Полимерная композиция конструкционного назначения
Изобретение относится к технологии получения полимерных композиций на основе термореактивных связующих и волокнистых наполнителей и может быть использовано для изготовления подшипников скольжения, уплотнений, зубчатых колес и др. деталей конструкционного назначения машин и механизмов. Полимерная композиция содержит 35-45 мас.% термореактивной смолы - фенолформальдегидной или эпоксидной и 55-65 мас.% измельченного параарамидного волокна Русар-С. Изобретение позволяет увеличить прочность композиции при сжатии на 11-12%, ударную вязкость - в 1,54-1,6 раз, снизить коэффициент анизотропии в 1,14-1,3 раза. 1 табл.
Изобретение относится к полимерным композициям на основе термореактивных связующих и волокнистых наполнителей и может быть использовано для изготовления подшипников скольжения, уплотнений, зубчатых колес и других деталей конструкционного назначения машин и механизмов.
Известны полимерные композиции на основе термореактивных смол, содержащие органическое волокно фенилон (см. Burya A.I., Chercasova N.G., Pilipenko O.I. Polymer composites of construction application based of thermoreactive matrix and chemical fibres/ Polimery i kompozyty konstrukcyjne. - Ustron: Politechnika slaska. №1. - 2000. - P.101-106); рубленное поли-м-фениленизофталамидное волокно в виде отрезков комплексной нити (см. 
Черкасова Н.Г., Земляний О.О. та iн. Полiмерний прес-матерiал. Патент Украïни на винахiд №53808 А1, вiд 17.02.2003. Опубл. Бюл. №2, 2003 р.).
Недостатками известных композиций являются недостаточно высокая ударная вязкость и прочность при сжатии.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является полимерная композиция на основе термореактивной смолы и арамидного волокнистого наполнителя терлон (см. Черкасова Н.Г., Буря O.I. Органопластики конструкцiйного призначення на основi модифiкованого арамiдного волокна та термореактивноï матрицi/Збiрка «Коммунальное хозяйство городов», - Киïв: Технiка. - 2000. - Вып.22. - С.99-101. - Прототип). Степень наполнения терлоном составляет 60 мас.%. Известная композиция обладает недостаточными показателями ударной вязкости, разрушающего напряжения при сжатии, высокой анизотропией свойств.
Задача изобретения - создание полимерной композиции путем введения органического волокнистого наполнителя марки Русар-С для увеличения физико-механических показателей и снижения коэффициента анизотропии.
Поставленная задача решается тем, что полимерная композиция конструкционного назначения, содержащая термореактивное связующее и волокнистый наполнитель, содержит в качестве волокнистого наполнителя измельченное параарамидное волокно Русар-С (ТУ 2272-001-18059169-99) при таком соотношении компонентов, мас.%:
термореактивная смола - 35-45
параарамидный волокнистый наполнитель Русар-С - 55-65
Полимерной основой волокна Русар-С являются гетероциклические полиамиды (см. Перепелкин К.Е., Кудрявцев Г.И. Армирующие химические волокна. // 1988, №5, с.5. Патенты РФ №2017866, 1994 г., №2143504, 1999 г.). Основные потребительские характеристики нитей Русар-С приведены в публикации И.В.Тихонов. Новые органические материалы с улучшенными потребительскими свойствами и изделия из них. Химические волокна, 1998, №5, с.27.
Пример 1. Композицию из фенолформальдегидной смолы марки ЛБС -1 (ГОСТ 901-78) - 40 мас.% и хаотически расположенного в нем параарамидного волокнистого наполнителя Русар-С (60 мас.%) готовили по такой технологической схеме:
1. Приготавливали раствор фенолформальдегидного связующего для пропитки - бакелитовый лак разводили ацетоном до концентрации 30-35% (в пересчете на сухой олигомер);
2. Пропитку связующего волокнистым наполнителем проводили механическим смешением (хаотическое армирование);
3. Феноорганопрепрег сушили 24 часа на воздухе и при 353К в термошкафу до обеспечения оптимальных технологических параметров: содержание летучих в фенопрепреге 6-6,5%;
4. Прессование образцов органопластиков проводили при удельном давлении 35-40 МПА и температуре 433К, температура загрузки пресс-материала в пресс-форму и температура выгрузки - 353К, скорость подъема температуры 2 град/мин.
Исследование свойств полимерной композиции осуществляли по следующим методикам: разрушающее напряжение при сжатии определяли согласно ГОСТ 4651-82 на разрывной машине Р-5. Минимальное количество испытуемых образцов - 10. Ударную вязкость определяли по методу Шарпи согласно ГОСТ 4647-80 на маятниковом копре КМ-5Т при температуре 23±2°С и относительной влажности 50±5%.
Анизотропия прочностных свойств органопластиков оценивалась коэффициентом анизотропии (Ка), который определялся соотношением пределов прочности при сжатии в направлениях параллельном 
и перпендикулярном 
направлению прессования:
Пример 2. Композицию из фенолформальдегидной смолы марки ЛБС-1 (ГОСТ 901-78) - 35 мас.% и хаотически расположенного в нем параарамидного волокнистого наполнителя Русар-С (65 мас.%) приготавливали, перерабатывали и исследовали согласно ГОСТов и методик, приведенных в примере 1.
Пример 3. Композицию из фенолформальдегидной смолы марки ЛБС-1 (ГОСТ 901-78) - 45 мас.% и хаотически расположенного в нем параарамидного волокнистого наполнителя Русар-С (55 мас.%) приготавливали, перерабатывали и исследовали согласно ГОСТов и методик, приведенных в примере 1.
Пример 4. Композицию из 40% эпоксидного связующего (представляющего собой эпоксидно-диановую смолу марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84) с содержанием эпоксидных групп 20,7%, отвержденную м-фенилендиамином (ГОСТ 5826-81) в стехиометрическом соотношении относительно к эпоксидным группам (13,54%) и хаотически расположенного в нем параарамидного волокнистого наполнителя Русар-С (60 мас.%) приготавливали по такой технологической схеме:
1. Приготавливали раствор эпоксидного связующего - эпоксидную смолу разбавляли ацетоном до концентрации 60% (в пересчете на сухой олигомер);
2. Пропитку связующего волокнистым наполнителем проводили механическим смешением (хаотическое армирование);
3. Эпоксиорганопрепрег сушили 24 часа на воздухе и при 353К в термошкафу до обеспечения оптимальных технологических параметров: содержание растворимой фракции в эпоксидном связующем 90-92%;
4. Прессование образцов органопластиков проводили при удельном давлении 35-40 МПа и температуре 433К, температура загрузки пресс-материала в пресс-форму и температура выгрузки 353К, скорость подъема температуры 2 град/мин.
Исследование свойств органопластиков осуществляли согласно ГОСТов и методик, приведенных в примере 1.
Пример 5. Композицию из 35 мас.% эпоксидного связующего и хаотически расположенного в нем параарамидного волокнистого наполнителя Русар-С (65 мас.%) приготавливали, перерабатывали и исследовали согласно ГОСТов и методик, приведенных в примере 4.
Пример 6. Композицию из 45 мас.% эпоксидного связующего и хаотически расположенного в нем параарамидного волокнистого наполнителя Русар-С (55 мас.%) приготавливали, перерабатывали и исследовали согласно ГОСТов и методик, приведенных в примере 4.
Пример 7. Композицию из фенолформальдегидной смолы марки ЛБС-1 (ГОСТ 901-78) 50 мас.% и хаотически расположенного в нем параарамидного волокнистого наполнителя Русар-С (50 мас.%) приготавливали, перерабатывали и исследовали согласно ГОСТов и методик, приведенных в примере 1.
Пример 8. Композицию из фенолформальдегидной смолы марки ЛБС-1 (ГОСТ 901-78) - 30 мас.% и хаотически расположенного в нем параарамидного волокнистого наполнителя Русар-С (70 мас.%) приготавливали, перерабатывали и исследовали согласно ГОСТов и методик, приведенных в примере 1.
Пример 9. Композицию из фенолформальдегидной смолы марки ЛБС-1 (ГОСТ 901-78) - 40 мас.% и хаотически расположенного в нем арамидного волокнистого наполнителя терлон (60 мас.%) приготавливали, перерабатывали и исследовали согласно ГОСТов и методик, приведенных в примере 1 (Прототип).
Пример 10. Композицию из эпоксидного связующего (40 мас.%) и хаотически расположенного в нем арамидного волокнистого наполнителя терлон (60 мас.%) приготавливали, перерабатывали и исследовали согласно ГОСТов и методик, приведенных в примере 4 (Прототип).
Составы и свойства полимерных композиций предлагаемого изобретения и известной композиции (прототип) приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | |||||||
| № примера | Состав композиций, мас.% | Разрушающее напряжение при сжатии, МПа | Ударная вязкость, кДж/м2 | Коэффициент анизотропии, Ка | |||
| Связующее | Наполнитель | ||||||
| Фенолформальдегидное | Эпоксиаминное | Русар-С | Терлон | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 1. | 40 | - | 60 | 221 | 100,3 | 1,13 | |
| 2. | 35 | - | 65 | - | 219 | 98,7 | 1,14 |
| 3. | 45 | - | 55 | - | 220 | 101,2 | 1,12 |
| 4. | - | 40 | 60 | - | 189 | 90,3 | 1,11 |
| 5. | - | 35 | 65 | - | 187 | 89 | 1,07 |
| 6. | - | 45 | 55 | - | 191 | 92 | 1,0 |
| 7. | 50 | - | 50 | 180 | 88,5 | 1,12 | |
| 8. | 30 | - | 70 | 160 | 86 | 1,27 | |
| 9.* | 40 | - | 60 | 184 | 65 | 1,48 | |
| 10* | - | 40 | 60 | 167 | 56 | 1,27 | |
| *- прототип |
Анализ результатов, приведенных в таблице 1, позволяет заключить, что заявляемые композиции на основе термореактивных смол превышают известную по прочности при сжатии на 11-12%, ударной вязкости - в 1,54-1,6 раз; коэффициент анизотропии снижается в 1,14-1,3 раза.
Правильность выбранных соотношений компонентов подтверждается контрольными примерами №7-8.
Благодаря высоким физико-механическим характеристикам и изотропности свойств полимерная композиция может использоваться для изготовления деталей подвижных сочленений машин и механизмов, например, металлургического и химического оборудования.
Полимерная композиция конструкционного назначения, содержащая термореактивную смолу - фенолформальдегидную или эпоксидную и параарамидный волокнистый наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя она содержит измельченное параарамидное волокно Русар-С при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Термореактивная смола | 35-45 |
| Параарамидное волокно Русар-С | 55-65 |
