Полимерная литьевая конструкционная композиция
Изобретение относится к конструкционным материалам на основе наполненных стекловолокном полиолефинов и может быть использовано в автомобилестроении, строительстве железных дорог, в мебельной промышленности. Полимерная литьевая конструкционная композиция включает полипропилен, полиэтилен, эластомер, порошкообразный неорганический наполнитель и волокнистый наполнитель, в качестве которого используют стекловолокно, аппретированное органосиланом с диаметром волокон 8-13 мкм и характеристическим отношением 25-35. Технический результат состоит в создании полипропиленовой композиции, обладающей высокими ударной вязкостью как при нормальных, так и при пониженных температурах и модулем упругости при изгибе, а также жесткостью и твердостью при сохранении хороших эстетических свойств. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к конструкционным композициям на основе наполненных стекловолокном полиолефинов и может быть использовано для изготовления конструкционных изделий: в автомобилестроении (например, бамперы, крыльчатки вентиляторов), строительстве железных дорог (например, дюбели для крепления шпал), в мебельной промышленности (например, крестовины офисных кресел).
В настоящее время не решена проблема создания конструкционных материалов на основе полипропилена, обладающих одновременно высокой ударной вязкостью с сохранением жесткости и твердости. Эти требования предъявляются к изделиям конструкционного назначения на основе полипропилена.
Известна композиция США 3256367 260-897, 1966, содержащая полипропилен, полиэтилен, этиленпропиленовый сополимер. Композиция обладает недостаточной ударной прочностью.
Известна композиция РФ 1317002, С08L 23/02, 1987 г., на основе полиолефина, аппретированного органосиланом стекловолокна или его смеси с силикатным наполнителем, бисмалеимида, органосилана и силоксанового каучука. Эта композиция имеет также недостаточную ударную вязкость.
Известна полимерная композиция СССР 749862, C08L 23/12, 1980, содержащая полипропилен, полиэтилен, силоксановый каучук, стабилизатор и наполнитель (асбест, тальк, стекловолокно и др.), которая обладает высокой ударной вязкостью как при высоких, так и при низких температурах, но недостаточными жесткостью и твердостью. При использовании силоксановых каучуков увеличивается ударная вязкость материала, но вместе с этим теряется необходимая для конструкционных материалов жесткость и твердость.
Прототипом заявляемого технического решения является заявка Японии №61-072039, С08L 23/12, 1989.
Заявлена полипропиленовая композиция, содержащая:
| полипропилен | 40-87 об.% | (36,8-80,0 мас.ч.) |
| эластомер | 10-40 об.% | (8,6-34,8 мас.ч.) |
| полиэтилен | 1-20 об.% | (0,9-19,3 мас.ч.) |
| волокнистый наполнитель | 3-20 об.% | (7,5-59,0 мас.ч.) |
Волокнистый наполнитель имеет волокна с характеристическим отношением 20-60 и диаметром волокон 0,1-2 мкм.
В качестве полипропилена используют традиционный полипропилен, например, гомополимер пропилена, сополимер пропилена и α-олефинов и др.
В качестве эластомеров используют стирольные и олефиновые эластомеры, наиболее предпочтительными являются бутадиенстирольный каучук и этиленпропиленовый каучук.
В качестве наполнителя используют оксисульфат магния, волокна титаната калия, стекловолокно, волокна силиката кальция, керамические волокна из оксида алюминия и диоксида кремния с обязательным условием соблюдения заявленных пределов диаметра волокон и характеристического отношения - длина волокна к диаметру.
Используемый полиэтилен должен иметь показатель текучести расплава от 0,1-20 г/10 мин и плотность 0,900-0,965 г/см3.
В состав композиции могут быть включены антиоксиданты, защитные вещества, антистатики смазки и другие добавки.
Основными недостатками данной композиции являются низкие теплостойкость, ударная вязкость и модуль упругости при изгибе.
Задача настоящего изобретения - создание на основе полипропилена композиции, обладающей комплексом свойств - высокие ударная вязкость при положительных и отрицательных температурах, модуль упругости при изгибе, а также твердость, позволяющие использовать его в высоконагруженных конструкционных деталях, подвергающихся динамическим нагрузкам, при сохранении хороших эстетических свойств.
Поставленная задача решается за счет разработки новой конструкционной композиции, содержащей, (мас.ч.): 50-80 полипропилена, 2-5 эластомера, 2-6 полиэтилена, 15-50 стекловолокна, аппретированного органосиланом, с диаметром волокна 8-13 мкм, характеристическим отношением 25-35 и дополнительно 0,5-5,0 порошкообразного неорганического наполнителя.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в разработке нового конструкционного материала на основе известных компонентов при их новом качественном и количественном соотношении, обеспечивающем неочевидный комплекс свойств: сочетание высокой ударной вязкости с высокими значениями жесткости и твердости.
В качестве полипропилена используют первичный или вторичный полипропилен или их смесь.
В качестве полиэтилена используют первичный или вторичный полиэтилен с показателем текучести расплава 2-10 г/10 мин и плотностью 0,92-0,96 г/см3 или их смесь.
В качестве эластомеров используют олефиновые эластомеры, в частности этиленпропиленовые каучуки.
В качестве порошкообразного неорганического наполнителя используют каолин, тальк.
В качестве стекловолокна используют аппретированное органосиланом стекловолокно с диаметром волокон 8-13 мкм и характеристическим отношением 25-35.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами:
Пример 1.
Готовится сухая смесь из 65 мас.ч. полипропилена, 4 мас.ч. полиэтилена высокой плотности, 1 мас.ч. талька, 4 мас.ч. этиленпропиленового каучука. Смесь непрерывно подается в двухшнековый экструдер, где при температуре 220°С расплавляется. В расплав непрерывно подается стеклоровинг в количестве 26 мас.ч., состоящий из стеклянных волокон ⊘13 мкм, аппретированных 3-амино-пропилтриэтоксисиланом. Смесь гомогенизируется до получения стекловолокон с характеристическим отношением 25-35, в виде стренг поступает в охлаждающую водяную ванну и гранулируется.
Примеры 2-7.
По технологии аналогичны описанной в примере 1. Составы композиций приведены в таблице 1.
В примерах использованы материалы:
| 1. Полиэтилен в.п. | ГОСТ 16338-85 |
| 2. Полиэтилен н.п. | ГОСТ 16337-77 |
| 3. Полипропилен | ГОСТ 26996-86 |
| 4. Синтетический каучук СКЭП, СКЭПТОЛ | ТУ 2243-002-48696943-99 |
| 5. Стклоровинг | ТУ 5952-05763895-45-95 |
| 6. Тальк | ГОСТ 19729-74. |
| Таблица 1. | |||||||||
| СОСТАВ КОМПОЗИЦИИ ПО ПРИМЕРАМ, мас.ч. | |||||||||
| № примера | Полипропилен | Полиэтилен | Эластомер | Стекловолокно, аппретированное органосиланом | Порошкообразный наполнитель | ||||
| высокой плотности | низкой плотности | СКЭП | СКЭПТОЛ | количество | диаметр/характеристическое отношение | тальк | каолин | ||
| 1. | 65 | 4 | 4 | 26 | 13/25-35 | 1 | |||
| 2. | 50 | 6 | 5 | 35 | 10/25-35 | 5 | |||
| 3. | 80 | 2 | 2 | 20* | 8/25-35 | 0,5 | |||
| 4. | 60 (вторичный) | 5 | 3 | 30 | 13/25-35 | 2 | |||
| 5. | 70 | 4 | 2 | 15 | 10/25-35 | 1,5 | |||
| (вторичный) | (вторичный) | ||||||||
| 6. | 30 (первичный) | 6 | 5 | 50 | 8/25-35 | 0,5 | |||
| 30 (вторичный) | |||||||||
| 7. | 55 (первичный) | 6 | 4 | 45 | 13/25-35 | 1,5 | |||
| (вторичный) | |||||||||
| 8. | 55 | 15 | 30 | 15 | 13/230 | - | - | ||
| (по прототипу) об.% | |||||||||
| - стекловолокно аппретировано эпоксипропилтриэтоксисиланом. | |||||||||
| Текучесть расплава полиэтилена 2 г/10 мин (примеры 1, 7), 6 г/10мин (примеры 2, 6), 10 г/10 мин (примеры 3, 4, 5). |
| Таблица 2. | ||||||||
| СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ ПО ПРИМЕРАМ ТАБЛИЦЫ 1 | ||||||||
| № примера | Ударная вязкость по Изоду, с надрезом при 20°С кДж/м | Ударная вязкость по Изоду, с надрезом при 30°С кДж/м | Модуль упругости при изгибе кг/см2 | Твердость по вдавливаемому шарику | Теплостойкость при изгибе σ=1,81 МПа, °С | Ровность поверхности | Вид швов (стыков при литье) | Подтеки |
| 1. | 6 | 5,5 | 45000 | 110 | 140 | хор | хор | нет |
| 2. | 6 | 5,5 | 43000 | 115 | 143 | хор | хор | нет |
| 3. | 4,5 | 4 | 40000 | 110 | 140 | хор | хор | нет |
| 4. | 5,2 | 5 | 44000 | 112 | 145 | хор | хор | нет |
| 5. | 4,5 | 4 | 45000 | 120 | 150 | хор | хор | нет |
| 6. | 8,5 | 8,2 | 20000 | 85 | 135 | хор | хор | нет |
| 7. | 7 | 6 | 44000 | 120 | 150 | хор | хор | нет |
| 8. | 3,1 | - | 16800 | - | - | неудовл. | хор | нет |
| по прототипу |
Материалы на основе предлагаемых композиций испытывались по следующим методикам:
| 1. Модуль упругости при изгибе | ГОСТ 9550-81 |
| 2. Удельная вязкость по Изоду с надрезом | ГОСТ 19109 |
| 3. Теплостойкость при изгибе | ГОСТ 12021 |
| 4. Твердость по Роквеллу (Rk) | ГОСТ 4670-91 |
При использовании полиэтилена и эластомера меньше заявленных количеств не обеспечивается высокая ударная вязкость, в том числе при минусовых температурах, а при выходе за верхний предел не обеспечивается необходимая жесткость.
При введении наполнителя в меньших количествах, чем заявлено, наблюдается снижение жесткости и ударной вязкости, а при введении выше заявленных теряется эластичность, ухудшается перерабатываемость и внешний вид.
Как следует из описания прототипа, изделия из тальконаполненных композиций имеют не глянцевую поверхность, а изделия с использованием стекловолокнистых наполнителей отличаются низкой ударной прочностью и непривлекательным внешним видом (см. табл.2).
В предлагаемом решении использование аппретированного органосиланом стекловолокна диаметром 8-13 мкм с характеристическим отношением 25-35, дополнительным использованием небольшого количества порошкообразного неорганического наполнителя, меньшим количеством используемого каучука и полиэтилена позволило получить материал с комплексом свойств - высокой ударной вязкостью при сохранении жесткости и твердости.
Материал также имеет высокую ударную вязкость при отрицательных температурах. Изделия, полученные из этой композиции, имеют хорошие эстетические свойства: поверхность ровная, швы хорошие, подтеки отсутствуют.
В композицию могут быть введены традиционные целевые добавки: концентраты красителей, смазки, термостабилизаторы и антипирены в общепринятых количествах.
1. Полимерная литьевая конструкционная композиция, содержащая полипропилен, эластомер, полиэтилен и волокнистый наполнитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит порошкообразный неорганический наполнитель, а в качестве волокнистого наполнителя используют стекловолокно, аппретированное органосиланом с диаметром волокон 8-13 мкм и характеристическим отношением 25-35 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| полипропилен | 50-80 |
| эластомер | 2-5 |
| полиэтилен | 2-6 |
| стекловолокно, аппретированное органосиланом | 15-50 |
| порошкообразный неорганический наполнитель | 0,5-5 |
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве полипропилена используют первичный полипропилен, вторичный полипропилен или их смесь.
3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве полиэтилена используют первичный полиэтилен, вторичный полипропилен с показателем текучести расплава 2-10 г/10 мин или их смесь.
4. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве эластомера используют олефиновые эластомеры, в частности, этиленпропиленовые каучуки.
5. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве порошкообразного неорганического наполнителя используют каолин, тальк.
