Полимерная композиция

 

Использование: изготовление деталей из изделий конструкционного назначения. Сущность изобретения: полимерная композиция содержит, мас. ч.: алифатический полиамид или полиолефин 70 - 96; углеродное волокно на основе гидратцеллюлозы линейной плотности 205 - 520 текс, с круткой 100 - 180 кр/м, характеризующееся следующей структурой: параметром ориентации кристаллита, равным 0,5 - 0,8, межплоскостным расстоянием между углеродными слоями 0,34 - 0,35, соотношением ширины и высоты кристаллита (1,0 - 4,0) : (0,25 - 28,5), и некрученое углеродное волокно на основе полиакрилонитрила тониной 130 - 410 текс, характеризующееся параметром ориентации кристаллита 0,24 -0,5, межплоскостным расстоянием между углеродными слоями 0,36 - 0,39 нм и соотношением ширины и высоты кристаллита (1,5 - 2,0) : (0,25 - 28,5). 2 з. п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к полимерным композиционным материалам, в частности к полимерным композициям на основе термопластов, и может быть использовано для изготовления деталей и изделий конструкционного назначения.

Известна полимерная композиция, содержащая термопластичный полимер (60 - 90 мас. ), углеродное волокно (5 30 мас.) и монокристаллы титаната (5 - 30 мас. ) калия. Изделия, полученные из данной композиции, обладают пределом прочности при изгибе 1820 кгс/см2, ударной вязкостью 31 кгс/см/cм2 и модулем эластичности 74500 кгс/см2.

Недостатком известных полимерных композиций является то, что изделия, полученные из них, несмотря на высокие физико-механические и трибологические свойства, обладают высокой ползучестью.

Наиболее близким техническим решением является полимерная композиция, содержащая термопластичный материал (100 мас. ч.), углеродное волокно, обработанное хлоридом хрома (2 10 мас. ч.), низкомодульное углеродное волокно, обработанное смесью тетраборнокислого натрия и диаммоний фосфата (2 - 70 мас. ч.) и фторированное высокомодульное графитированное волокно (1 30 мас. ч. ). В качестве низкомодульного углеродного волокна используют волокна на основе гидратцеллюлозного волокна (ГЦ), полиакрилонитрила (ПАН), пека и термообработанного при 800 1600oС и имеющего прочность 0,2 1,5 ГПА и модуль 6 80 ГПа. В качестве высокомодульного графитированного углеродного волокна используют волокна на основе ПАН или ГЦ, термообработанные при 1800 - 2500oС и обладающие модулем 800 600 ГПа и прочностью 1,5 5,0 ГПа.

Изделия, полученные из данной композиции, обладают коэффициентом трения 0,16 0,26 и интенсивностью износа 0,52 0,7810-6 мм3/нм.

Однако в результате обработок углеродного волокна снижаются упруго-прочностные свойства изделий и изделия обладают повышенной ползучестью.

Цель изобретения снижение ползучести при сохранении высоких физико-механических свойств изделий, полученных из полимерных композиций.

Поставленная цель достигается тем, что полимерная композиция, включающая алифатический полиамид или полипропилен, низкомодульное углеродное волокно и высокомодульное углеродное волокно, согласно предложению, в качестве низкомодульного углеродного волокна содержит углеродное волокно на основе гидрацеллюлозы линейной плотности 205 520 текс, с круткой 100 180 кр/м, характеризующееся следующей структурой: параметром ориентации кристаллита, равным 0,5 0,8, межплоскостным расстоянием между углеродными слоями 0,34 - 0,35 нм, соотношением ширины к высоте кристаллита 1,0 4,0, а в качестве высокомодульного кристаллического волокна композиция содержит некрученое углеродное волокно на основе полиакрилонитрила тониной 130 410 текс, характеризующееся параметром ориентации кристаллита 0,2 0,5, межплоскостным расстоянием между углеродными слоями 0,36 0,39 нм, и соотношением ширины к высоте кристаллита, равным 1,5 2,0, при следующем соотношении компонентов композиции, мас. ч. алифатический полиамид или полипропилен 70 96; углеродное волокно на основе гидратцеллюлозы вышеуказанной структуры 0,25 - 28,5; углеродное волокно на основе полиакрилонитрила вышеуказанной структуры 0,25 28,5.

Массовое соотношение углеродного волокна на основе гидрацеллюлозы с углеродным волокном на основе полиакрилонитрила составляет от 5 95 до 95 5. Массовое соотношение алифатического полиамида или полипропилена с суммарным количеством углеродных волокон составляет от 70 30 до 95 5, соответственно.

Углеродное волокно на основе гидрацеллюлозы (УРАЛ-Н-24) получают обработкой гидрацеллюлозного волокна с прочностью 34,5 гс/текс с удлинением 12 катализатором с последующей релаксацией по следующему режиму: нагрев от 20 до 120 300oС в течение 0,4 2,0 ч, охлаждание до комнатной температуры в течение 0,05 0,2 ч и снова нагрев до комнатной температуры до 120 - 300oС в течение 0,4 2,0 ч при общей степени деформации 0 (-10) Затем волокно подвергают карбонизации, при этом в интервале температур 300 - 400oC осуществляют деформацию со степенью (-25) (+30) Графитацию осуществляют при 900 2800oС и степени деформации (-10) (+25) В результате получают углеродное волокно, характеризующееся вышеуказанными свойствами.

Углеродное волокно на основе полиакрилонитрила (УКН) получают окислением некрученого полиакрилонитрильного волокна с прочностью 450 Мн/текс и удлинением 18 в несколько стадий по следующему режиму: первая стадия 1 цикл с температурами нагрева 165 250oC и охлаждением 20 26oС с вытягиванием на (-3) (+170) временем нагрева за цикл 1,5 6 мин и охлаждения 11,7 46,8 мин, вторая стадия 5 циклов с общим вытягиванием на (+0,1) 15 из них: 1 4 циклы с температурами нагрева в каждом цикле 180 240oС, временем нагрева за цикл 3,3 13,2 мин и охлаждения 1,5 6 мин, 5-й цикл с температурой нагрева 180 240oС за 3,3 13,2 мин и охлаждения при температуре 165 225oС за 1,5 6 мин и далее при 20 26oС за 13,5 54 мин, третья стадия 11 циклов, из них: 5 циклов с температурами нагрева в каждом цикле 210 250oС и охлаждения 165 235oС, временем нагрева за цикл 3,3 13,2 мин и охлаждения 1,5 5 мин, 3 цикла с температурами нагрева 235 300oС и охлаждения 165 285oС, временем нагрева за 1 цикл 3,3 13,2 мин и охлаждения 1,5 6 мин, четвертая стадия - выдерживанием при температуре 165 265oС в течение 4,0 16,2 мин. Общее вытягивание на третьей четвертой стадиях составляет (-5) (+10) Далее окисленное волокно подвергают карбонизации в инертной среде. Обработку проводят путем низкотемпературной и/или высокотемпературной карбонизации. Низкотемпературную обработку проводят при 350 800oС в одну или две стадии в диапазоне температур по стадиям соответственно 350 600, 350 - 800oС. Продолжительность обработки на каждой стадии 1,5 20 мин. Высокотемпературную обработку проводят при 1200 2480oС в течение 1 5 мин. При данном способе обработке получают углеродное волокно с вышеуказанными свойствами.

Значения межплоскостного расстояния d002 рассчитываются из рентгеновских данных по формуле Вульфа-Брегга, а высота Lc и ширина кристаллитов La по формуле Селякова-Шеррера: = 2dsin где длина волны рентгеновского излучения; q угол отражения соответствующей плоскости кристаллита; b полуширина рефлекса рентгеновского рассеяния, полученного при отражении от плоскостей кристаллита с индексом hkl соответственно 002 и 100 (см. Жумалиева К. Усенбаев К. Касаточкин В. И. Химия твердого топлива. 1974, N 4, с. 104 110) или "Термо-, жаростойкие и негорючие волокна". Под ред. А. А. Конкина. М. Химия. 1978, с. 222 235).

Изобретение иллюстрируется нижеприведенными примерами и таблицами.

Пример 1.

Полимерная композиция содержит полиамид-6 (ОСТ 6-060-9-85) 70 мас. и углеродный волокнистый наполнитель 30 мас. состоящий из смеси следующего состава: 3,0 мас. ч. углеродного волокна на основе гидрацеллюлозы УРАЛ-Н-24 и 27 мас. ч. углеродного волокна на основе полиакрилонитрила (УКН). Массовое соотношение волокон 10 90. УРАЛ-Н-24 имеет 205 текс, крутку 100 кр/м и структуру волокна и характеризуется параметром ориентации кристаллита 0,5, межплоскостным расстоянием между углеродными слоями 0,34 нм, отношением ширины к высоте кристаллита 1,0. Волокно УКН имеет линейную плотность 410 текс и его структура характеризуется параметром ориентации 0,2, межплоскостным расстоянием между углеродным слоями 0,39 нм и соотношением ширины к высоте кристаллита 1,5.

Смешение термопластичного полиамида и волокнистого наполнителя проводят на двухшнековом экструдере ZSK-30. На шпулярнике устанавливают 9 катушек УКН и две катушки УРАЛ-Н-24. Температура переработки составляет 220 250oС. Композиционный материал получают в виде гранул, которые можно перерабатывать всеми традиционными методами переработки термопластов.

Образцы для испытания были изготовлены методом литья под давлением на литьевой машине KVASSY при температуре 220 260oС и давлении 100 МПа.

Испытания проводят по действующим стандартам на универсальной разрывной машине VTS и маятниковом копре КМ-05.

Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Примеры 2 7.

Композицию получают аналогично примеру 1, но изменяют соотношение углеродных волокон и смеси наполнителя, соотношение термопластичного полимера и углеродного волокнистого наполнителя, а также углеродные волокна используют с различной структурой. Свойства углеродных волокон приведены в табл. 1. Состав композиции и свойства приведены в табл. 2. Образцы для испытаний получают аналогично примеру 1.

Пример 8.

Композиция содержит 80 мас. полипропилена (ПП 2160, ГОСТ 26996-86) и 20 мас. углеволокнистого наполнителя, представляющего смесь 50 мас. ч. УКН и 15 мас. ч. УРАЛ-Н-24. Свойства наполнителя приведены в табл. 1.

Смешение полипропилена с волокнистым наполнителем осуществляют на 2-шнековом экструдере ZSK-30. На шпулярнике устанавливают 5 катушек УКН и 4 катушки УРАЛ-Н-24. Температура переработки составляет 190 240oС. Свойства изделия, полученного аналогично примеру 1, приведены в табл. 2.

Использование заявленной композиции позволяет снизить ползучесть, характеризующуюся начальной деформацией, при сохранении высоких физико-механических свойств изделий, полученных из данной композиции.

Формула изобретения

1. Полимерная композиция, включающая алифатический полиамид или полипропилен, низкомодульное углеродное волокно и высокомодульное волокно, отличающаяся тем, что в качестве низкомодульного углеродного волокна содержит углеродное волокно на основе гидратцеллюлозы линейной плотности 205 520 текс, с круткой 100 180 кр./м, характеризующееся следующей структурой - параметром ориентации кристаллита, равным 0,5 0,8, межплоскостным расстоянием между углеродными слоями 0,34 0,35 нм, соотношением ширины к высоте кристаллита 1,0 4,0, а в качестве высокомодульного кристаллического волокна композиция содержит некрученое углеродное волокно на основе полиакрилонитрила тониной 130 410 текс, характеризующееся параметром ориентации кристаллита 0,2 0,5, межплоскостным расстоянием между углеродными слоями 0,36 0,39 нм и соотношением ширины к высоте кристаллита, равным 1,5 - 2,0, при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.

Алифатический полиамид или полипропилен 70 96 Углеродное волокно на основе гидратцеллюлозы вышеуказанной структуры 0,25 28,5 Углеродное волокно на основе полиакрилонитрила вышеуказанной структуры - 0,25 28,5
2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что массовое соотношение углеродного волокна на основе гидратцеллюлозы к углеродному волокну на основе полиакрилонитрила составляет от 5 95 до 95 5.

3. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что массовое соотношение алифатического полиамида или полипропилена и суммарного количества углеродных волокон составляет от 70 30 до 95 5 соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к получению термопластичных композиций, которые могут найти широкое применение для изготовления деталей конструкционного назначения с высокой ударной прочностью в различных отраслях промышленности, в частности, в автомобилестроении для изготовления литьем под давлением бамперов, решеток радиаторов, декоративных колпаков, передней панели приборов, в электротехнике для изготовления корпусных деталей

Изобретение относится к промышленности пластмасс и касается полимерных композиций на основе полиалкилентерефталатов (полибутилен- и полиэтилентерефталатов)

Изобретение относится к полиамидным ударопрочным композициям, а именно на основе полиамида 12 и пластификатора, применяемым для изготовления изделий конструкционного назначения, преимущественно для изготовления трубок и шлангов, используемых в топливных и пневмотормозных системах автомобилей и тракторов, гидравлических системах машин станков, аппаратов и т.д

Изобретение относится к электропроводным полимерным композициям и может быть использовано в электронной промышленности

Изобретение относится к ударостойкому полимерному составу на основе полиамида, который обладает хорошим свойством сохранять размеры при нагревании

Изобретение относится к антифрикционным полимерным композициям и может быть использовано в машиностроении

Изобретение относится к области создания полимерных композиций для деталей и узлов машин

Изобретение относится к получению полимерных термопластичных композиций на основе синтетического цис-1,4 изопренового каучука и полиолефина, которые могут быть использованы в обувной, резинотехнической, кабельной, автомобильной, электрохимической промышленности [1, с

Изобретение относится к получению пластмасс, используемых в условиях низких температур и применяемых для изготовления различных технических изделий в машиностроении, электротехнике, производстве труб и предметов широкого потребления

Изобретение относится к получению термопластичных композиций, которые могут найти широкое применение для изготовления деталей конструкционного назначения с высокой ударной прочностью в различных отраслях промышленности, в частности, в автомобилестроении для изготовления литьем под давлением бамперов, решеток радиаторов, декоративных колпаков, передней панели приборов, в электротехнике для изготовления корпусных деталей

Изобретение относится к лесной и деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано на предприятиях мебельной промышленности, в строительстве, авто- и вагоностроении, в производстве тары и т.п

Изобретение относится к полимерным материалам с повышенной стойкостью к горению и термоокислительному старению и может быть использовано при изготовлении деталей теле-, радио- и светотехники, изделий электротехнического назначения

Изобретение относится к промышленности пластмасс
Изобретение относится к области полимеров, а именно, к составам полиолефиновых, в частности, полипропиленовых композиций, наполненных мелкодисперсными неорганическими веществами

Изобретение относится к полимерным материалам с пониженной горючестью и может быть использовано для изготовления деталей теле-, радиотехники и электротехнического назначения

Полимерная композиция

Наверх