способ получения композиционного материала на основе полимерной смеси

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНОЙ СМЕСИ, включающий смешение органического и неорганического полимера и последующее формование изделия из смеси, отличающийся тем, что в качестве неорганического полимера используют ультрафосфаты в количестве 0,1 0,9 мас.ч. на 1 мас. ч. смеси, которую подвергают термообработке при 180 300^oС с последующим ее экструдированием или прессованием.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области композитов и может быть использовано в качестве конструкционного материала в технике и медицине.

Известен способ получения композиционных материалов на основе смеси органических полимеров. Данные компози- ционные материалы обладают невысокими упругими характеристиками и горючестью [1]

Наиболее близким к заявляемому способу получения композиционных материалов является способ изготовления смесей, содержащих полимерное связующее и жесткий дисперсный наполнитель [2]

Использование для переработки таких смесей наиболее производительного экструзионного метода не позволяет получить высоконаполненные композиции из-за сильного увеличения вязкости перерабатываемой смеси при небольших степенях наполнения (вязкость >>10⁵ П).

Технической задачей изобретения является получение смеси в любых соотношениях полимеров, что позволяет варьировать их упругие механические характеристики.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения композиционного материала на основе полимерной смеси, включающем смешение органического и неорганического полимера и последующее формование изделия из смеси, в качестве неорганического полимера используют ультрафосфаты в количестве 0,1-0,9 мас.ч. на 1 мас.ч. смеси, которую подвергают термообработке при 180-300^оС с последующим ее экструдированием или прессованием.

Процесс смешения в экструдере проводят при температуре размягчения наиболее высокоплавкой компоненты при 180-300^оС.

Выбранный диапазон температур объясняется тем, что при t<180С не происходит размягчения ультрафосфата, а при t>300^оС наблюдается разложение органической компоненты. Далее смесь подвергают литью.

Смесь органических и неорганических полимеров может быть переработана и другим способом. А именно нанесением смеси порошкообразных компонентов на матрицу с последующим нагревом до температуры размягчения наиболее высокоплавкой компоненты и прессованием.

Преимуществом способа является лишь незначительное увеличение вязкости экструдируемой смеси при смешении органического и неорганического полимеров с близкими температурами размягчения, что позволяет получить их смеси в любом соотношении.

В данном способе могут быть применены в качестве исходных слагаемых органические полимеры полиэтилен высокой плотности, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, полипропилен, которые обладают общим свойством (температура их переработки около 180-220^оС), а также поликарбонат, полистирол, полиамид.

В качестве второй основной компоненты полимер-полимерной смеси в изобретении используются ультрафосфаты, обладающие следующими характеристиками:

низкой температурой размягчения 200-300^оС;

высокой термостойкостью при температурах переработки. Начало потери веса при нагреве используемых ультрафосфатов более 650^оС;

вязкостью, близкой к вязкости органического полимера (полиэтилена). Р= 21,6 кг.

Эти преимущества ультрафосфатов позволяют получать смесевые композиции при любых соотношениях ее составляющих с использованием высокотермостойкой и стабильной к окислению компонентой.

В качестве неорганических полимеров использованы оксидные и оксифторидные ультрафосфаты со следующими основными компонентами химического состава:

1) Р₂О₅В₂О₃Ме₂О (Li₂O K₂O Na₂O) MeO (MgO BaO ZnO CaO)

2) P₂O₅B₂O₃MeF (LiF NaF KF) MeF₂ (MgF₂ CaF₂)

Ультафосфаты получают выпариванием соответствующих водных растворов неорганических оксидов при 150-350^оС с последующей термообработкой при t 800^оС.

П р и м е р 1. В экструдер загружают 50 г порошкообразного ультрафосфата следующего химического состава, 70 Р₂О₅; 5 В₂О₃; 10 Li₂O; 10 Na₂O; 5 MgО. Температура стеклования ультрафосфата Т_g=165^оС. Добавляют 50 г гранулированного полиэтилена высокой плотности с температурой плавления Т_пл.=132^оС и смешивают при температуре t= 190^оС. Массовое соотношение неорганической и органической компоненты 0,5:0,5. Затем расплав подвергают экстpудированию. Вязкость расплава составляет 550 П.

Композиционный материал можно получить прессованием: смесь порошкообразного ультрафосфата того же химического состава с температурой стеклования Т_g= 165^оС в количестве 50 г и гранулированного полиэтилена высокой плотности с температурой плавления Т_пл. 132^оС в количестве 50 г после тщательного перемешивания распределяют на матрице и затем нагревают до 190^оС, после чего смесь прессуют.

П р и м е р 2. В экструдер загружают 25 г порошкообразного ультрафосфата следующего химического состава, 70 Р₂О₅; 5 В₂О₃; 10 Li₂O; 10 NaF; 5 MgF₂. Температура стеклования ультрафосфата Т_g=176^оС. Добавляют 75 г гранулированного сверхвысокомолекулярного полиэтилена с температурой плавления Т_пл.= 136^оС и перемешивают при t=210^оС 5 мин. Массовое соотношение неорганического и органического полимеров 0,25:0,75. Затем расплав подвергают литью. Вязкость расплава составляет 450 П. Этот же композит можно получить прессованием, распределив предварительно смесь порошкообразного ультрафосфата того же химического состава и гранулированного сверхвысокомолекулярного полиэтилена в массовом соотношении неорганического и органического полимеров, равном 1:3, на матрице, которую затем нагревают до 210^оС, после чего прессуют.

П р и м е р 3. В экструдер загружают 75 г порошкообразного ультрафосфата следующего химического состава, 70 Р₂О₅; 5 В₂О₃; 10 Li₂O; 10 Na₂О; 5 ВаО. Температура стеклования ультрафосфата Т_g=170^оС. Добавляют 25 г гранулированного полипропилена с температурой плавления Т_пл.=180^оС и перемешивают при t= 230^оС 5 мин. Затем расплав подвергают литью. Вязкость расплава составляет 350 П.

Прессование композита такого же состава производят следующим образом: смесь порошкообразного ультрафосфата того же химического состава с температурой стеклования Т_g=170^оС и гранулированного полипропилена с температурой плавления Т_пл.= 180^оС в массовом соотношении 3:1 тщательно перемешивают и наносят на матрицу, которую нагревают до 230^оС, после чего смесь прессуют.

Механические свойства композитов на основе смесей ультрафосфатов и органических полимеров приведены в таблице.