термопластичная полимерная композиция для изделий и способ ее получения

Формула изобретения

1. Термопластичная полимерная композиция для изделий, включающая полиамид ПА-6, модификатор и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве модификатора содержит термоэластопласт ДСТ-30Р20ПС, растворенный в бутилацетате или этилацетате, в качестве наполнителя стеклянное волокно диаметром 7-13 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полиамид ПА-6	50-55
стеклянное волокно диаметром 7-13 мкм	21-25
термоэластопласт ДСТ-30Р20ПС	4-6
бутилацетат или этилацетат	17-20

2. Способ получения термопластичной полимерной композиции для изделий заключающийся в том, что к высушенной при температуре 90-100°С в течение 8-10 ч смеси механически измельченного полиамида ПА-6 и стеклянного волокна диаметром 7-13 мкм добавляют раствор термоэластопласта ДСТ-30Р20ПС в бутилацетате или этилацетате, перемешивают смесь в мешателе в течение 10-15 мин при температуре 20°С, готовую массу выгружают и сушат при температуре 90-100°С в течение 10-12 ч для удаления растворителя, далее загружают в экструдер и при скорости вращения шнека 25-30 об/мин при температуре от 188 до 220°С по зонам производят прессование шнуров, из которых получают гранулы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области создания композиционных материалов на основе полиамида ПА-6 и касается создания термопластичного композиционного полимерного материала и способа его получения для изделий конструкционного, электротехнического и общего назначения, применяемых на предприятиях автомобильной, электротехнической, текстильной и др. промышленности. Данный материал может быть использован для изготовления втулок, подшипников, бамперов, зубчатых колес, электротехнической арматуры, каркасов, опор и т.д.

Полимерные композиции - это материалы с гетерогенной структурой, состоящие из двух или более фаз, представляющие собой объемное сочетание химически разнородных компонентов с границей раздела.

В полимерных композициях, упрочненных непрерывными волокнами, основную нагрузку несут армирующие элементы, а более пластичное полимерное связующее передает напряжение волокнам и придает материалу монолитность. Одна из важнейших особенностей полимерных композиций - возможность создавать из них материалы и элементы изделий с заданными свойствами, отвечающие характеру и условиям работы деталей или конструкций.

Известна композиция термопластичного полимера, патент Японии №5-41662, С08L 77/00, 51/06, опубликованный РЖ ИСМ, вып.42, №19, 1995 г., стр.24, которая создана на основе полиамида и модифицированного привитого блоксополимера, полученного модифицированием ангидридом малеиновой кислоты в присутствии радикалообразующего агента смеси разлагающихся под действием радикалов полимеров, например смеси бутилового каучука или полипропилена с продуктом гидрирования блоксополимера, содержащего сегмент полимера моновинилароматического соединения и сегмент полимера сопряженного диена. Данная термопластичная композиция обладает хорошей формуемостью, ударо- и маслостойкостью, но имеет высокую мягкость.

Наиболее близким по технической сущности решением к композиции по изобретению является полимерная композиция, содержащая полиамид и наполнитель - углерод-алюмосиликатный материал, взятые в соотношении от 10:90 до 20:80 соответственно, и дополнительно содержит добавку - натриевую соль стеариновой кислоты или аминосилан, патент №2154074 от 07.04.1999 г - прототип. Данная полимерная композиция при предложенном соотношении компонентов перерабатывается при высокой температуре 280°С, что не всегда технологично и доступно, имеет низкую ударную вязкость.

Наиболее близким по технической сущности решением к способу по изобретению является способ получения композиционных материалов, включающий механическое измельчение неорганического наполнителя, смешение его с термопластом и формование деталей, патент №1456443 от 13.04.87 г. Данный способ получения композиционных материалов позволяет увеличить предельную степень наполнения, но не обеспечивает однородность получаемого материала за счет перемешивания в две стадии, первоначально перемешивают 10% термопласта от общей навески наполнителя в течение 3-5 минут, а затем оставшееся количество наполнителя в течение 10-15 минут.

Технической задачей заявленных изобретений является разработка способа получения термопластичной полимерной композиции с высокой ударной вязкостью, низкой гигроскопичностью и высокими механическими характеристиками для производства изделий конструкционного, электротехнического и общего назначения, используемых на предприятиях автомобильной, электротехнической, текстильной и др. промышленности для изготовления втулок, подшипников, бамперов, зубчатых колес, электротехнической арматуры, каркасов, опор и т.д.

Для компоновки и создания данной термопластичной полимерной композиции для изделий был выбран полиамид ПА-6 210-310, наполненный стеклянным волокном диаметром 7-13 мкм и длиной до 5 мм, с модифицирующей добавкой термоэластопластом ДСТ-30Р20ПС, растворенным в бутилацетате или этилацетате.

ДСТ-30Р20ПС представляет собой бутадиен-стирольный термоэластопласт, наполненный полистиролом, являющийся продуктом блоксополимеризации стирола и бутадиена в растворе циклогексана и нефраса (75:25 мас.ч.) в присутствии литийорганического катализатора.

Выбор полиамида марки ПА-6 210-310 связан с низкой его стоимостью, высокими прочностными и антифрикционными свойствами и большей доступностью (многотоннажностью производства), а при наполнении его стеклянным волокном он превращается в твердый и жесткий конструкционный материал с высокими механическими характеристиками. Одновременно повышается сопротивление ползучести, а также снижается гигроскопичность данного материала.

Использование в данной полимерной композиции модифицирующей добавки в виде раствора термоэластопласта ДСТ-30Р20ПС в бутилацетате или этилацетате позволяет повысить ударную вязкость, улучшить технологические свойства и влагостойкость термопластичной полимерной композиции для изделий.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что термопластичная композиция для изделий, включающая полиамид ПА-6 в качестве модификатора, содержит термоэластопласт ДСТ-30Р20ПС, растворенный в бутилацетате или этилацетате, а в качестве наполнителя стеклянное волокно диаметром 7-13 мкм при следующем соотношении компонентов, % мас.:

полиамид ПА-6 210-310 (ОСТ 6-06-09-83)	50-55
стеклянное волокно БС 13-280Р (ТУ 6-11-240-77)
диаметром 7-13 мкм	21-25
термоэластопласт ДСТ-30Р20ПС (ТУ 38.40370-91)	4-6
бутилацетат или этилацетат (ГОСТ 8981 -78 или ГОСТ 22300-76)	17-20

Способ получения термопластичной полимерной композиции для изделий заключается в том, что к высушенной при температуре 90-100°С в течение 8-10 часов смеси механически измельченного полиамида ПА-6 и стеклянного волокна диаметром 7-13 мкм добавляют раствор термоэластопласта ДСТ-30Р20ПС в бутилацетате или этилацетате, перемешивают смесь в мешателе в течение 10-15 минут при температуре 20°С, готовую массу выгружают и сушат при температуре 90-100°С в течение 10-12 часов для удаления растворителя, далее загружают в экструдер и при скорости вращения шнека 25-30 об/мин при температуре от 188 до 220°С по зонам производят прессование шнуров, из которых получают гранулы.

Заявленная композиция и способ ее получения взаимосвязаны настолько, что образуют единый изобретательский замысел. Действительно при создании термопластичной полимерной композиции для изделий был изобретен способ ее получения.

Сущность состава предлагаемой композиции поясняется следующими примерами. В таблице 1 приведена рецептура предлагаемой термопластичной полимерной композиции для изделий.

Таблица 1
Рецептура предлагаемой полимерной композиции для изделий
Наименование компонента	Содержание компонента, % мас.
	Прототип	Пример 1	Пример 2	Пример 3	Пример 4	Пример 5
1. Полиамид ПА-6 210-310	остальное	55	54	50	53	52
2. Углерод-алюмосиликатный материал	10-50	-	-	-	-	-
Стеклянное волокно БС 13-280Р, рубленое, диаметром 7-13 мкм, длиной до 5 мм	-	21	23	25	24	23
3. Добавка	0,1-5,0	-	-	-	-	-
4. Термоэластопласт ДСТ-30Р20ПС	-	4	5	6	6	5
5. Бутилацетат или этилацетат	-	20	18	19	17	20

В таблице 2 приведены свойства и режимы переработки предлагаемой термопластичной полимерной композиции для изделий.

Таблица 2
Свойства предлагаемой композиции
Наименование показателя	Значение показателя
	Прототип	Пример 1	Пример 2	Пример 3	Пример 4	Пример 5
1. Показатель текучести расплава, г/10 мин	-	6,5	6,3	6,2	6,0	6,8
2. Влагопоглощение при 100%-ной относительной влажности, %	-	2,7	2Д	2,0	2,8	2,5

Продолжение таблицы 2
Наименование показателя	Значение показателя
	Прототип	Пример 1	Пример 2	Пример 3	Пример 4	Пример 5
3. Интервал температурной переработки	Более 280-300	188-220
4. Интервал давления впрыска, МПа		90-100
5. Прочность при разрыве, кгс/см2, при температуре
плюс 60°С		370,0	374,0	371,0	374,3	307,3
плюс 20°С		711,0	787,1	808,9	790,0	822,9
минус 50°С		1175	1250	1275	1300	1191
6. Относительное удлинение при разрыве, %,
при температуре плюс 60°С		5,9	3,9	5,2	4,0	5,8
плюс 20°С		3,8	3,7	4,4	3,8	3,4
минус 50°С		2,8	3,3	3,4	3,4	3,0
7. Модуль упругости при 2%-ной деформации, кгс/см2,
при температуре плюс 60°С		14355	16270	16042	14481	16238
плюс 20°С		31277	33910	33284	22900	37030
минус 50°С		43784	40340	44129	41150	45243
8. Ударная вязкость на образцах с надрезом, кДж/м2 ,
при температуре плюс 20°С	1,57-1,70	10	11	10	12	13

Из данных, представленных в таблице 2, видно, что предлагаемая термопластичная полимерная композиция для изделий обладает высокими механическими характеристиками в широком диапазоне температур от 60°С до минус 50°С, а также низкой гигроскопичностью даже при 100%-ной относительной влажности, высоким сопротивлением ползучести, высокой ударной вязкостью.

Сущность технологического процесса получения термопластичной полимерной композиции для изделий заключается в следующем.

Полиамид ПА-6 210-310 предварительно измельчают механическим методом в специальном измельчителе, затем измельченный полиамид перемешивают с рубленым стеклянным волокном БС 13-280Р диаметром 7-13 мкм и длиной до 5 мм. Полученную смесь сушат в термокамере или в сушильном шкафу при температуре 95°С в течение 9 часов. Высушенную смесь полиамида ПА-6 и стеклянного волокна БС 13-280Р, термоэластопласт ДСТ-30Р20ПС и растворитель (бутилацетат или этилацетат) в заданном соотношении загружают в мешатель типа «Беккен-Дуплекс» и перемешивают 15 минут при температуре 20°С. Готовую массу выгружают из мешателя и вновь сушат при температуре 95°С в течение 11 часов в термокамере или в сушильном шкафу для удаления растворителя.

После сушки массу подают в бункер экструдера типа «LSP-52» и производят прессование шнуров при скорости вращения шнека 25-30 об/мин при температуре от 188 до 220°С по следующим температурным зонам:

1 зона - температура в средней части короткого шнека (188-190)°С;

2 зона - температура в конце короткого шнека (190-200)°С;

3 зона - температура в конце длинного шнека (190-200)°С;

4 зона - температура головки шнека (200-220)°С.

Полученные шнуры, выходящие из шнек-пресса, направляют на ленточный транспортер, где они охлаждаются с целью предотвращения слипания, после чего шнуры разрезают на гранулы. Гранулирование проводят не менее 2-х раз.

Готовые гранулы поступают на термопластавтомат (ТПА) типа «КУАСИ» для изготовления методом литья под давлением необходимых конструкционных изделий с использованием различной оснастки для прессования.

Компоненты, входящие в термопластичную полимерную композицию для изделий, выпускаются в промышленном масштабе Российского химического комплекса.

Предлагаемая термопластичная полимерная композиция имеет следующие преимущества:

- обладает высокой механической прочностью (от 300 кгс/см ² при температуре 60°С до 1300 кгс/см ² при температуре минус 50°С);

- обладает высоким модулем упругости (от 14355 кгс/см² при температуре 60°С до 45243 кгс/см² при температуре минус 50°С);

- высокой ударной вязкостью (10-13 кДж/м² при температуре плюс 20°С);

- более низкой температурой переработки (188-220)°С;

- низким влагопоглощением 2,0-2,8% при 100%-ной относительной влажности.

Предлагаемая термопластичная полимерная композиция испытана в «Пермской приборостроительной компании» АО «Телта», АО «Велта» с положительными результатами.