сравнению с прототипом предлагаемая полимерная композиция обеспечивает защиту изделий от возникновения статического электричества и таким образом повышает безопасность применения деталей из нового материала. Она также имеет более высокие механические свойства, содержит всего 4 компонента против 8 компонентов прототипа, что снижает затраты на исходное сырье, трудоемкость процесса получения материала и изделий. При этом улучшаются экологические условия работы при производстве и переработке фенопластов в изделия, так как вместо используемой в прототипе новолачной фенолоформальдегидной смолы СФ-010, в которой по ТУ допускается содержание свободного фенола до 8%, в предлагаемой композиции используют порошкообразное фенольное связующее, в состав которого входит новолачная фенолоформальдегидная смола с содержанием свободного фенола не более 1,0 мас.%.

Изобретение относится к полимерной композиции для изготовления фенопластов, используемых в качестве конструкционных материалов для изготовления тонкостенных деталей сложной конфигурации. Полимерная композиция выполнена на основе новолачной фенолоформальдегидной смолы и уротропина и включает древесную муку, углеродный наполнитель и смазку. В качестве углеродного наполнителя она содержит шунгит, а новолачную фенолоформальдегидную смолу и уротропин используют в виде порошкообразного фенольного связующего с содержанием свободного фенола не более 1,0 мас.% при следующем соотношении компонентов, мас.%: связующее - 38,4-43,7; древесная мука - 3,0-10,2; шунгит - 45,2-56,6; смазка - 1,0-2,0. Технический результат - снижение удельного объемного электрического сопротивления полимерной композиции и повышение прочностных характеристик. 1 табл.

Полимерная композиция для изготовления фенопластов на основе новолачной фенолоформальдегидной смолы и уротропина, включающая древесную муку, углеродный наполнитель и смазку, отличающаяся тем, что в качестве углеродного наполнителя она содержит шунгит, а новолачную фенолоформальдегидную смолу и уротропин используют в виде порошкообразного фенольного связующего с содержанием свободного фенола не более 1,0 мас.% при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Связующее 38,4-43, Древесная мука 3,0-10,2 Шунгит 45,2-56,6 Смазка 1,0-2,0