ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛИФЕНИЛЕНСУЛЬФИДА Российский патент 2024 года по МПК C08L81/04 C08K7/14 C08K3/105 

Изобретение относится к полимерным высоконаполненным композиционным материалам на основе полифениленсульфида, которые могут быть использованы для изготовления деталей конструкционного, электротехнического и общего назначений изделий электротехнической, автомобильной, авиационной, специальной, машиностроительной, бытовой и других видов техники.

Известна высоконаполненная композиция для инкапсуляции электронных компонентов, содержащая 25-45% полифениленсульфида, 5-30% силиката кальция в форме волокна (волластонита) с соотношением длины к диаметру, равным 3 к 1, 40-60% неорганического порошкообразного наполнителя (кремнезема) и от 0 до 4% органосилана, предпочтительно 3-меркаптопропилтриметоксисилана (Патент США №4482665, кл. США 524/262, МПК C08K 5/54, C08K 3/34, опубл. 13.11.1984 г.).

Данная композиция обладает улучшенной по сравнению со стеклонаполненными композициями текучестью и увеличивает выход годных изделий. Недостатком композиции является низкий, не соответствующий современному техническому уровню, показатель электросопротивления, составляющий 2⋅10¹² ом после 48 часов выдержки при влажности 95%.

Известна полимерная композиция, содержащая 30-80 мас. % полифениленсульфида, 20-70 мас. % армирующего наполнителя в виде стекловолокна, 0,5-10 мас. % полиэтилена низкого давления и 0,1-5,0 мас. % органосилана (Патент США №4680326, кл. США 524/106, МПК C08K 5/54, C08K 5/34, опубл. 14.07.1987 г.). Данная композиция обладает хорошими электроизоляционными свойствами и трещиностойкостью. Недостатком данной композиции является низкий показатель электрического сопротивления, составляющий согласно описанию патента всего от 4,3⋅10⁹ до 1,7⋅10¹¹ Ом.

Известна полимерная композиция, содержащая полифениленсульфид, 0,5-20,0 м.ч. эпоксидной смолы, состоящей из равных долей эпоксидных смол бис-фенольного и новолачного типа, 10-350 м.ч. стеклянных волокон и 1,0-250 м.ч. стеклянных чешуек или хлопьев длиной от 10 до 4000 мкм, взятых на 100 м.ч. полифениленсульфида (патент США №9725596, кл. C08L 81/04, опубл. 08.08.2017 г.).

Данная композиция характеризуется хорошей формуемостью, высокой теплостойкостью и адгезией к эпоксидным смолам, но имеет низкий уровень прочностных характеристик, что является ее недостатком.

Известна полимерная композиция, содержащая полифениленсульфид (100 м.ч.), олефиновый полимер (от 3,2 до 10,7 м.ч.), цеолит (от 20 до 100 м.ч.), стекловолокно (от 32 до 130 м.ч.) и стеклянные чешуйки или хлопья (от 6 до 50 м.ч.), имеющие диаметр от 30 до 100 мкм (Патент США №20220106486, кл. C08L 81/04, опубл. 07.04.2022 г.). Композиция также дополнительно может содержать пигменты и красители, антистатики, стабилизаторы и др. технологические добавки в общем количестве от 0,01 до 1,0 м.ч. на 100 м.ч. полифениленсульфида.

Согласно описанию патента США №20220106486, вследствие малого размера использованных наполнителей они хорошо диспергируются в полифениленсульфиде, что повышает прочность холодного спая образцов, изготовленных из данной композиции.

Недостатком данной композиции является низкий уровень прочностных характеристик, существенно уступающий известным высоконаполненным композициям на основе полифениленсульфида.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является полимерная композиция, содержащая полифениленсульфид (100,0 м.ч.), графит (5,0-50,0 м.ч.), стекловолокно (5,0-80,0 м.ч.) и тальк (5,0-80,0 м.ч.) с диаметром частиц, не превышающем 10 мкм (Патент Японии №2022160098, кл. C08J 5/04; C08K 3/04. C08L 81/02, опубл. 19.10.2022 г,). Согласно описанию патента композиция может дополнительно содержать стабилизаторы, антиоксиданты, нуклеаторы, пластификаторы и др. добавки. Данная композиция обладает высоким коэффициентом теплопроводности, хорошей электрической изоляцией, прочностью и может использоваться в изготовлении ламп, коннекторов, конденсаторов, миниатюрных переключателей и др. деталей.

Недостатком данной композиции является низкий уровень прочностных свойств (прочность при разрыве составляет от 56 до 118 МПа) и относительно невысокий показатель электрического сопротивления, составляющий от 10¹² до 10¹⁵ Ом⋅см.

Технической задачей изобретения является повышение уровня прочностных и электроизоляционных характеристик полимерной композиции на основе полифениленсульфида.

Техническое решение указанной задачи достигается за счет того, что в полимерной композиции на основе полифениленсульфида, содержащей полифениленсульфид, стекловолокно, порошкообразный наполнитель и добавки, композиция в качестве порошкообразного наполнителя содержит наполнитель, выбранный из группы, включающей микрослюду, гидроксид магния и микроволластонит, а в качестве добавок содержит стерически затрудненный фенол или аминофенол и стерически затрудненный фосфит при следующем соотношении компонентов, мас. %:

- полифениленсульфид 38,00-39,40 - стекловолокно 30,00-50,00 - порошкообразного наполнитель, выбранный из группы, включающей микрослюду, гидроксид магния и микроволластонит 10,10-30,00 - стерически затрудненный фенол или аминофенол 0,10-1,50 - стерически затрудненный фосфит 0,10-1,50.

Для реализации предлагаемого технического решения используют следующие компоненты и вещества.

В качестве полимерной матрицы используют полифениленсульфид линейного и/или сшитого строения, имеющий показатель текучести расплава в пределах 50-1000 г/10 мин. при температуре 320°С и нагрузке 5 кг.

В качестве основного наполнителя используют стекловолокно диаметром от 5 до 15 мкм, выработанное на термически устойчивых при 320-350°С прямых замасливателях, пригодных для получения полимерных композиций на основе полифениленсульфида. Стеклонаполнитель может быть использован как в виде ровинга, так и рубленного стекловолокна. Предпочтительно использовать дозирующееся рубленное стекловолокно. Для получения полимерной композиции можно также использовать базальтовые, углеродные, органические и др. волокна, применение которых не приводит к ухудшению свойств получаемых материалов.

В качестве порошкообразного наполнителя используют микрослюду, гидроксид магния или микроволластонит, в качестве которых могут быть использованы наполнители, производимые в промышленном масштабе, например, микрослюда марки Фрамика, гидроксид магния марки Экопирен и микроволластонит марки Миволл. Допускается использование и других порошкообразных минеральных наполнителей, использование которых не приводит к ухудшению свойств получаемых композиций.

В качестве добавок используют термостабилизаторы, выбранные из группы стерически затрудненных фенолов или аминофенолов и стерически затрудненных фосфитов. Допускается использование широкого круга стабилизаторов указанных групп, например, перечисленные в патенте США №9074096, кл. C08L 81/04, C08L 81/02, опубл. 07.07.2015 г., но предпочтительно использовать следующие термостабилизаторы: бис(2,4-ди-трет-бутилфенил)пентаэритритол дифосфит, бис(2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенил)пентаэритритол дифосфит, трис(2,4-ди-трет-бутилфенил)фосфит, N,N'-гексаметилен-бис[3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенилпропионамид)], эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита.

Полимерная композиция также может дополнительно содержать термически устойчивые при температурах переработки полифениленсульфида технологические смазки различного химического строения, пигменты, красители, нуклеаторы и др. добавки, используемые в изготовлении композиций на основе полифениленсульфидов.

Изготовление композиции осуществляют экструзионным способом, предпочтительно в двухшнековом экструдере с параллельным вращением шнеков. Загрузка компонентов композиции может быть осуществлена как подачей смеси всех компонентов в экструдер, так и раздельной подачей компонентов. Предпочтительной является технология экструзионного совмещения компонентов, при которой смесь полифениленсульфида и термостабилизаторов подается в экструдер через основной загрузочный бункер, далее непосредственно в расплав последовательно подается порошкообразный наполнитель и рубленное стекловолокно или стеклоровинг.

Предлагаемое соотношение компонентов является оптимальным и обеспечивает достижение технического эффекта. При уменьшении или увеличении содержания компонентов от предлагаемого, свойства получаемых композиционных материалов ухудшаются.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Примеры 1-4.

Расчетные количества полифениленсульфида, стерически затрудненного фенола или аминофенола и стерически затрудненного фосфита из дозаторов подают в бункер двухшнекового экструдера модели ZSK-25 фирмы «Werner&Pfleiderer» (диаметр шнеков 25 мм, отношение длины шнеков к их диаметру равно 48) и экструдируют при температуре 310-330°С и скорости вращения шнеков 50-250 об/мин. Непосредственно в расплав смеси полифениленсульфида со стабилизаторами дозируют порошкообразный наполнитель и затем боковым питателем дозируют рубленное стекловолокно (или стеклоровинг). На выходе из формующей головки экструдера получают пруток полимерного высоконаполненного материала, который охлаждается и гранулируется. Составы и свойства полученных композиций приведены в таблице 1.

Физико-механические и электрофизические свойства полученных полимерных композиций определяли на образцах, которые изготавливали методом литья под давлением на термопластавтомате модели Ergotech Viva 50-270 по следующим режимам: температура литья 310-330°С; давление литья 70-100 МПа; давление формования 60-80 МПа; давление пластикации 5-10 МПа; температура прессформы (145±5)°С; время выдержки под давлением 15-20 с; время выдержки при охлаждении 20-25 с.

Прочность при разрыве определяли по ГОСТ 11262-2017 на многоцелевых образцах тип А1 по ГОСТ 33693-2015. Изгибающее напряжение при максимальной нагрузке определяли на образцах размером 4⋅10⋅80 мм по ГОСТ 4648-2014. Модуль упругости при растяжении и изгибе определяли по ГОСТ 9550-81. Показатель текучести расплава определяли на гранулах по ГОСТ 11645-2021 при температуре 320°С и нагрузке 49,05 Н (5 кг). Удельное объемное электрическое сопротивление определяли на дисках диаметром 50 и толщиной 2 мм по ГОСТ 6433.2-71, электрическую прочность - на пластинах 60⋅60⋅1 мм по ГОСТ 6433.3-71. Результаты испытаний обработаны статистически по ГОСТ 14359-69. На определение каждого показателя прочностных свойств испытывалось по 7-10 штук образцов.

Как видно из данных таблицы 1, предлагаемое техническое решение позволяет получать полимерные композиции на основе полифениленсульфида, имеющие более, чем в 2 раза, высокую прочность при изгибе и на 2 порядка более высокий показатель электрического сопротивления.

Показатель текучести расплава, составляющий 32-49 г/10 мин, полученных композиций (таблица 1) обеспечивает их устойчивую переработку методом литья под давлением. Практическое опробование показало, что предлагаемые композиции перерабатываются методом литья под давлением на термопластавтоматах серийного изготовления при температурах 310-340С и средних значениях давления впрыска в монолитные детали конструкционного, электротехнического и общего назначений, в т.ч. толщиной 60-80 мм, не содержащие внутренних дефектов в виде пузырей, пустот и вздутий.

Важным аспектом данного технического решения является возможность повторной переработки отходов основного производства (литники, бракованные детали и т.д.) без ухудшения прочностных и электроизоляционных свойств получаемых изделий.

Практическое применение получаемых в соответствии с предлагаемым техническим решением полимерных композиций на основе полифениленсульфида повысит эксплуатационную устойчивость изделий различных отраслей промышленности.

Изобретение относится к полимерным высоконаполненным композиционным материалам на основе полифениленсульфида. Предложена полимерная композиция для изготовления деталей конструкционного, электротехнического и общего назначения, содержащая в мас.%: 38,00-39,40 полифениленсульфида, 30,00-50,00 стекловолокна, 10,10-30,00 порошкообразного наполнителя, выбранного из группы, включающей микрослюду, гидроксид магния и микроволластонит, 0,10-1,50 стерически затрудненного фенола или аминофенола, 0,10-1,50 стерически затрудненного фосфита. Технический результат – повышение прочности при изгибе и показателя электрического сопротивления полимерной композиции на основе полифениленсульфида. 1 табл., 4 пр.

Полимерная композиция на основе полифениленсульфида для изготовления деталей конструкционного, электротехнического и общего назначения, содержащая полифениленсульфид, стекловолокно, порошкообразный наполнитель и добавки, отличающаяся тем, что композиция в качестве порошкообразного наполнителя содержит наполнитель, выбранный из группы, включающей микрослюду, гидроксид магния и микроволластонит, а в качестве добавок содержит стерически затрудненный фенол или аминофенол и стерически затрудненный фосфит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полифениленсульфид 38,00-39,40; стекловолокно 30,00-50,00; порошкообразный наполнитель, выбранный из группы,
включающей микрослюду, гидроксид
магния и микроволластонит 10,10-30,00; стерически затрудненный фенол или аминофенол 0,10-1,50; стерически затрудненный фосфит 0,10-1,50.