Способ получения формованных изделий из полилауринлактама Советский патент 1984 года по МПК C08G69/14 B29F1/00 

Изобретение относится к способу получения формованных изделий из полилауринлактама. Известен ,способ получения формованных изделий активированной анион ной полимеризацией лауринлактама, согласно которому раздельно обрабатывают два расплава лактама катализатором и активатором в атмосфере азота в каждом случае и по раздельным трубопроводам, находящимся под той же температурной нагрузкой, что и расплавы, подводят к смесительному приспособлению и затем заливают в формы, причем частичные расплавы на их пути к смесительному приспособлению для протекания в каждом случае поступают в систему змеевика, оформленную в виде сифон При этом получают полимер со свойствами, отличными от обычного поли капролактама СП. Недостаток этого способа состоит в том, что в начальный период времени могут быть получены пригодные для применения полимерные.литьевые продукты, однако их свойства через короткий промежуток времени резко ухудшаются. Известен способ получения формованных изделий из полилауринлактама согласно которому к части расплава лактама, помещаемой в отдельный аппарат, при перемешивании прибавля катализатор полимеризации при темпе ратуре вьш1е 160 и ниже 170°С и смес перемешивают, к эквивалентной части расплава лактама, помещенной другой аппарат, при перемешивании прибавляют активатор при температуре на, несколько градусов ниже темпе ратуры первого расплава, однако в том же интервале и перемешивают; полученные таким образом расплавы при сохранении их температуры в каждом случае при прмощи шестеренча того насоса выгружают из аппаратов и через наклонные трубопроводы, кот рые имеют примерно на 1/3 большие объемные габариты, чем это соответс вует мощности насоса, подают в зону смешивания, смешивают при 170-175°С и через экструзионную головку без давления или при небольшом давлении разбрызгивают или льют под давлением 27. Наиболее близким к предложенному по технической с тцности и достигаемым результатам является способ получения формованных изделий из полилауринлактама плавлением лауринлак тама, смешением его с катализатором, а затем с активатором, полимеризацией при 150-200°С Г31. Полиуринлактамные продукты, полученные согласно известному способу 23 и 31 имеют следующие физические характеристики. Предел текучести, измеренный по ДИН 53А55, 5 около 470-520 кгс/см. Напряжение, соответствующее пределу текучести, измеренное по ДИН 53455, gs-17 - 25%. Прочность на разрыв, измеренная по ИСО С 527, & - 630 кгс/см . Удлинение при разрыве, измеренное по ИСО R 527, а 200-350%. Модуль улругости, измеренный по ДИН 53457 п. 2.3, Е-1900022000 кгс/см. Предельное напряжение на изгиб, измеренное по ИСО S 178, S 7501000 кгс/см. Удельная вязкость образца с надрезом, из еренная по ДИН 53453, Qt 55-65 кгс-см/см. Твердость при вдавливании шарика, измеренная по ДИН 53456 раздел С, 10 -1000-1050 КГС/СМ2. Сопротивление истиранию, измеренное при помощи Табег-Абразер, 158-129 мм /об-мин. Растягивающее напряжение при зна копеременной нагрузке, измеренное по ДИН 53444, 6 /1000 (23 С/95%) 50-60 кгс/см. Модуль ползучести, измеренный по ДИН 53444,- S- /1000 ( j 20,0) 1300014000 кгс/см. Цель изобретения - ловьтение прочности изделий из полилауринлактама. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения формованных изделий из полилаурин лактама плавлением лауринлактама, смешиванием его с катализатором, а затем с активатором, полимеризацией при 150-200 С, полученньй полимер отливают в нити или прутки, которые затем измельчают и измельченный материал формуют литьем под давлением при 220-255°С и давлении 50100 кг/см2. Нити или прутки измельчают до гранул со средним диаметром 2-5 мм. Процесс осуществляют при 240С в задней части шнека машины для литья под давлением и при 250°С в передней части шнека машины. Формованные изделия из полилаури лактама имеют следующие физические характеристики. Предел текучести, измеренный сог ласно ДИН 53455, ff 480-500 кгс/см. Напряжение, соответствующее пред лу текучести, измеренное согласно ЦИН 53455, s 28-36%. Прочность на разрыв, измеренная согласно ИСО R 527, fr 550-670 кгс/с Удлинение на разрыве,измеренное по ИСО R 527,g 220-330%. Модуль упругости, измеренньм по ДИН 53457, л 2.3., Е 2000024000 кгс/см. Предельное напряжение при изгибе измеренное по ИСО 170, (36730920 кгс/см. Ударная вязкость образца с надре зом, измеренная по ДИН 53453, а t 70-84 кгс/см. Твердость при вдавливании шарика измеренная по ДИН 53456 раздел С,10 1030-1060 кгс/см. Для получения исходного материала сначала расплавляют лауринлактам к расплаву прибавляют катализатор. После тщательного перемешивания в смесь вводят активатор. При получении полилауринлактама качестве катализатора можно, в част ности, использовать металлический натрий, амид натрия, лактамы щелочных металлов, безводный этанол и двуокись углерода. Прибавление катализатора к расплаву лауринлактама, последующее при бавление активатора и полимеризация происходят частично при постоянной температуре, целесообразно 150-200 (оптимальная ). Можно также эквивалентные количества лауринлактама помещать в два различных аппарата и расплавлять при перемешивании. При поддер жании температуры ниже 170 и вьш1е 160 С В один аппарат вводят катализатор и перемешивают. По времени раздельно с этим процессом в другом аппарате, где содержится эквивалент ное количество расплава лактама, пр перемешивании прибавляют активатор при температуре, которая на несколь ко градусов ниже температуры первог расплава, но находится в тех же пределах. Содержимое обоих емкостей при поддержании itx температуры в каждом случае при помощи шестеренчатого насоса выгружают из аппаратов и обоими шестеренчатыми насосами подают через трубопроводы с максимальным углом наклона к горизонтали 10° в зону смешения, причем объемные габариты трубопроводов минимально на одну треть больше размеров, соответствующих мощности насосов. В зоне смешения материал быстро смешивают. Полимеризуемый материал непосредственно литьем под давлением формуют в нити или прутки, которые затем измельчают до гранул или крошки. Нити или крошки, например, могут быть переработаны сначала при помощи вальцев в ленты, которые затем разрезают на полосы и измельчают до гранул. Для измельчения исходного полимера могут быть использованы обычные мельницы или гранулирующие машины. Гранулы могут иметь любую правильную или неправильную форму,например прямоугольное (квадратное) сечение, Предпочтительно средняя величина частиц гранулята 2-5 мм. Гранулы формы куба с длиною грани 3 мм оказались наиболее благоприятными. Гранулят полилауринлактама, образующийся в качестве промежуточного продукта, формуют литьем под.дав лепием 50-100 кгс/см при 220-2550С. Процесс формования проводят в обычных машинах для литья под давлением с обогреваемыми червяком экструдера и мундштуками. Предпочтительно заднюю область червяКа обогре вают до , переднюю область до 250°С Обогрев мундштуков составляет предпочтительно 250°С. Получение формованных изделий из полилауринлактама можно осуществлять следующим способом. После того, как получают продукт полимеризации из лауринлактама, его подают в полимеризуемом состоянии, целесообразно при 160-168°С, на устЗ новку для литья под давлением для получения нитей. Целесообразно полимеризуемый материал подавать насосом в установку, оформленную как выпускная верхняя траверса для непрерьт ного формования литьем под давлением в нити 1ШИ прутки. Из установки для литья под давлением для получения

sп

нитей продукт полимеризации выводят затем в виде ЖРЩКОГО нитеобразного материала, например жидкой полимерной нити почти круглого профиля и по полуоткрытому направляющему :желобу подают на смесительные вальцы зазор между валками которых бесступе чато варьируется и устанавливается в зависимости от необходимой толщины и ширины.

Лента, выходящая из зазора между валками через ведущий желоб, разрезается при прохождении через ножевые вальцы на параллельно идущие полосы, которые измельчаются при помощи расположенной дальп1е ножевой головки ножевых вальцев до гранул или крошки. Гранулы, благодаря квадратномт, сечению полос имеют форму кубиков. Гранулы или крошка после прохолсдения через пылеулавливающее устройство поступают на машину для литья под давлением.

Гранулированный материал формуется там литьем под давлением при применении обогреваемых червяко :- экструдера и обогреваемых мундштуков с использованием давления. При этом температура нaxoдиtcя в области 220-225°С, давление 50-100 кгс/см. Гранулы можно перерабатывать литьем под давлением в любые формованные изделия.

Пример 1. Исходный материал получают по известному способу. 10 кг лауринлактама расплавляют в атмосфере азота, расплав нагревают до 160°С и при перемешивании добавляют к нему 3 г амида натрия. Затем к смеси добавляют при интенсивном перемешивании 10 г фенилизоцианата.

Полученный полимер сразу же отлив ЮТ в нити, которые при охлаждении затвердевают. Нити измельчают, полу- . чая гранулят со средним диаметром частиц 3 мм. Гранулированный полимер загружают в литьевую машину и под давлением 80 кг/см формуют из.него изделия (шестерни) при 235С в задней части шнека и 250С в передней части и сопла.

Полученные изделия отличаются еледующ ми характеристиками: относительное удлинение материала при растяжении 32%, прочность на разрыв 660 кг/см, модуль упругости 23500 кг/см, ударная вязкость 82 кг см/см и твердость при вдавливании шарика 1060 кг/см .

6876

Пример2. В исходном материа ле по примеру -1 в качестве катализатора используют 2,5 г безводного эталона, а в качестве активатора 2,5 г фенилизоцианата.

Полученный полимер отливают в нити и измельчают до образования гранулята со средним диаметром частицА мм, Гранулят загружают

Q в литьевую машину и перерабатывают под давлением 50 кг/см при в задней части шнека и 255°С в перед ней части и сопла в подшипники сколь жения.

J Полученные формованные изделия отличаются высокой износостойкостью и имеют следующие характеристики: относительное удлинение при растяжении 35%, прочность на разрыв

Q 670 кгс/см, модуль упругости 24000 кг/см, ударная вязкость 80 кг см/см и твердость при вдавливании шарика 1055 кг/см.

П р и м е р 3. Исходный материал

5 получают по известному способу Г2. В каждый автоклав загружают по 20 кг чистого лауринлактама и расплавляют при перемешивании. Затем в первый автоклав при 168°С и перемешивании загружают амид натрия в качестве катализатора в количестве 0,2 кг в расчете на лактам и смесь перемешивают в течение 25-30 мин. С задержкой на 10 мин во второй автоклав при добавляют фенилизоцианат в качестве активатора в количестве 0,12% в расчете на лактам и перемешивают смесь в течение 15 мин при этой температуре. Затем содержимое обоих автоклавов с помощью шестеренчатых насосов подают в смеситель, в котором при 172°С происходит смешение и одновременно удаляются образующиеся газы.

Полученный полимер отливают в нити, которые перерабатывают в гранулят со средним диаметром частиц 3-5 мм. Гранулят загружают в литьевую машину и формуют из него ролики под давлением 100 кг/см при 220°С

в задней части шнека и в перед ней части и сопла.

Полученные формованные изделия отличаются высокой износостойкостью и имеют следующие характеристики:

относительное удлинение при растяжении 34%, прочность на разрыв 660 кг/см, модуль упругости 23500 кг./см , ударная вязкость .7 84 кГСм/см и твердость при вдавлизании шарика 1060 кг/см. П р и м е р 4. Исходный материал получают аналогично примеру 3. Полимерный материал отливают в нити, охлаждают их с одновременным отверждением и измельчают до гранул со средним диаметром частиц 2-5 мм ;Гранулированный материал загружают в машину для литья под давлением и формуют из него шестерни при температуре в задней области шнека Напряжение, соответствуш.щее пределу текучести Прочность на разрыв Удлинение на разрыв Модуль упруго.сти, Е Предельное напряжение на изгиб Ударная вязкость образца с надрезом Твердость при вдавливании шарика 10 Температура разрушения в атмосфере Температура плавления Коэффициент линейного расширения Коэффициент теплопроводности, Температурные пределы,°С Изделие имеет высокий предел текучести,.прочность при разрьгее, высокий модуль упругости, хорошую ударную вязкость образца с надрезом (ДИН 53455), (ИСО 1 527), (ИСО К 527), (ДИН 53457, п. 2.3) (ИСО R 178) (ДИН 53453), (ДИН 53456 раздел С), (в зависимост от рецептуры (ВИКАТ в ДИН 53460), (при -60 до ), 10 / ккал/МЧ град до нескольких часов до 4 месяцев годы 8 J. , а в передней области шнека и сопла 250°С под давлением 50 кг/см, Полученные формованные изделия имеют следующие свойства: относитель ное удлинение при растяжении 36%j прочность при разрыве 660 кг/см, модуль эластичности 24000 кг/см, ударная вязкость 83 кг см/см и твердость по вдпавливанию шарика 1060 кг/см Ниже приведены механические и термические свойства материала, полученного согласно предложенному способу. -ч 28-36 550-670 см 220-330 20000-2400С см 730-920 см см 1030-1060 см 200-260 194 0,3-0,5 0,24 и твердость при вдавливании шарика с хорошим напряжением, соответствующим пределу текучести, удлинением при разрьше и предельным напряжением

9I

изгиба при незначительной усадке материала, формованные изделия из полилауринлактама характеризуются высоким пределом прочности на сжати

Для проведения испытаний на сжатие применяют взятые в качестве опытных образцов пять кубиков, выполненных из изготовленного согласно изобретению формовочного изделия из полилауринлактама с длиною грани 25-мм, которые испытывают на универсальной испытательной машине 200 кМ при вьщерживании климатических условий 23°С, 50% относительной влажности и скорости формования литьем под давлением 2,0 мм/мин. В табл. 1 приведены результаты испы.тания на сжатие.

В результате испытаний на сжатие образцов не установлено ни одного выхода из строя или разрушения во время испытаний и после них. Испытания заканчивались при .силе сжатия 60лМ или при напряжении сжатия около 96 N /мм.

Новые формованные изделия из полилауринлактама отличаются также большой стойкостью к действию облучения высокой энергией. Установлено, что механические свойства предлагаемого изобретения полилаурилактамного материала улучшаются

10

1687

при облучении высокой энергией. Так, образцы 2-4 подвергают облучению Ji-лучами при дозе соответственно, Дж/кг: 40-10 ; 100-10 ; 200-ЮЧ

Облученные образцы 2-4, а также необлученный сравнительный образец испытьгоают определяя механические свойства, полученные результаты приведены в табл. 2.

Преимущество предлагаемого способа по сравнению с известным определяется свойствами полученных с его помощью формованньтх изделий (относительное удлинение при растяжении 28-36% прочность на разрыв 550-670 кг/см ; модуль упругости 20000-24000 кг/см2; ударная вязкость 70-84 кг см/см 5 твердость при вдавлинвании шарика 10301060 кг/см), которые по своим фактическим характеристикам значительно превосходят материалы, изготовленные по известному способу (относительное удлинение при растяжении 17-25%J прочность на разрьш 500-630 кг/см ; модуль упругости 19000-22000 кг/см ударная вязкость 55-65 кг см/см, твердость при вдавливании,шарика 1000-1050 кг/см

Таким образом, изделия полученные по предложенному способу, обладают более высокой прочностью.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОРМОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИЛАУРИНЛАКТАНА плавлением лaypинлaктaмa смешиванием его с катализатором, а затем с активатором, полимеризациеу при 150-200 0 отличающийся тем, что, с целью повышения прочности изделий, полученньй полимер отливают в нити или прутки, которые затем измельчают и измельчениьй материал формуют литьем под давлением при 220-253°С и давлении 50-100 кг/см. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что нити или прутки измельчают до гранул со средн1гм диаметром 2-5 мм. 3.Способ по пп. 1 и 2, о т л ичающийся тем, что процесс осуществляют при 240°С в задней части шнека машины для литья под дав-; сл лением и при 250°С в передней части шнека машины.

45,76

17,01 45,23 15,95 49,58 17,44 50,60 17,21 46,73 17,68 47,58 17,06

реднее

2,71 2,91 2,91 2,95 2,91 2,80

Испытание на твердость Шору (ДИН 53505)

Предел прочности при разрьше при

пределе текучести (ДИН 53455), Н/мм

Удлинение при пределе текучести

(ДИН 53445),%

Прочность на разрыв (ДИН 53445), Н/мм Разрывное удлинение (ДИН 53445), % Модуль упругости при изгибе (ДИН 53452),

Таблица 2

72 54

71 55

14 53 14

18 55 18