Конструкционная литьевая полимерная композиция
Изобретение относится к композиционным материалам на основе термопластов для изготовления литьем под давлением различных деталей технического назначения, в том числе деталей железнодорожной техники: изолирующих втулок и фиксаторов опор контактной сети, упругих изолирующих прокладок на деревянные и железобетонные шпалы и брусья под стрелочные переводы. Полимерная композиция содержит полиолефин, резиновую крошку, синтетический этиленпропиленовый каучук и наполнитель микросфер из дымовых выбросов ТЭЦ и в качестве добавки смазку. При этом в качестве смазки может быть использовано минеральное или растительное масло с температурой кипения не ниже 180°С или низкомолекулярные диановые смолы. Кроме того наполнитель может дополнительно содержать тальк. Использование дымовых выбросов ТЭЦ заданного состава и сочетание компонентов композиции в определенном соотношении обеспечивает получение литьевых композиций, обладающих повышенной износостойкостью, высокой водо- и маслостойкостью, низкой истираемостью при сохранении необходимой эластичности и позволяющих удлинить срок службы изделий. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к композиционным материалам на основе термопластов для изготовления литьем под давлением изделий конструкционного назначения, используемых в различных областях техники, в частности в железнодорожной технике, для изготовления изолирующих втулок и фиксаторов, опор контактной сети, упругих и изолирующих прокладок на деревянные и железобетонные шпалы и брусья под стрелочные переводы и др.
Известна пресс-композиция (RU 1564166, C 08 L 61/10, 1990) для изготовления различных деталей железнодорожного транспорта, например деталей изолирующего стыка, изолирующих втулок в скреплениях на железобетонном подрельсовом основании на основе фенолформальдегидной смолы. Основной недостаток этой композиции - многокомпонентность состава и многостадийность процесса производства. Основа композиции - фенольно-формальдегидная смола резольного типа предопределяет высокую жесткость материала, недостаточную упругость и устойчивость при воздействии динамических нагрузок в процессе эксплуатации. Перерабатывается в изделия эта композиция методом горячего прессования, который малопроизводителен и плохо поддается автоматизации.
Известна полимерная пресс-композиция (RU 563811, C 08 L 23/06, 1981) для изготовления изолирующих прокладок на деревянные и железобетонные шпалы. Композиция содержит в определенных соотношениях полиэтилен, кордное волокно и резиновую крошку. Основными недостатками этой композиции является, с одной стороны, низкая технологичность и, как следствие, нестабильность свойств получаемых изделий. Перерабатывается предлагаемая композиция также малопроизводительным методом прессования. Жесткость изделий из этой композиции высокая (400-500 кг/см) и не может обеспечить необходимой упругости железнодорожного пути. Достигнутые значения ударной вязкости (до 54 кгсм/см2) характерны для стандартных полимерных композиций конструкционного назначения и малы для прокладочных материалов.
Наиболее близким является техническое решение (RU 1420001, C 08 L 23/06, 1988), в котором заявлен полимерный композиционный материал, предлагаемый для использования на железнодорожном транспорте для изготовления упругих и изолирующих прокладок на шпалы. В состав композиции входит ПЭНД, резиновая крошка, измельченная юфть, хромовая кожа, тиомочевина и продукт взаимодействия фенилендиамина и сернокислого марганца в определенных соотношениях.
Композиция отличается высокой пластичностью (относительное удлинение при разрыве 320-475%) и соответственно невысокой упругостью и большой остаточной деформацией при нагружении, что снижает упругость железнодорожного пути. Композиция недостаточно устойчива к действию осевого масла (набухание за 24 часа при 20°С составляет до 0,2%) и других агрессивных сред - сильнодействующих растворителей и щелочей (СЖР-3), неводостойка, что является следствием наличия в составе большого (до 125 мас.частей) количества измельченной кожи (хром, юфть). Приведенные данные об износостойкости материала свидетельствуют о недостаточной жесткости материала и соответственно не высокой износостойкости. На основании данных о твердости материала, определенных по методу Шора (˜90 ед.), ее можно отнести к группе достаточно мягких резин.
Кроме того, технология изготовления композиции многостадийна, включает процессы растворения компонентов с последующей сушкой, что делает ее экологически небезупречной.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание конструкционного литьевого композиционного полимерного материала, обладающего повышенной износостойкостью, высокой водо- и маслостойкостью, высокой твердостью, низкой истираемостью при сохранении необходимой упругости.
Решение поставленной технической задачи заключается в том, что конструкционная полимерная композиция для изготовления литьем под давлением различных изделий в железнодорожной технике содержит полиолефин, резиновую крошку, синтетический этиленпропиленовый каучук, наполнитель - микросферы из дымовых выбросов ТЭЦ следующего состава, %:
SiO2 - 55-61, Al2O3 - 26-30, Fe2О3 - 4-10, CaO - 2-6, MgO - 1-2, Na2О, К2О - 0,5-4,0, С - 0,01-2,0 и смазку, при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.:
| полиолефин | 30-70 |
| этиленпропиленовый каучук | 5-40 |
| резиновая крошка | 2-20 |
| наполнитель | 15-40 |
| смазка | 0,5-3 |
В качестве наполнителя может быть использована также смесь микросфер из дымовых выбросов ТЭЦ и талька при их соотношении: 1:99-99:1, а в качестве смазки используются минеральные или растительные масла с температурой кипения не ниже 180°С или низкомолекулярные диановые эпоксидные смолы.
Предлагаемое техническое решение отличается новыми качественными и количественными соотношениями компонентов композиции, обеспечивающими новую совокупность необходимых свойств.
Для приготовления предлагаемых композиций используют: в качестве полиолефинов
- полиэтилен низкой и высокой плотности, полипропилен, а также их смеси,
- дробленые или гранулированные отходы этих полимеров и их смеси;
в качестве синтетических этиленпропиленовых каучуков используют синтетические этиленпропиленовые каучуки типов СКЭП или СКЭПТ и их смеси;
в качестве резиновой крошки используют вторичное сырье, получаемое из старых автомобильных, авиационных покрышек и других резиновых изделий, с размером частиц 0,2-1 мм;
в качестве наполнителя используют микросферы из дымовых выбросов ТЭЦ следующего состава, %, SiO2 - 55-61, Al2О3 - 26-30, Fe2О3 - 4-10, CaO - 2-6, MgO - 1-2, Na2O, K2O - 0,5-4,0, С - 0,01-2,0 со средним размером частиц 0,5-0,6 мкм, например микросферы под торговым названием «Термины», ф. ЗАО «Метлон», тальк марки ТРПН или марки Firmtalk M15, Финляндия;
в качестве смазки используют масла с температурой кипения не ниже 180°, минеральные, например масла индустриальные, органические, например касторовое, или низкомолекулярные диановые эпоксидные смолы, например ЭД-14, ЭД-10, ЭД-8.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами:
Пример 1. Вторичный полиэтилен высокой плотности в количестве 45 кг, резиновая крошка (отходы шинной промышленности) фракция ⊘ 0,5 мм в количестве 8 кг, гранулированный синтетический каучук марки СКЭПТ в количестве 32 кг, минеральное масло М20 (ГОСТ 19729-74) в количестве 1,5 кг, микросферы «Термины» (ТУ 5718-001-42906424-99) в количестве 20 кг предварительно перемешиваются в лопастном смесителе ЗШ25ВРК-01 при комнатной температуре в течение 5 минут. Полученная смесь подается в двухшнековый экструдер ЧПВ2СП63×20, где при температуре ˜200°С гомогенизируется и выходит в виде стренгов 04-5 мм. Стренги проходят через охлаждающую водяную ванну и измельчаются на гранулы в прутковом грануляторе. Свойства композиции приведены в таблице 2 Примеры 2-7 приведены в таблице 1, свойства получаемых композиций в таблице 2.
Образцы из предлагаемой композиции изготавливают методом литья под давлением с использованием типовых термопластавтоматов.
Испытания проводят по следующим методикам:
водопоглощение (водостойкость) по ТУ 2211-011-17790041-04,
твердость по вдавливанию шарика по ГОСТ 4670-91,
сопротивление истиранию по ГОСТ 462-77,
маслостойкость - по ГОСТ 9.024-74,
жесткость при статическом нагружении - по методу Дефо,
ударная вязкость по ГОСТ 4647.
| Таблица 2 | ||||||||
| Показатели свойств | По примерам | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | Прототип | |
| 1 Водопоглощение, % | 0,1 | 0,06 | 0,08 | 0,11 | 0,1 | 0,12 | 0,13 | 0,6 |
| 2 Твердость по вдавливанию шарика по Шору | 80 105 | 78 95 | 82 100 | 81 100 | 75 110 | 77 98 | 83 97 | 77-90 |
| 3 Сопротивление истиранию, м/ТДж. | 0,017 | 0,015 | 0,016 | 0,02 | 0,016 | 0,017 | 0,015 | 0,028-0,093 |
| 4. Маслостойкость, % | 0,06 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,08 | 0,06 | 0,1-1,17 |
| 5.Жесткость при статическом нагруж., кг/см | 370·103 | 385·103 | 408·103 | 350·103 | 403·103 | 501·103 | 450·103 | - |
| 6.Ударная вязкость, кДж/м2 | не разрушается | не разрушается | не разрушается | не разрушается | не разрушается | не разрушается | не разрушается | - |
Из приведенных в описании изобретения данных видно, что предлагаемая конструкционная литьевая композиция позволяет изготавливать изделия, обладающие высокой водо- и маслостойкостью, повышенной износостойкостью, низкой истираемостью, высокой твердостью в сочетании с хорошей перерабатываемостью на типовом оборудовании. Кроме того, при изготовлении предлагаемой композиции используют вторичное сырье (полиолефины, резиновая крошка, микросферы из дымовых выбросов ТЭЦ), что делает ее экономически выгодной.
По комплексу своих свойств изделия из предлагаемой композиции соответствуют требованиям к материалам для изготовления упругих и изолирующих прокладок на деревянные и железобетонные шпалы железнодорожных путей. Применение изделий из предлагаемой композиции повышает упругость железнодорожного пути и улучшает условия взаимодействия пути и подвижного состава, уменьшает механический износ и удлиняет срок их службы.
1. Конструкционная литьевая полимерная композиция, включающая полиолефин, резиновую крошку, наполнитель и добавку, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит синтетический этиленпропиленовый каучук, а в качестве наполнителя микросферы из дымовых выбросов ТЭЦ следующего состава, %: SiO2 - 55,0-61,0; Al2О3 - 26,0-30,0; Fe2O3 - 4,0-10,0; CaO - 2,0-6,0; MgO - 1,0-2,0; N2O, К2O - 0,5-4,0; С - 0,01-2,0, а в качестве добавки смазку при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.:
| Полиолефин | 30-70 |
| Этиленпропиленовый каучук | 5,0-40 |
| Резиновая крошка | 2-20 |
| Наполнитель | 15-40 |
| Добавка | 0,5-3 |
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя используют смесь микросфер из дымовых выбросов ТЭЦ с тальком.
3. Композиция по п.2, отличающаяся тем, что соотношение смеси микросфер из дымовых выбросов ТЭЦ и талька составляет 1:99÷99:1.
4. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве смазки используют минеральное или растительное масла с температурой кипения не ниже 180°С или низкомолекулярные диановые эпоксидные смолы.
