композиционный материал на основе синтетического цис-изопренового каучука и сверхвысокомолекулярного полиэтилена (свмпэ) для наружных обкладок конвейерных лент

Классы МПК:C08L9/00 Композиции гомополимеров или сополимеров диеновых углеводородов с сопряженными двойными связями
C08L23/06 полиэтен
C08K3/04 углерод
B65G15/34 с усиливающими прослойками, например из ткани 
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и химической технологии Сибирского отделения Российской академии наук (ИХХТ СО РАН) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-05-22
публикация патента:

Изобретение относится к полимерному композиционному материалу и может быть использовано для наружных обкладок резинотканевых конвейерных лент, а также для производства резиновых технических изделий. Композиционный материал для наружных обкладок резинотканевых конвейерных лент на основе стереорегулярного цис-1,4-полиизопрена с содержанием звеньев цис-1,4 не менее 96% -СКИ-3 включает сверхвысокомолекулярный полиэтилен, модифицированный карбосилом с последующей механоактивацией, в количестве 5 мас.ч. на 100 мас.ч. СКИ-3. Изобретение позволяет повысить износостойкость, улучшить морозостойкость композиционного материала при сохранении физико-механических характеристик, при этом - снизить стоимость композиционного материала. 2 табл., 1 пр.

Формула изобретения

Композиционный материал для наружных обкладок резинотканевых конвейерных лент, включающий стереорегулярный цис-1,4-полиизопрен с содержанием звеньев цис-1,4 не менее 96% - СКИ-3, сверхвысокомолекулярный полиэтилен - СВМПЭ, модифицированный карбосилом с последующей механоактивацией, серу, сульфенамид Ц-циклогексил-2-бензтиазолсульфенамид, белила цинковые, технический углерод П-324, стеарин, нетоксол - высокоочищенное нефтяное масло, воск ЗВ-1, ацетонанил Н-2,2,4' триметил-1,2-дигидрохинолин, диафен ФП-N-фенил-N1-изопропилпарафенилендиамин, при следующем соотношении компонентов, мас.ч./мас.%:

СКИ-3 - стереорегулярный цис- композиционный материал на основе синтетического цис-изопренового   каучука и сверхвысокомолекулярного полиэтилена (свмпэ) для наружных   обкладок конвейерных лент, патент № 2505562
1,4-полиизопрен 100,0/52,00
СВМПЭ-модифицированный композиционный материал на основе синтетического цис-изопренового   каучука и сверхвысокомолекулярного полиэтилена (свмпэ) для наружных   обкладок конвейерных лент, патент № 2505562
сверхвысокомолекулярный композиционный материал на основе синтетического цис-изопренового   каучука и сверхвысокомолекулярного полиэтилена (свмпэ) для наружных   обкладок конвейерных лент, патент № 2505562
полиэтилен 10,0/5,20
сера 2,0/1,04
сульфенамид Ц-циклогексил- композиционный материал на основе синтетического цис-изопренового   каучука и сверхвысокомолекулярного полиэтилена (свмпэ) для наружных   обкладок конвейерных лент, патент № 2505562
2-бензтиазолсульфенамид 0,8/0,42
белила цинковые5,0/2,60
технический углерод П-32460,0/31,20
стеарин1,0/0,52
нетоксол - высокоочищенное нефтяное масло10,0-5,20
воск ЗВ-11,5/0,78
ацетонанил Н-2,2,4' триметил-1,2-дигидрохинолин 1,0/0,52
диафен ФП-N-фенил-N 1-изопропилпарафенилендиамин1,0/0,52

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к полимерному материаловедению и может быть использовано для наружных обкладок резинотканевых конвейерных лент. Ленты конвейерные резинотканевые используют для транспортировки и перемещения грузов, осуществляя тяговую связь между барабанами транспортерной установки. В процессе эксплуатации они подвергаются значительному натяжению, деформациям изгиба, абразивному износу в режиме ударных нагрузок, действию механических сил, влаги, атмосферному воздействию. Особо жесткие требования предъявляются к обкладке транспортерных лент, применяемых в горнорудной, горнодобывающей, угольной промышленности, эксплуатируемых при температуре окружающего воздуха от -45 до +60°C для транспортировки сильно истирающих среднекусковых материалов.

Диапазон требуемых свойств - механическая прочность, высокая износостойкость, жесткость, эластичность, стойкость при высоких и низких температурах.

Известна полимерная композиция на основе темопластичного полиуретана, содержащая в качестве модификатора сополимер формальдегида с диоксоланом (СФД) и минеральное масло (А.с. СССР 897809, 1982).

Материал обладает высокой износостойкостью, ударной вязкостью, однако не удовлетворяет требованиям по стойкости к воздействию низких температур, т.к. содержит компоненты, деструктирующие с образованием низкомолекулярных продуктов, инициирующих термоокислительную деструкцию матрицы.

Известен инициированный антифрикционный материал на основе полиамида 6, содержащий термопластичные добавки (полиацетали - СФД, СТФ, полиолефины - ПЭНД, ПЭВД, ПП) и олигомерные парафины в сочетании модифицированным минеральным маслом (В.А. Гольдаде, В.А. Струк, С.С. Песецкий. Ингибиторы изнашивания металлополимерных систем. - М.: Химия. - 1993. - С.240). Такой материал эффективен для изготовления деталей, эксплуатируемых при воздействии абразивно активных сред.

Недостатком материала является низкая ударная вязкость при отрицательных температурах, что обусловлено значительным влагопоглощением полиамида и его высокая стоимость.

Известен износостойкий, кислото-щелочестойкий, маслобензостойкий композиционный материал на основе полиуретанов, из которого на предприятии ООО «Уралполимеркомплект» изготавливается широкий ассортимент изделий для горнодобывающей, нефтегазодобывающей и химической промышленности. Материал обладает достаточно высокой стойкостью к действию масел и бензина, имеет высокие упругопрочностные свойства и повышенную твердость. Однако, композиционный материал на основе полиуретанов имеет повышенное теплообразование при многократных деформациях, невысокую морзостойкость.

Известен композиционный масло-бензостойкий износо-морозостойкий материал на основе бутадиен- нитрильного каучука. (Пат. № 2425850 Российской Федерации), содержащий в качестве наполнителей техуглерод П-324 и сверхвысокомолекулярный полиэтилен, модифицированный карбидом кремния, мягчитель диоктилфталат, серную вулканизующую группу, противостарители. Материал имеет высокую износостойкость, стойкость к действию низких температур, высокую маслобензостойкость, применяется для изготовления резиновых технических изделий, работающих в среде масел, бензина, в абразивных средах при пониженных температурах.

Однако, его прочностные и динамические характеристики недостаточны для работы в режиме многократных деформаций, необходимых при эксплуатации резинотканевых конвейерных лент.

Известен композиционный материал на основе синтетического изопренового каучука СКИ-3 - резиновая смесь ИРП 1370, содержащая техуглерод П-324, противостарители, воск 3В-1, ацетонанил, диафен ФП, серу в качестве вулканизующего агента, в качестве ускорителя - сульфенамид Ц. Этот материал обладает высокой эластичностью, морозостойкостью, однако, стойкость его к абразивному износу в режиме ударных нагрузок при транспортировки сильно истирающих среднекусковых материалов недостаточна. Этот материал принят за прототип.

Технической задачей изобретения является разработка дешевого резинополимерного материала с повышенной износостойкостью и физико-механическими характеристиками, не уступающими применяемым в настоящее время материалам для изготовления обкладок резинотканевых конвейерных лент.

Для решения поставленной задачи разработан резинополимерный композиционный материал на основе доступного синтетического г^г/с-изопренового каучука СКИ-3 отечественного производства, наполненного модифицированным и активированным СВМПЭ. За счет введения в композицию модифицированного и активированного СВМПЭ повышается каркасность наружных обкладок резинотканевых конвейерных лент, улучшается износостойкость в режиме ударных нагрузок, улучшается морозостойкость. При этом сохраняется стойкость к действию деформации изгиба, и механических нагрузок.

Поставленная задача решается тем, что композиционный материал изготавливали на основе стереорегулярного умс-1,4-полиизопрена с содержанием звеньев цис-1,4 не менее 96% (СКИ-3). В качестве наполнителя применяли активный технический углерод П-234. Пластификатор - масло-мягчитель для резиновой технической промышленности -нетоксол- высокоочищенное нефтяное масло, получаемое из дистиллята малосернистых нефтей селективной очистки. Вулканизующая группа содержит: неорганический ускоритель вулканизации - окись цинка, органический активатор вулканизации -стеариновую кислоту, основное вулканизующее вещество - серу, органический ускоритель вулканизации циклогексил-2-бензтиазолсульфенамид (Сульфенамид Ц). В качестве химических противостарителей (антиоксидантов) вводили -N-фенил-N1-изопропилпарафенилендиамин (диафен ФП) и полимеризованный 2,2 4х триметил-1,2-дигидрохинолин (ацетонанил И); в качестве физического противостарителя для защиты от озонного растрескивания применяли воск ЗВ-1 - сплав твердых углеводородов мелкокристаллической структуры.

Для улучшения износостойкости в режиме ударных нагрузок, улучшению эксплуатационных характеристик композиционного материала, использовали модифицированный сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ). Благодаря своей уникальной структуре, гигантской молекулярной массе СВМПЭ имеет показатели стойкости к истиранию, морозостойкости и физико-механические характеристики значительно превышающие показатели полиэтиленов класса ПЭПД.

СВМПЭ модифицировали нанодисперсным модификатором - углеродосодержащим материалом - карбосилом с размером частиц не более 50 мкм, в количестве 7% от массы СВМПЭ. Этот природный материал, насыщенный углеродным веществом в некристаллизующимся состоянии, содержащий большое количество метаморфизованного органического вещества, обладает повышенной химической стойкостью, высоким сопротивлением истиранию и морозостойкостью. Частицы порошка карбосила обладают чрезвычайной твердостью; они армируют матрицу СВМПЭ, в результате чего значительно увеличивается износостойкость композиционного материала. Смешение СВМПЭ с карбосилом производилось в дезинтеграторе серии «Основа» ДИ 0,12.

Экспериментально установлено, что введение модифицированного СВМПЭ в резины не обеспечивает необходимый уровень упругопрочностных и динамических характеристик полученных композиционных материалов. Поэтому дополнительно проводили механоактивацию СВМПЭ, модифицированного карбосилом.

Модифицированный СВМПЭ активировали в механоактиваторе АГО-2С. В процессе механоактивации молекулярное устройство СВМПЭ изменяется без разрыва внутримолекулярных связей. Благодаря высокой пластичности СВМПЭ величина удельных энергий при механической активации недостаточна для разрыва С-С связей, но достаточна для изменения укладки углеводородных цепей.

Механоактивация СВМПЭ обеспечивает более эффективное межмолекулярное взаимодействие и, как следствие, повышение прочностных характеристик изделий, улучшение морозостойкости, сопротивления удару материала.

Состав материала согласно изобретению приведен в таблице 1.

Таблица 1
Состав композиционного износостойкого материала на основе цис-изопренового каучука для наружных обкладок конвейерных лент
Наименование ингредиентовМассовые части % содержание
СКИ-3 (стереорегулярный цис-1,4-полиизопрен) 100,052,00
СВМПЭ (модифицированный сверхвысокомолекулярный полиэтилен) 10,05,20
Сера2,0 1,04
Сульфенамид Ц (циклогексил-2-бензтиазолсульфенамид) 0,80.42
Белила цинковые5,0 2,60
Техуглерод П-32460,031,20
Стеарин1,0 0,52
Нетоксол (высокоочищенное нефтяное масло)10,0 5,20
Воск ЗВ-21,50,78
Анетонанил И (2,2 4х триметил-1,2-дигидрохинолинО 1,00,52
Диофен ФПО(-N-фенил-N1-изопропилпарафенилендиамин) 1,000,52
Итого182,3 100,00

Пример получения заявленного материала.

Подготавливали навески ингредиентов композиционного материала по массе, согласно рецепту.

Навеску карбосила 7% от массы СВМПЭ, совместно с навеской СВМПЭ, загружали в приемный бункер дезинтегратор серии «Основа» ДИ 0,12 и перемешивали при 4220 оборотов ротора в минуту 6-8 мин. Такой способ смешения обеспечивает максимально равномерное распределение карбосила в СВМПЭ. Полученный гомогенный состав навешивали согласно рецепту и активировали в механоактиваторе АГО-2С в течение 10 мин. при частоте вращения барабанов в переносном движении 1820 об./мин. Механоактиватор АГО-2С позволяет при ускорениях шаров до 60 g развивать удельную мощность до 100 Вт/г, при этом, благодаря водяному охлаждению, температура в барабанах регулируется. Вследствие низкой термической стабильности СВМПЭ, процесс реализован при температуре не выше 140°С.

Подготавливали навески каучука, модифицированного СВМПЭ и других ингредиентов композиционного материала по весу, согласно рецепту. Смешение композиционного материала производили на вальцах ПД 320 160/160 при температуре поверхности валков 45±5°С. Последовательность ввода ингредиентов: вальцевали каучук при зазоре между валками 1±0,5 мм, вводили модифицированный СВМПЭ, затем регулировали величину зазора вальцев так, чтобы между валками находился хорошо обрабатываемый запас смеси. Вводили стеариновую кислоту, воск ЗВ-1, сульфенамид Ц, цинковые белила, антиоксиданты, технический углерод П-324 совместно с нетоксолом, серу. Общее время смешения 35-40 мин. Вулканизацию лабораторных образцов проводили на вулканизационном прессе 800×800 при температуре 165°С в течение 10 мин. при давлении на площадь ячейки не менее 40 МПа.

Испытания проводили следующим образом:

- условная прочность при растяжении, относительное удлинение при разрыве определяли по ГОСТ 11262. Испытания проводили на машине итальянского производства TKFD/5;

- изменение нормы относительного удлинения при разрыве после старения в воздухе при температуре 100°С в течение 24 час определяли по ГОСТ9.024;

- коэффициент морозостойкости при растяжении при минус 50°С определяли по ГОСТ 408;

- потери объема при истирании по ГОСТ 23509;

- твердость определяли по ГОСТ 263.

Свойства композиционного материала приведены в таблице 2.

Таблица 2.
Характеристика износостойкого материала на основе цис-изопренового каучука для наружных обкладок конвейерных лент по прототипу
Наименование показателей Прототип, фактическое значениеХарактеристика полученного материала
Условная прочность при растяжении, МПа20,0 23,0
Относительное удлинение при разрыве, %485 490
Потери объема при истирании, мм13269
Изменение нормы относительного удлинения при разрыве после старения в воздухе при температуре 100°С в течение 24 час.-25 -24
Коэффициент морозостойкости при растяжении при минус 50°С0,30 0,41
Твердость, усл.ед.6061

Как следует из приведенных данных, заявляемый материал для наружных обкладок резинотканевых конвейерных лент значительно превосходит прототип по показателю истираемости и морозостойкости, при этом показатели относительного удлинения, прочности при разрыве, изменение нормы относительного удлинения при разрыве после старения в воздухе при температуре 100°С в течение 24 часов, и твердость находятся на уровне прототипа. Именно эти показатели определяют эксплуатационные свойства материала для наружных обкладок резинотканевых конвейерных лент. Предложенный композиционный материал может также использоваться для производства резиновых технических изделий, требующих высокой эластичности, стойкости к истиранию морозостойкости и хороших динамических свойств.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2505562

patent-2505562.pdf

Класс C08L9/00 Композиции гомополимеров или сополимеров диеновых углеводородов с сопряженными двойными связями

антикоррозионная композиция и способ получения покрытий на ее основе -  патент 2529545 (27.09.2014)
сополимер, каучуковая композиция, сшитая каучуковая композиция и покрышка -  патент 2528410 (20.09.2014)
способ получения полимерной основы пропиточного состава для шинного корда -  патент 2527855 (10.09.2014)
шина, содержащая слой-хранилище антиоксиданта -  патент 2525596 (20.08.2014)
огнестойкая резиновая смесь -  патент 2522627 (20.07.2014)
морозостойкая резиновая смесь -  патент 2522610 (20.07.2014)
резиновые композиции, содержащие полимерный компонент с мультимодальным молекулярно-массовым распределением -  патент 2522568 (20.07.2014)
резиновая смесь для усиливающего слоя боковины или для боковины и шина -  патент 2520491 (27.06.2014)
полимерная композиция -  патент 2519402 (10.06.2014)
резиновая смесь для шин с улучшенным вулканизующим агентом -  патент 2518600 (10.06.2014)

Класс C08L23/06 полиэтен

способ изготовления изделий из гранулированных полимерных материалов (варианты) -  патент 2527049 (27.08.2014)
напольное или настенное покрытие -  патент 2524310 (27.07.2014)
огнестойкая резиновая смесь -  патент 2522627 (20.07.2014)
полимерная композиция и способ получения пластмассовых бутылок в двухстадийном процессе инжекционно-раздувного формования -  патент 2520564 (27.06.2014)
ударопрочная композиция полиэтилена низкой плотности (lldpe) и изготовленные из нее пленки -  патент 2517166 (27.05.2014)
полимерная композиция, стойкая к воздействию ионизирующего излучения. -  патент 2515616 (20.05.2014)
полимерная композиция, стойкая к воздействию ионизирующего излучения. -  патент 2515558 (10.05.2014)
полимерная композиция, стойкая к воздействию ионизирующего излучения. -  патент 2515135 (10.05.2014)
способ изготовления резинополимерных изделий -  патент 2513855 (20.04.2014)
полиэтилен, имеющий повышенную скорость кристаллизации и улучшенное сопротивление растрескиванию под действием окружающей среды -  патент 2513703 (20.04.2014)

Класс C08K3/04 углерод

лист, характеризующийся высокой проницаемостью по водяному пару -  патент 2526617 (27.08.2014)
композиция на основе вспениваемых винилароматических полимеров с улучшенной теплоизоляционной способностью, способы ее получения и вспененное изделие, полученное из этой композиции -  патент 2526549 (27.08.2014)
шина, содержащая слой-хранилище антиоксиданта -  патент 2525596 (20.08.2014)
антифрикционный полимерный композиционный материал -  патент 2525492 (20.08.2014)
содержащий древесный уголь пластмассовый упаковочный материал и способ его изготовления -  патент 2525173 (10.08.2014)
способ получения наномодифицированного связующего -  патент 2522884 (20.07.2014)
огнестойкая резиновая смесь -  патент 2522627 (20.07.2014)
композиции гбнк с очень высокими уровнями содержания наполнителей, имеющие превосходную обрабатываемость и устойчивость к агрессивным жидкостям -  патент 2522622 (20.07.2014)
морозостойкая резиновая смесь -  патент 2522610 (20.07.2014)
полимерная композиция для радиаторов охлаждения светоизлучающих диодов (сид) и способ ее получения -  патент 2522573 (20.07.2014)

Класс B65G15/34 с усиливающими прослойками, например из ткани 

Наверх