КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭТИЛЕНА, АРМИРОВАННОГО ВОЛОКНАМИ Российский патент 2025 года по МПК C08L23/06 C08J5/06 C08K7/12 

Изобретение относится к созданию композиционного материала на основе полиолефина, армированного минеральным волокнистым наполнителем, и может быть использовано в здравоохранении, пищевой промышленности и в хозяйственной отрасли, в частности, при производстве пленки для изготовления пакетов для стерилизации и автоклавирования медицинских инструментов, утилизации медицинских отходов, термостойкой упаковки для горячих продуктов, а также товаров первой необходимости и повседневного спроса.

Известна полимерная композиция (патент 2356919 МПК С08L 23/00, С08L 77/00, С08J 5/00, опубл. 27.05.2009), включающая полиэтилен низкого давления, волокнистый наполнитель - хризотил-асбест, силикатную смазку. полимерная композиция дополнительно содержит полиэтилен высокого давления и скользящую добавку на полимерной основе. Композиция обладает улучшенными физико-механическими свойствами. Применяется, преимущественно, для изготовления резьбовых деталей.

Недостатком известной полимерной композиции является неравномерное распределение скользящей добавки в объеме полимера при механическом перемешивании.

Известна термопластичная армированная лента с барьерными свойствами (патент 213281 МПК В29В 15/08, В29С 70/02, опубл. 05.09.2022), состоящая из термопластичного полимера, например полиэтилена, и наполнителя из слоистого материала, например, хризотил-асбеста от 2 до 80 %. Материал обладает пониженной газопроницаемостью и применяется преимущественно, в нефтегазовой отрасли для изготовления высоконапорных труб.

Недостатком известного решения является сложность технологии изготовления, характеризующаяся значительным количеством производственных операций.

Наиболее близкой по числу совпадающих признаков является полимерная композиция (патент 2747552 МПК С08L 23/06, С08J 5/04, Со8К 5/09, опубл. 05.06.2021), включающая полиэтилен низкого давления, хризотил-асбест, антиоксидант, полиэтиленовый воск, стеариновую кислоту, пигмент, хлорированный полиэтилен. Композиция обладает прочностью, твердостью, ударной вязкостью и морозостойкостью.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности, выбранным в качестве прототипа, является композиционный противофильтрационный материал на основе вторичного полиэтилена (патент 2625448 МПК Е02В 3/16, С08J 11/06, С08J 5/06, С08L23/06, опубл. 14.07.2017) на основе вторичного полиэтилена, углеграфитового волокна, обработанного водным раствором малеиновой кислоты, и сажевого стабилизатора. Полиэтилен, армированный углеграфитовым волокном, обладает повышенной прочностью взаимодействия с углеграфитовым волокном.

Недостатком прототипа являются его низкие прочностные характеристики, что влечет появление повреждений при воздействии эксплуатационных нагрузок.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание композиции с улучшенными прочностными свойствами, характеризуемыми, в частности, показателями прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве, а также высокой термостойкостью при сохранении низкой стоимости.

Технический результат достигается за счет использования в композиции по изобретению в качестве полиолефина двух полиэтиленов с различной структурной организацией молекулярных цепей, связанной со способами их синтеза, а именно: полиэтилена низкого (ГОСТ 16338) и высокого давления (ГОСТ 16337), а также за счет использования в качестве минерального волокнистого наполнителя хризотилового волокна подгруппы серпентина - хризотил-асбеста и специальных добавок. Волокнистый хризотиловый наполнитель с добавками (пигменты, стабилизаторы, скользящие, антистатические и модифицирующие добавки), улучшающими качество материала, при нагревании доводят до однородного состояния в смесителе, затем смешивают с расплавом полиэтилена. Наполнитель, расщепляясь на тончайшие нити толщиной до 0,5 мкм, ориентируется в объеме композиции за счет высоких сдвиговых усилий, способствующих равномерному распределению нитей в матрице полимера. Расплавленная матрица полиэтилена служит пропиточным составом (аппретом) для волокнистого наполнителя. Полученная пластическая масса выдавливается в готовое изделие методом экструзии в форме пленки заданной плотности, размеров и слойности. После затвердевания материал превращается в прочный композит.

Отличительным признаком заявляемого изобретения является применение известных компонентов при их новом качественном и количественном соотношении, придающем композиционному материалу полезные свойства, мас. %:

- полиэтилен низкого давления - 20-40;

- полиэтилен высокого давления - 20-40;

- волокнистый наполнитель хризотил-асбест - 15-30;

- стабилизатор 2,5-3;

- специальные добавки - 3-10.

Результаты физико-механических испытаний, полученных при разном соотношении полимер-волокнистый наполнитель образцов композиционных материалов представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты испытаний заявляемого композиционного материала в сравнении с прототипом

Наименование
показателей Результат испытаний по изобретению прототип Прочность при растяжении, МПа
- в продольном направлении
- в поперечном направлении 24,5
19,6 19,9 Относительное удлинение при разрыве, %
- в продольном направлении
- в поперечном направлении 350
600 371 Температурный режим, °С 120-145 80-110

Заявляемый композиционный материал на основе полиэтилена, армированного волокнами выдерживает температуру до 145 °С, следовательно, может обеспечить лучшую защиту и сохранность содержимого при более высоких температурах, что важно в медицинской индустрии при стерилизации инструментов и автоклавировании и в быту.

Новый продукт имеет высокие прочностные характеристики, что делает его более устойчивым к повреждениям и деформациям в процессе использования.

Настоящее изобретение относится к созданию композиционного материала на основе полиолефина. Описан композиционный материал, включающий матрицу из полиэтилена, армированную волокнистым наполнителем, стабилизатор, отличающийся тем, что материал выполнен из смеси, содержащей полиэтилен низкого и высокого давления, волокнистый наполнитель хризотил-асбест и специальные добавки при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиэтилен низкого давления 20-40; полиэтилен высокого давления 30-40; волокнистый наполнитель хризотил-асбест 24,5-30; стабилизатор 2,5-3; специальные добавки 3-7. Технический результат - получение композиционного материала с улучшенными прочностными свойствами, характеризуемыми показателями прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве, а также высокой термостойкостью при сохранении низкой стоимости. 1 табл.

Композиционный материал, включающий матрицу из полиэтилена, армированную волокнистым наполнителем, стабилизатор, отличающийся тем, что материал выполнен из смеси, содержащей полиэтилен низкого и высокого давления, волокнистый наполнитель хризотил-асбест и специальные добавки при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полиэтилен низкого давления 20-40 полиэтилен высокого давления 30-40 волокнистый наполнитель хризотил-асбест 24,5-30 стабилизатор 2,5-3 специальные добавки 3-7