ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛИФЕНИЛЕНСУЛЬФИДА Российский патент 2025 года по МПК C08L81/04 C08K7/14 C08K5/3415 C08K3/13 C08K3/14 C08J5/00 

Изобретение относится к полимерным 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 композиция, содержащая полифениленсульфид (60-99 мас.ч.), полиорганосилоксановый каучук (1-40 мас.ч.), от 0,01 до 10 мас. % (от массы полифениленсульфида) органосилановое соединение, содержащее изоцианатные группы и до 300 мас. % (от массы всех компонентов композиции) стеклянного или углеродного волокна (Патент США №5071907, кл. C08G 18/61, C08L 81/04 (НКП 525/474), заявл. 25.01.1990 г., опубл. 10.12.1991 г.). Введение полиорганосилоксанового каучука в оптимальном количестве (20 мас. %), согласно описанию патента, обеспечивает повышение ударной вязкости композиции, но на 15-25°С снижает показатель деформационной теплостойкости и, соответственно, на столько же снижает температуру допустимой эксплуатации изделий, что является существенным недостатком данного технического решения.

Известна стеклонаполненная композиция, содержащая полифениленсульфид (100 мас.ч.), неорганический наполнитель (от 0 до 400 мас.ч.) и привитой сополимер, содержащий от 70 до 99 мас. % этилена и от 30 до 1,0 мас. % глицидилового эфира метакриловой кислоты (Европейский патент № ЕР 0327300, кл. C08K З/00; C08L 81/02; C08L 51/06, опубл. 09.08.1989 г.). Введение указанного сополимера обеспечивает композиции по данному патенту высокую ударную вязкость, но приводит к снижению жесткости, а также прочности при разрыве и изгибе, что является ее недостатком.

Известна полимерная композиция, содержащая 35,0-67,0 мас. % полифениленсульфида, от 30,0 до 50,0 мас. % стекловолокна и от 3,0 до 15,0 мас. % сополимера этилена с метилакрилатом и глицидилметакрилатом (Патент РФ №2660874, кл. C08L 81/04, C08K 7/14, заявл. 10.08.2016 г., опубл. 10.07.2018 г.).

Данная композиция имеет высокий уровень прочностных характеристик, но характеризуется низкой термостабильностью расплава композиции, составляющей не более 10 мин при 320°С, что значительно ограничивает технологические возможности переработки в изделия и утилизации отходов производства путем повторной переработки.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является полимерная композиция, содержащая полифениленсульфид (34,00-72,80 мас. %), стекловолокно (25,00-55,00 мас. %), технологическую смазку (0,10-1,00 мас. %), в качестве которой используется полидиметилсилоксан, термостабилизатор (0,02-3,00 мас. %), в качестве которого используют смесь стерически затрудненного фенола или аминофенола со стерически затрудненным фосфитом и сополимер этилена с глицидиловым эфиром ненасыщенной карбоновой кислоты (2,00-8,00 мас. %) (Патент РФ №2741907, кл. C08L 81/04, C08K 7/14, C08K 13/02, заявл. 04.03.2019 г., опубл. 04.09.2020 г.).

Данная композиции имеет недостаточный уровень прочностных характеристик для изготовления силовых деталей современной техники, что является ее недостатком.

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

Техническое решение указанной задачи достигается за счет того, что в полимерной композиции, содержащей полифениленсульфид, стекловолокно, термостабилизатор, технологическую смазку и модифицирующую добавку, композиция в качестве добавки содержит N,N'-гексаметилен-би(малеимид) при следующем соотношении компонентов, мас. %:

полифениленсульфид 44,30-65,40 стекловолокно 30,00-55,00 термостабилизатор 0,10-2,50 технологическая смазка 0,10-1,00 N,N'-гексаметилен-бис(малеимид) 0,50-5,00

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 100-1000 г/10 мин при температуре 320°С и нагрузке 5 кг.

В качестве наполнителя используют стекловолокно диаметром от 5 до 15 мкм, выработанное на термически устойчивых при 320-350°С прямых замасливателях, пригодных для получения композиционных материалов на основе полифениленсульфида. Стеклонаполнитель может быть использован как в виде ровинга, так и рубленого стекловолокна. Предпочтительно использовать дозирующееся рубленое 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 термостабилизаторов допускается использование соединений большой номенклатуры, например, приведенные в патенте США №9074096, кл. C08L 81/04, опубл. 07.07.2015 г., но предпочтительно использовать смеси термостабилизаторов, выбранных из группы стерически затрудненных фенолов или аминофенолов и стерически затрудненных фосфитов, например, нижеперечисленных: 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.

В качестве технологической смазки можно использовать термически устойчивые при температурах переработки полифениленсульфида смазки различного химического строения. Предпочтительно использовать полидиметилсилоксан, полидиметилсилоксановый каучук, полиэтилен высокой плотности марки СНОЛЕН или полиэтиленовый воск.

В качестве модифицирующей добавки используют N,N'-гексаметилен-бис(малеимид), который представляет собой производимый промышленностью (CAS: 4856-87-5) продукт взаимодействия малеинового ангидрида с гексаметилендиамином.

Полимерная композиция также может дополнительно содержать термически устойчивые при температурах переработки полифениленсульфида пигменты, красители, нуклеаторы, антикоррозионные и др. добавки, используемые в изготовлении композиций на основе полифениленсульфидов, не приводящие к ухудшению термических и прочностных свойств получаемых полимерных композиций.

Совмещение компонентов 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 совмещения, при которой смесь полифениленсульфида, модификатора, термостабилизаторов и технологической смазки подается в экструдер через основной загрузочный бункер, далее непосредственно в расплав загружается рубленое 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 1-5

Расчетные количества полифениленсульфида, N,N'-гексаметилен-бис(малеимида), технологической смазки и смеси термостабилизаторов из дозаторов подают в бункер двухшнекового экструдера лабораторной экструзионной линии модели TЭK-25 фирмы «SM PLATEK», оснащенной двухшнековым экструдером с параллельным вращением шнеков (диаметр шнеков 25 мм, отношение длины шнека к диаметру, равно 48, общая производительность - 20 кг/час) и экструдируют смесь компонентов при 310-330°С и скорости вращения шнеков 50-500 об/мин. Непосредственно в расплав компонентов подают стеклоровинг или боковым питателем дозируют рубленное стекловолокно. На выходе из формующей головки экструдера получают пруток композиционного материала, который охлаждается и гранулируется. Составы и свойства полученных композиций приведены в табл. 1.

Физико-механические свойства полученных полимерных композиций определяли на образцах, которые изготавливали методом литья под давлением на термопластавтомате модели Ergotech Viva 50-270 фирмы Demag по следующим режимам: температура литья 310-330°С; давление литья 70-110 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 9950-81. Результаты испытаний обработаны статистически по ГОСТ 14359-69. На определение каждого показателя прочностных свойств испытывалось по 7-10 образцов.

Как видно из данных табл. 1, предлагаемое техническое решение позволяет получать полимерные композиции на основе полифениленсульфида, которые по уровню прочности и жесткости (модуль упругости) превосходят известные технические решения. Предлагаемые композиции перерабатываются методом литья под давлением на термопластавтоматах серийного изготовления при температурах 310-330°С и средних значениях давления впрыска в монолитные детали конструкционного, электротехнического и общего назначений, которые могут эксплуатироваться при температурах до 240°С длительно и до 270°С кратковременно.

Практическое применение получаемых в соответствии с предлагаемым техническим решением полимерных композиций на основе полифениленсульфида повысит эксплуатационную устойчивость изделий конструкционного, электротехнического и общего назначений и расширит области применения полифениленсульфидных пластиков.

Изобретение относится к полимерным 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. Полимерная композиция на основе полифениленсульфида для изготовления деталей конструкционного, электротехнического и общего назначений, содержит следующие компоненты при следующем соотношении, мас. %: полифениленсульфид - 44,30-65,40, стекловолокно - 30,00-55,00, термостабилизатор - 0,10-2,50, технологическая смазка - 0,10-1,00, N,N'-гексаметилен-бис(малеимид) - 0,50-5,00. Технический результат изобретения заключается в повышении уровня прочностных характеристик полимерной композиции на основе полифениленсульфида. 1 табл., 5 пр.

Полимерная композиция на основе полифениленсульфида для изготовления деталей конструкционного, электротехнического и общего назначений, содержащая полифениленсульфид, стекловолокно, термостабилизатор, технологическую смазку и модифицирующую добавку, отличающаяся тем, что композиция в качестве добавки содержит N,N'-гексаметилен-бис(малеимид) при следующем соотношении компонентов, мас. %:

полифениленсульфид 44,30-65,40 стекловолокно 30,00-55,00 термостабилизатор 0,10-2,50 технологическая смазка 0,10-1,00 N,N'-гексаметилен-бис(малеимид) 0,50-5,00