Способ получения состава композиционного полимерного материала с заданными свойствами

Изобретение относится к способу получения состава композиционного полимерного материала - степени наполнения и среднего радиуса частиц наполнителя с эффективными теплофизическими и электрофизическими характеристиками в заданных интервалах. Способ характеризуется тем, что по экспериментальным данным строятся поверхности и соответствующие им изолинии эффективных характеристик - коэффициента теплопроводности, диэлектрической проницаемости и удельной электрической проводимости, зависящие от управляющих параметров - степени наполнения, типа и среднего радиуса частиц наполнителя и наложение изолиний определяет рецептуру - значения управляющих параметров, которая обеспечивает попадание указанных эффективных характеристик в заданные интервалы значений. Способ позволяет исключать нереализуемые варианты рецептуры. 5 ил., 4 табл.

 

Изобретение относится к получению состава полимерных композиционных материалов (ПКМ) и может быть использовано для получения полимерных композиционных материалов с требуемыми теплофизическими и электрофизическими свойствами, применяемыми в различных отраслях промышленности.

Современная наука о полимерах позволяет конструировать на их основе материалы с заданными свойствами, отличающимися на несколько порядков. Достигается это путем создания композиционных материалов с использованием различных ингредиентов.

При создании новых композиционных материалов требуется проводить определение характеристик соответствующих свойств: механических, теплофизических, электрофизических и т.д., присущих не полимеру и наполнителю, а материалу в целом. Такие характеристики определяются в результате численного или натурного экспериментов и называются эффективными [1-3]. При получении состава полимерных композиционных материалов, например, электротехнических, требуется получить такие необходимые эффективные характеристики, как диэлектрическая проницаемость, удельная электрическая проводимость и теплоотвод, оцениваемый коэффициентом теплопроводности.

Цикл работ по решению подобного рода задач дисперсно-наполненных композиционных материалов был опубликован авторами [1-5].

Известен способ получения состава композиционного полимерного материала с заданными свойствами в виде многофакторного планирования эксперимента, т.е. многофакторный анализ (факторный анализ) [6, 7].

Предлагаемый способ получения материалов с заданными свойствами заключается в построении поверхностей, отражающих зависимости эффективных характеристик от управляющих параметров, различие состоит в самом способе построения поверхностей, которые строятся не на основе полученных функций, а на основе прямого использования экспериментальных данных, и получаются совмещением контурных кривых (изолиний).

Наиболее близким решением, использующим методы совмещения контурных кривых, является работа [7]. Для графического анализа полученных целевых функций с целью оптимизации необходимо построить контурные графики. Для построения контурных кривых изменения свойств в зависимости от содержания двух компонентов по осям откладывают дозировки компонентов в условных единицах. Контурные кривые позволяют определить, при каких дозировках компонентов свойства материала характеризуются наиболее высокими показателями и в какой области показатель изменяется в допустимых пределах. Для определения оптимальных условий, удовлетворяющих комплексу требований, используют метод совмещения контурных кривых для исследуемых показателей [8].

Этот подход является трудоемким, требует проведения полного цикла экспериментов и большого расхода материалов. Кроме того, недостатком этого способа является то, что связь между входными (управляющими) и выходными параметрами системы описывается обычно полиномом. Необходимость расположить экспериментальные точки неким оптимальным образом является одной из основных задач планирования эксперимента.

Основное отличие задачи получения материалов с заданными свойствами от традиционных задач оптимизации заключается в том, что необходимо найти не экстремальное значение параметра, а некоторое наперед заданное.

Рецептура (значения управляющих параметров), обеспечивающих требуемые значения эффективных характеристик композиционного материала (эффективного коэффициента теплопроводности, диэлектрической проницаемости и удельной электрической проводимости) определяются на основе данных из натурных экспериментов, при необходимости используются данные из вычислительных экспериментов, получаемые на основе решения задач теплопроводности [1, 2] и электростатики [10, 11].

Эти данные представляются в виде поверхностей значений теплофизических (коэффициента теплопроводности) и электрофизических характеристик (диэлектрической проницаемости и удельной электрической проводимости), зависящих от рецептурного состава (степени наполнения, типа и радиуса наполнителя).

Для построения гладких поверхностей по дискретным неполным данным используется полином Лагранжа.

Чтобы найти рецептуру, придающую требуемые значения эффективным характеристикам (в виде заданных интервалов), нужно наложить полученные зависимости в виде изолиний.

Получаем область, обеспечивающую попадание эффективных характеристик (коэффициента теплопроводности, диэлектрической проницаемости и удельной электрической проводимости) в заданные интервалы, а значения управляющих параметров по осям абсцисс и ординат определяют рецептуру композиционного материала.

Технический результат изобретения связан со способом получения рецептуры композиционного полимерного материала с комплексом теплофизических и электрофизических характеристик в заданных интервалах

Описанный подход распространяется на случай, когда нужно обеспечить получение одновременно двух, трех и более эффективных характеристик.

ПРИМЕР ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ

Пусть необходимо определить степень наполнения и радиус частиц наполнителя для получения ПКМ на основе политетрафторэтилен (ПТФЭ), например, фторопласт - 4, с заданным коэффициентом теплопроводности в интервале 0,42÷0,37 Вт/м*К, диэлектрической проницаемостью 3,4÷2,9 и удельной электрической проводимостью 0,8*10-14÷0,4*10-14 Ом-1м-1, наполненной порошком меди ПСМ-1.

В таблице 1 представлены физические характеристики матрицы и наполнителя.

Ниже (табл. 2-4) приведены экспериментальные результаты, полученные для фторопласта с различной степенью наполнения порошком меди (10, 20 и 30%) и разным радиусом частиц наполнителя (10 и 30 мкм).

На основе полученных значений, можно найти значение рассматриваемых эффективных характеристик в любой точке плоскости (ϕ, ρ) с использованием интерполяционного полинома Лагранжа и построить зависимости эффективных характеристик от относительного радиуса частиц наполнителя и степени наполнения в виде поверхностей (фиг 1-3): фиг. 1 отражает зависимость коэффициента теплопроводности λ от степени наполнения ϕ (ось ординат) и среднего радиуса частиц наполнителя ρ (ось абсцисс), фиг. 2 соответствует диэлектрической проницаемости, фиг. 3 - удельной проводимости.

Используя способ представления скалярной функции от двух переменных на плоскости, соединяем одинаковые значения эффективных характеристик на каждой из этих поверхностей линией - получаем изолинии (фиг. 4) или линии одинаковых значений. Поскольку речь идет об интервале заданных значений, то на каждом из графиков оставляем полосу, ограниченную двумя изолиниями, отвечающими верхней и нижней границам заданного интервала (фиг 4).

0,42÷0,37 Вт/м*К - коэффициента теплопроводности (пунктирные линии);

3,4÷2,9 - диэлектрической проницаемости (жирные линии);

0,8*10-14÷0,4*10-14 Ом-1⋅м-1 - удельной электрической проводимости (штрихпунктирные линии).

Чтобы найти рецептуру (управляющие параметры), придающих требуемые значения эффективных характеристик (в виде заданных интервалов), нужно наложить полученные графики в виде изолиний друг на друга.

На фиг. 5 полученный неправильный затемненный криволинейный многоугольник и есть область необходимых значений эффективных характеристик, а значения по осям - это управляющие параметры: по оси абсцисс - средний радиус частиц наполнителя, а по оси ординат - степень наполнения.

С формальной точки зрения любое сочетание управляющих параметров, попадающих в полученную область, дает решение поставленной задачи. В то же время, очевидно, что с практической точки зрения следует придерживаться вариантов (точек), наиболее удаленных от границ области. Тогда при случайных отклонениях значений управляющих параметров от номинальных значений, не превосходящих расстояние до границы, результат будет соответствовать полученному варианту; в других случаях можно легко выйти за границу области.

Таким образом, для получения заданных значений эффективных характеристик выбираем точки расположенные ближе к центру полученной области с координатами по оси абсцисс, соответствующими 20-25 мкм, а по оси ординат - 21% и, следовательно, композиционный материал на основе фторопласта должен содержать порошка меди 21% с радиусом частиц от 20-25 мкм.

Способ получения рецептуры композиционного полимерного материала с эффективными теплофизическими и электрофизическими характеристиками в заданных интервалах, отличающийся тем, что по экспериментальным данным строятся поверхности и соответствующие им изолинии эффективных характеристик, зависящие от управляющих параметров - степени наполнения, типа и среднего радиуса частиц наполнителя, и наложение изолиний определяет рецептуру - значения управляющих параметров, обеспечивающую попадание эффективных характеристик в заданные интервалы значений.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к непылящим полимерным порошкам. Предложена полимерная композиция для технологических добавок в виде полимерных частиц, полученная многостадийным способом, включающая по меньшей мере один слой (В), содержащий полимер (В1), имеющий температуру стеклования в интервале 80-150°С и представляющий собой (мет)акриловый гомо- или сополимер; по меньшей мере один слой (А), содержащий полимер (А1), имеющий температуру стеклования в интервале от -40 до 30°С и представляющий собой (мет)акриловый полимер, где массовая доля слоя (А) в композиции составляет по меньшей мере 1 мас.% и слой (А) является наружным слоем, причем среднемассовая молекулярная масса полимера (А1) составляет меньше 1000000 г/моль.

Настоящее изобретение относится к полимерной технологической добавке в виде непылящего полимерного порошка к термопластичным полимерам. Предложена полимерная композиция в виде полимерных частиц для технологической добавки к термопластичным полимерам, включающая по меньшей мере один слой (В), содержащий полимер (В1), имеющий температуру стеклования между 80°С и 150°С, и по меньшей мере один слой (А), содержащий полимер (А1), имеющий температуру стеклования между -50°С и 50°С и среднемассовую молекулярную массу менее 1000000 г/моль, а также содержащий по меньшей мере 50 мас.% полимерных звеньев, образованных этилакрилатом, полученная многостадийным способом, причем массовая доля r слоя (А) в композиции, содержащей два слоя, составляет по меньшей мере 2 мас.%.

Изобретение относится к полимерным частицам со средним диаметром первичных частиц от 50 нм до 10 мкм, содержащим относительно общей массы: А) от 10 до 100 мас.% полимерной фазы А, получаемой свободнорадикальной сополимеризацией миниэмульсии типа масло-в-воде со смесью мономеров в качестве масляной фазы, содержащей: i) 30-99,9 мас.% одного или нескольких моноэтиленненасыщенных мономеров I с по меньшей мере одной С12-С48-н-алкильной боковой цепью; ii) 0-60 мас.% одного или нескольких моноэтиленненасыщенных мономеров II с по меньшей мере одной С1-С11-н-алкильной и/или одной С3-С48-изоалкильной боковой цепью; iii) 0,1-20 мас.% одного или нескольких мономеров III с по меньшей мере двумя несопряженными этиленовыми двойными связями; iv) 0-69,9 мас.% одного или нескольких (гетеро)ароматических моноэтиленненасыщенных мономеров IV; v) 0-40 мас.% одного или нескольких других моноэтиленненасыщенных мономеров V; и В) от 0 до 90 мас.% полимерной фазы В, получаемой последующей свободнорадикальной привитой сополимеризацией в присутствии полимерной фазы А, полученной после стадии А), смеси мономеров, содержащей: i) 0-100 мас.% одного или нескольких мономеров VI, выбранных из группы С1-С10-алкил(мет)акрилатов; ii) 0-100 мас.% одного или нескольких (гетеро)ароматических моноэтиленненасыщенных мономеров VII; iii) 0-50 мас.% одного или нескольких других моноэтиленненасыщенных мономеров VIII, при этом массовые проценты смесей мономеров, используемых на соответствующих стадиях, составляют в сумме 100 мас.%, причем указанные полимерные частицы являются однофазными полимерными частицами из полимерной фазы А или двухфазными полимерными частицами, содержащими полимерную фазу А и полимерную фазу В.

Изобретение относится к способу улучшения технологической стабильности при одновременном снижении или предотвращении изменения цвета полимерного органического материала, подлежащего переработке, в процессе формования, выбранного из группы, состоящей из литьевого формования, выдувного формования, формования с рулона на рулон, литьевого формования металла, прессования в форме, литьевого прессования, формования окунанием, формования с помощью газа, литьевого формования со вставками, микроформования, реакционно-литьевого формования, двухступенчатого литьевого формования, причем способ включает добавление к указанному полимерному органическому материалу в количестве, эффективном для улучшения технологической стабильности при снижении или предотвращении изменения цвета, композиции добавки, содержащей хромановое соединение, соответствующее Формуле (V), где R21 представляет собой COR28, где R28 выбран из H или C1-C6 алкила; R22 представлен в случаях при n = от 0 до 3 в ароматической части Формулы V и в каждом случае независимо выбран из C1-C12 углеводородного радикала; R23 выбран из H или C1-C12 углеводородного радикала; R24 выбран из H или C1-C20 углеводородного радикала; и каждый из R25, R26 и R27 представляет собой H.

Настоящее изобретение относится к способу регулирования значения клейкости для материала связующего. Связующее получено из композиции, содержащей эмульсию, которая содержит эмульгируемый форполимер и воду.

Изобретение относится к мастербатчу, содержащему димерный и/или тримерный циклический пероксид кетона, распределенный в полимерной матрице с пористостью, выраженной в виде процентной доли пустот в объеме матрицы, составляющей от 0,1 до 80 об.%, при этом указанный мастербатч содержит на 100 г полимерной матрицы от 1 до 30 г димерного и/или тримерного циклического пероксида кетона и менее 0,20 г насыщенных углеводородов, содержащих от 17 до 51 атома углерода.

Изобретение относится к функциональному концентрату ультрадисперсного наполнителя (ФКУН) и композиционному материалу на его основе в предназначенных для получения термоусадочных пленок, используемых в качестве упаковочного материала.
Изобретение относится к композиционным материалам на основе термопластичных полимеров, наполненных нанотрубками, и технологиям их получения, и может использоваться для производства конструкционных материалов с повышенными физико-механическими характеристиками.

Изобретение относится к иономеру, содержащему продукт реакции между (a) галогенированным изоолефиновым сополимером и (b) первым нуклеофилом, имеющим по меньшей мере один нейтральный азотный или фосфорный центр и не содержащим боковые винильные группы, и вторым нуклеофилом, имеющим по меньшей мере один нейтральный азотный или фосфорный центр, содержащим по меньшей мере одну боковую винильную группу, причем соотношение первого нуклеофила ко второму нуклеофилу составляет от 4:1 до 100:1.

Изобретение относится к маточной смеси, содержащей один или более органических пероксидов, распределенных в биосмоле, а также изобретение относится к способу получения указанной маточной смеси и к использованию указанной маточной смеси для модификации полимера.

Изобретение относится к способу получения состава композиционного полимерного материала - степени наполнения и среднего радиуса частиц наполнителя с эффективными теплофизическими и электрофизическими характеристиками в заданных интервалах. Способ характеризуется тем, что по экспериментальным данным строятся поверхности и соответствующие им изолинии эффективных характеристик - коэффициента теплопроводности, диэлектрической проницаемости и удельной электрической проводимости, зависящие от управляющих параметров - степени наполнения, типа и среднего радиуса частиц наполнителя и наложение изолиний определяет рецептуру - значения управляющих параметров, которая обеспечивает попадание указанных эффективных характеристик в заданные интервалы значений. Способ позволяет исключать нереализуемые варианты рецептуры. 5 ил., 4 табл.

Наверх