ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ СМЕСИ ПОЛИФЕНИЛЕНСУЛЬФИДА С ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТОМ Российский патент 2025 года по МПК C08L81/04 C08L67/02 C08K7/14 C08K3/13 C08K5/1515 C08J5/00 

Изобретение относится к полимерным композиционным материалам на основе смеси полифениленсульфида с полиэтилентерефталатом, 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 10-98 м.ч. модифицированного полифениленсульфида, полученного взаимодействием 60-98 м.ч. полифениленсульфида с 2-40 м.ч. сополимера стирола или сополимера этилена, имеющих эпоксидные группы, 2-90 м.ч. термопластичного полиэфира (полиарилата или полиэтилентерефталата, имеющего характеристическую вязкость 0,5-1,3) и термопластичного эластомера на основе полиолефина или полистирола, взятого в количестве 3-60 м.ч. на 100 м.ч. модифицированного полифениленсульфида, и термопластичного полиэфира (Патент JPH 03252455, кл. C08L 21/00; C08L 23/00, C08L 67/02; C08L 81/02, заявл. 02.03.1990 г., опубл. 11.11.1991 г.)

Данная композиция, согласно описанию патента, имеет хороший баланс ударопрочности, механической прочности, превосходную технологичность и пригодна для изготовления автомобильных или электротехнических деталей, но имеет низкий уровень прочности и модуля упругости при разрыве и изгибе, не позволяющего использовать ее для изготовления деталей конструкционного назначения, что является недостатком данного технического решения.

Известна композиция, содержащая на 100 м.ч. деионизованного полифениленсульфида, полученного путем обработки кислым водным раствором, горячей водой и промывки органическим растворителем, 5-80 м.ч. термопластичной полиэфирной смолы (предпочтительно полициклогексилендиметилентерефталата), 5-50 м.ч. модифицированного полиолефина (предпочтительно сополимера этилена с глицидилметакрилатом), 5-50 м.ч. термопластичного Эластомера, например, полиамидного эластомера и 0-200 м.ч. волокнистого и/или гранулированного неорганического наполнителя (Патент JPH 04236264, кл. C08L 81/02, заявл. 16.01.1991 г. опубл. 25.08.1992 г.).

Данная композиция обладает превосходной термостойкостью, химической стойкостью, эластичностью, формуемостью и более низкой ценой, но имеет низкую жесткость и прочность, что является ее недостатком.

Известна огнестойкая полимерная композиция, содержащая:

а) базовый термопластичный полимер, выбранный из группы, включающей полиэфирную, полиамидную, поликарбонатную, стирольную, акриловую и др. смолу, предпочтительно полибутилентерефталат или полиэтилентерефталат;

б) огнезащитную смолу, состоящую из 1-500 м.ч. полифениленоксида и полифениленсульфида и 1-300 м.ч. фосфорсодержащего эфира (фосфата) и/или азотсодержащего циклического соединения;

в) стирольный полимер, выбранный из группы, включающей моно- или сополимер стирола и сополимер стирола с винилцианидом, имеющий показатель текучести расплава не более 8 г/10 мин. по Японскому индустриальному стандарту К7210.

Композиция на 100 м.ч. базового полимера содержит 1-300 м.ч. огнезащитной смолы и 1-60 м.ч. стирольного полимера (Патент США №2005/0004292, кл. C08L 1/00, заявл. 28.11.2002 г., опубл. 08.01.2005 г.).

Композиция может дополнительно содержать волокнистые и порошкообразные наполнители, антиоксиданты, красители и др. добавки.

Данная композиция обладает хорошей огнестойкостью (V-0 по UL94), но имеет низкий уровень прочностных свойств, что является ее недостатком.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является полимерная композиция, содержащая полимерную смесь, состоящую из 10-80 мас. % полифениленсульфида и 20-90 мас. % полиэтилентерефталата, от 0,1 до 20 м.ч. модифицированного полистирола, от 5,0 до 50,0 м.ч. замедлителя горения и от 5,0 до 70,0 м.ч. стекловолокна на 100 м.ч. указанной полимерной смеси (Патент ES 2661741, кл. C08J 5/00, C08K 5/3492, C08L 67/02, C08L 81/02, заявл. 30.12.2009 г., опубл. 03.04.2018 г.).

Согласно описанию указанного патента введение замедлителей горения придает композиции негорючесть, а модифицированного полистирольного эластомера улучшает прочностные свойства, но приведенный в описании патента показатель прочности при разрыве имеет очень низкое значение: для ненаполненной композиции он равен 67-78 МПа, а для стеклонаполненной композиции - 12-16 МПа, что является существенным недостатком данного технического решения.

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

Техническое решение указанной задачи достигается за счет того, что в полимерной композиции, содержащей полифениленсульфид, полиэтилентерефталат, стекловолокно и модифицирующую добавку, композиция в качестве модифицирующей добавки содержит сополимер этилена с глицидиловым эфиром ненасыщенной карбоновой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас. %:

полифениленсульфид 10,0-38,0 полиэтилентерефталат 19,0-45,0 стекловолокно 35,0-45,0 сополимер этилена с глицидиловым эфиром ненасыщенной карбоновой кислоты 2,0-8,0

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 второго полимера допускается использование широкой номенклатуры полиэтилентерефталата промышленного отечественного или иностранного производства: предпочтительно использовать базовые марки по ГОСТ Р 51695-2000, ТУ 20.16.40-014-55588670-2020 или их аналоги.

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 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 сополимера этилена с глицидиловым эфиром ненасыщенной карбоновой кислоты используют сополимер этилена с глицидилметакрилатом и/или сополимер этилена с глицидилметакрилатом и метилакрилатом. Допускается использование других олефиновых эластомеров и модификаторов, подробно описанных в патенте США №9074096, кл. C08L 81/04, опубл. 07.07.2015 г., при условии, что их использование не приводит к ухудшению свойств получаемых композиций.

Дополнительно композиция может содержать от 0,2 до 3,0 мас. % термостабилизаторов, например, приведенных в патенте Патент США №9074096, технологической смазки различного химического строения, термически устойчивой при температурах переработки полифениленсульфида, а также пигментов, красителей, нуклеаторов, антикоррозионных и других добавок, используемых в изготовлении композиций на основе полифениленсульфидов и полиэтилентерефталата, не приводящих 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, полиэтилентерефталата и сополимера этилена с глицидиловым эфиром ненасыщенной карбоновой кислоты 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 1-4.

Расчетные количества полифениленсульфида, полиэтилентерефталата и сополимера этилена с глицидиловым эфиром ненасыщенной карбоновой кислоты, загружают в бункер двухшнекового экструдера лабораторной экструзионной линии модели ТЭК-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 280-310°С и скорости вращения шнеков 50-250 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 полимерных композиций определяли на образцах, которые изготавливали методом литья под давлением на термопластавтомате модели ZHAFIR ZERES - ZE1500/430 фирмы Zhafir Plastics Machinery по следующим режимам: температура литья 280-300°С; давление литья 60-100 МПа; давление формования 50-80 МПа; давление пластикации 5-10 МПа; температура прессформы 130-150°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. Ударную вязкость определяли по ГОСТ 4647-2015 на образцах размером 4-10-80 мм. Температуру изгиба под нагрузкой 1,8 МПа определяли по ГОСТ 12021-2017. Результаты испытаний обработаны статистически по ГОСТ 14359-69.

Как видно из данных таблицы 1, предлагаемое техническое решение имеет существенно более высокую прочность при разрыве по сравнению с прототипом и высокие показатели прочности при изгибе, ударной вязкости и жесткости (модулей упругости), обеспечивающие применение полученных композиций в качестве конструкционного материала для изготовления изделий различной техники.

По уровню прочностных характеристик и теплостойкости полученные стеклонаполненные композиции на основе гибридных матриц полифениленсульфида с полиэтилентерефталатом превосходят широко применяемые композиционные материалы на основе инженерных термопластов, производимых зарубежными компаниями, таких как полифениленоксид NORYL (Sabic IP, Саудовская Аравия), полисульфон UDEL (Solvay SP, США), полиэфиимиды ULTEM (Sabic IP, Саудовская Аравия, General Electric, США) и многие другие.

Несомненным преимуществом предлагаемого технического решения композиций на основе смесей полифениленсульфида с полиэтилентерефталатом, является их существенно более низкая себестоимость по сравнению с композитами на основе полифениленсульфида и приведенных выше инженерных термопластов, что делает их реальной конкурентоспособной отечественной альтернативой указанным материалам, закупаемым за рубежом.

Несмотря на известность применения сополимеров этилена с глицидиловым эфиром ненасыщенной карбоновой кислоты в композициях на основе полифениленсульфида, в т.ч. в смеси с полиэтилентерефталатом, приведенного в патенте № JPH 04236264 и др. источниках, в предложенном техническом решении найдено новое сочетание компонентов и их количественное соотношение, которое обеспечило получение априори не ожидаемого технического эффекта - достижение высоких прочностных характеристик и теплостойкости.

Практическое применение получаемых в соответствии с предлагаемым техническим решением стеклонаполненных полимерных композиций на основе смесей полифениленсульфида с полиэтилентерефталатом повысит технико-экономические показатели изготовления изделий конструкционного, электротехнического и общего назначений.

Изобретение относится к полимерным композиционным материалам на основе смеси полифениленсульфида с полиэтилентерефталатом, 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 полиэтилентерефталатом для изготовления деталей конструкционного, электротехнического и общего назначений содержит следующие компоненты, при следующем соотношении, мас. %: полифениленсульфид 10,0-38,0, полиэтилентерефталат 19,0-45,0, стекловолокно 35,0-45,0, сополимер этилена с глицидиловым эфиром ненасыщенной карбоновой кислоты 2,0-8,0. Технический результат изобретения заключается в повышении уровня прочностных характеристик полимерной композиции на основе смеси полифениленсульфида с полиэтилентерефталатом. 1 табл., 5 пр.

Полимерная композиция на основе смеси полифениленсульфида с полиэтилентерефталатом для изготовления деталей конструкционного, электротехнического и общего назначений, содержащая полиэтилентерефталат, полифениленсульфид, стекловолокно и модифицирующую добавку, композиция в качестве модифицирующей добавки содержит сополимер этилена с глицидиловым эфиром ненасыщенной карбоновой кислоты, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

полифениленсульфид 10,0-38,0 полиэтилентерефталат 19,0-45,0 стекловолокно 35,0-45,0 сополимер этилена с глицидиловым эфиром ненасыщенной карбоновой кислоты 2,0-8,0