ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ СМЕСИ ПОЛИФЕНИЛЕНСУЛЬФИДА С ПОЛИАМИДОМ-66 Российский патент 2025 года по МПК C08L81/04 C08L77/06 C08K7/14 C08K5/3415 C08K3/13 C08J5/00 

Изобретение относится к полимерным композиционным материалам на основе смеси полифениленсульфида с полиамидом-66, 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 на 100 м.ч. полифениленсульфида от 0,1 до 100 м.ч. аморфного полиамида, имеющего степень кристалличности не более 20% (Патент США №4528335, кл. C08F 283/04 (НПК 525/420), заявл. 18.05.1984 г., опубл. 09.07.1985 г.).

Данная композиция обладает улучшенной ударной вязкостью, меньшей усадкой и тепловой деформацией, но имеет очень низкий уровень прочностных характеристик: прочность при разрыве составляет 88-90 МПа, а модуль упругости и прочность при изгибе равны 2598-3346 МПа и 112-127 МПа, соответственно, что является ее недостатком.

Известна композиция, содержащая на 100 м.ч. полифениленсульфида от 5 до 50 м.ч. полиамида, от 50 до 250 м.ч. гидроксида магния, имеющего средний диаметр частиц не более 50 мкм (Патент США №9068078, кл. C08L 81/04, C08J 3/20, заявл. 27.09.2012 г., опубл. 30.06.2015 г.).

Композиция дополнительно может содержать волокнистые и/или дисперсные наполнители, предпочтительно стекловолокно, в количестве от 20 до 200 м.ч., и органосилановые соединения в количестве от 0,2 до 5,0 м.ч. на 100 м.ч. полифениленсульфида.

Данная композиция обладает высокой трекингостойкостью, но имеет низкий уровень прочностных характеристик (прочность при разрыве и изгибе составляют 80-110 МПа и 100-145 МПа, соответственно), что не позволяет использовать ее для изготовления деталей конструкционного назначения и является недостатком данного технического решения.

Известна композиция, содержащая сплав полиамида, имеющего температуру плавления выше 240°С, с полиамидом-6, полифениленсульфид, взятый в соотношении со смесью полиамидов в соотношении от 90:10 до 20:80 и термостабилизатор (Патент США №2015/0368467, кл. C08L 81/04, заявл. 27.08.2015 г., опубл. 24.12.2015 г.).

Согласно описанию патента США №2015/0368467 для получения композиции в качестве высокоплавкого полиамида могут использоваться полуароматические полиамиды на основе терефталевой кислоты марок ПА4Т/6Т, ПА9Т, ПА66/6Т, а также алифатические полиамиды - полиамид-46 и полиамид-66. Содержание полиамида-6 в смеси должно быть не менее 50 мас. %. В описании приведен большой перечень термостабилизаторов, пригодных для использования в количестве от 0,01 до 10% от массы композиции. Также композиция может дополнительно содержать неорганические наполнители, предпочтительно стекловолокно, в количестве от 10 до 50 мас. % и от 1 до 10 мас. % других добавок.

Данная композиция после термического старения при 230°С в течение 500 часов показала хорошие результаты механических свойств (показатели свойств не приведены) и отсутствие вздутий.

Известна полимерная композиция, содержащая 70-95 мас. % полифениленсульфида, имеющего вязкость расплава 10-50000 пуаз, 5-30 мас. % полиамида, выбранного из группы, включающей полиамид-6, полиамид-46 и полиамид-66, 0,1-5,0 мас. % мелких частиц, выбранных из группы, включающей тальк, диоксид кремния и каолин, имеющих средний размер частиц 4 мкм или меньше, и 25-100 м.ч. волокнистого наполнителя (стекловолокно) на 100 м.ч. полифениленсульфида и полиамида (Патент JPH10130502 (А), кл. C08L 81/02, С08К 13/04, заявл. 30.10.1996 г., опубл. 19.05.1998 г.).

Данная композиции согласно описанию патента имеет превосходную технологичность, и высокую стойкость при пайке, сохраняя при этом термическую стойкость и стабильность размеров, присущие полифениленсульфиду. Недостатком данной композиции является относительно низкий уровень прочностных характеристик, не удовлетворяющий требованиям, предъявляемым к силовым деталям современной техники.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является полимерная композиция, содержащая на 100 м.ч. полифениленсульфида от 10 до 80 м.ч. алифатического полиамида, от 50 до 250 м.ч. гидроокиси алюминия, от 50 до 250 м.ч. стекловолокна и от 0,05 до 3,0 м.ч. органосилановых соединений (Патент США №2022/0243062, кл. C08L 81/02, С08К 7/14, заявл. 14.01.2022 г., опубл. 04.08.2022 г.).

Данная композиция имеет высокий индекс трекингостойкости, высокую жесткость (модуль упругости при растяжении 21834-22248 МПа), но низкую прочность при разрыве и ударную вязкость, что является недостатком данной композиции.

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

Техническое решение указанной задачи достигается за счет того, что в полимерной композиции, содержащей полифениленсульфид, полиамид-66, стекловолокно, и добавку, композиция в качестве добавки содержит N,N'-гексаметилен-бис(малеимид), при следующем соотношении компонентов, мас. %:

полифениленсульфид 29,50 - 35,00 полиамид-66 14,50 - 37,00 стекловолокно 30,00 - 50,00 N,N'-гексаметилен-бис(малеимид) 0,50 - 3,00

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 и полиамид-66 базовых марок по ОСТ 6-11-498-79 или ТУ 6-06-16-88.

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

Дополнительно композиция может содержать термостабилизаторы, например, приведенные в патенте США №2015/0368467, технологическую смазку различного химического строения, термически устойчивую при температурах переработки полифениленсульфида, а также 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, полиамида-66 и продукта взаимодействия малеинового ангидрида с гексаметилендиамином подается в экструдер через основной загрузочный бункер, далее непосредственно в расплав подается 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 1-3.

Расчетные количества полифениленсульфида, полиамида-66 и продукта взаимодействия малеинового ангидрида с гексаметилендиамином, из дозаторов подают в бункер двухшнекового экструдера лабораторной экструзионной линии модели ТЭК-25 фирмы «SM РLАТЕК», 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 таблице 1.

Физико-механические свойства полученных 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 60-100 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 410-80 мм по ГОСТ 4648-2014. Модуль упругости при растяжении и изгибе определяли по ГОСТ 9550-81. Ударную вязкость с надрезом определяли по ГОСТ 4647-2015 на образцах размером 4-10-80 мм. Показатель текучести расплава определяли по ГОСТ 11645-2021 при температуре 320°С и нагрузке 5 кг. Результаты испытаний обработаны статистически по ГОСТ 14359-69. На определение каждого показателя прочностных свойств испытывалось по 7-10 образцов.

Как видно из данных таблицы 1, предлагаемое техническое решение позволяет получать полимерные композиции на основе смеси полифениленсульфида с полиамидом-66, имеющие прочностные характеристики, превосходящие прототип и другие известные технические решения.

Показатель текучести расплава (ПТР) полученных композиций на основе смесевой матрицы повышается с увеличением содержания ПА66 в смеси и значительно выше стеклонаполненных полифениленсульфидов, ПТР которых при 310-320°С составляет 37-61 г/10 мин (см. Саморядов А.В., Калугина Е.В., Битт В.В. Стеклонаполненные полифениленсульфиды ТЕРМОРАН: переработка и применение // Пластические массы. - 2020. - №3-4. - С. 42-45. DOI: 10.35164/0554-2901-2020-3-4-42-45).

Исследование текучести полученных композиций при разных температурах показало, что их ПТР в диапазоне 40-60 г/10 мин, обеспечивающий комфортную переработку методом литья под давлением, достигается при температурах 295-300°С, что позволяет снизить температуру переработки на 20°С и тем самым расширить диапазон температур их безопасной переработки, что является дополнительным преимуществом предлагаемого технического решения.

Практическое применение получаемых в соответствии с предлагаемым техническим решением полимерных композиций на основе смеси полифениленсульфида и существенно более дешевого полиамида-66 повысит технико-экономические показатели изготовления изделий конструкционного, электротехнического и общего назначений.

Изобретение относится к полимерным композиционным материалам на основе смеси полифениленсульфида с полиамидом-66, 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 смеси полифениленсульфида с полиамидом-66 для изготовления деталей конструкционного, электротехнического и общего назначений, содержит следующие компоненты при следующем соотношении, мас. %: полифениленсульфид 29,50-35,00, полиамид-66 14,50-37,00, стекловолокно 30,00-50,00, N,N'-гексаметилен-бис(малеимид) 0,50-3,00. Технический результат изобретения заключается в повышении уровня прочностных характеристик полимерной композиции на основе смесей полифениленсульфида с полиамидом. 1 табл., 4 пр.

Полимерная композиция на основе смеси полифениленсульфида с полиамидом-66 для изготовления деталей конструкционного, электротехнического и общего назначений, содержащая полифениленсульфид, полиамид-66, стекловолокно и добавку, отличающаяся тем, что в качестве добавки композиция содержит N,N'-гексаметилен-бис(малеимид), при следующем соотношении компонентов, мас. %:

полифениленсульфид 29,50-35,00 полиамид-66 14,50-37,00 стекловолокно 30,00-50,00 N,N'-гексаметилен-бис(малеимид) 0,50-3,00