полимерная композиция

Формула изобретения

Полимерная композиция для изготовления деталей машин и антифрикционных материалов, содержащая ароматический полиамид фенилон С-2 и ультрадисперсный наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве ультрадисперсного наполнителя она содержит многослойные нанотрубки «Таунит», представляющий собой углеродный наноматериал с количеством графеновых слоев не более 30, диаметром волокон от 10 до 120 нм, длиной не менее 2 мкм и количеством структурированного углерода не менее 95%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Многослойные нанотрубки	3-10
Фенилон С-2	90-97

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к полимерным композициям на основе ароматических полиамидов и ультрадисперсных минеральных наполнителей и может быть использовано для изготовления деталей подвижных сочленений в машиностроительной, химической и других отраслей промышленности.

Известна полимерная композиция на основе ароматического полиамида, которая содержит ультрадисперсный наполнитель в-сиалон (Декларационный патент UA на изобретение № 30862 А от 15.12.2000 г., опубл.15.12.2000 г. Бюл. № 7 - 11).

Недостатком известной композиции являются низкие физико-механические свойства.

Известна также полимерная композиция на основе ароматического полиамида фенилона и ультрадисперсного (размер частиц 0,08-0,12 мкм) неорганического наполнителя оксинитрида кремний-иттрия (Si₃N₄ -Y₂O₃) (Декларационный патент UA на изобретение № 28945 А от 16.10.2000 г. Бюл. № 5 - 11).

В такой композиции степень наполнения ароматического полиамида оксинитридом кремний-иттрия составляет 0,2-5 мас.%.

Недостатками такой композиции являются низкая ударная вязкость и высокий коэффициент трения.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является полимерная композиция на основе ароматического полиамида фенилон и коллоидного графита [см. Burya A.I. Friction and wear of aromatic polyamide reinforced by chemical fibres / 9^th Nordic Symposium on Tribology "NORDTRIB-2000", Porvoo, Finland, 12-14 June, 2000, p.1069-1077 - прототип]. Степень наполнения ароматического полиамида коллоидным графитом составляет 10 мас.%. Известная композиция обладает низкой ударной вязкостью и высоким коэффициентом трения.

Задачей изобретения является создание полимерной композиции с улучшенными физико-механическими и антифрикционными свойствами.

Поставленная задача решается тем, что полимерная композиция, содержащая ароматический полиамид фенилон С-2 и ультрадисперсный наполнитель, в качестве ультрадисперсного наполнителя содержит многослойные нанотрубки «Таунит» при следующем соотношении компонентов, мас.%:

многослойные нанотрубки 3-10,

фенилон С-2 90-97.

Многослойные нанотрубки «Таунит» представляют собой углеродный наноматериал с количеством графеновых слоев не более 30, диаметром волокон от 10 до 120 нм, длиной не менее 2 мкм и количеством структурированного углерода не менее 95%. Ниже приведены физико-технические свойства углеродных нанотрубок «Таунит», выпускаемых по ТУ 2166-001-0206289-2007.

Внешний вид	Сыпучий порошок черного цвета
Наружный диаметр отдельных волокон при увеличении не менее 4000х, нм, не более	120
Массовая доля неуглеродных примесей, %, не более	1,5
Насыпная плотность, г/см3	0,40-0,46
Пикнометрическая плотность, г/см3	1,6±0,2
Массовая доля воды, %, не более	1,0
Удельная геометрическая поверхность, м2/г	90,0-130,0
рН водной суспензии	7,0

Пример 1. Композицию из фенилона С-2 (химическое название поли-м-фенилентерефталамид) и многослойных нанотрубок «Таунит» в количественном соотношении 97 мас.% и 3 мас.% приготавливали путем смешения во вращательном электромагнитном поле (0,15 Тл) с помощью ферромагнитных частиц, которые потом извлекали из композиции методом магнитной сепарации. Композицию сушили при температуре 453K на протяжении 1 ч и перерабатывали в изделия методом компрессионного прессования при следующем режиме: загрузка композиции в пресс-форму, разогретую до 523K, нагрев до 593K. После выдержки при этой температуре в течение 10 мин без давления производились выдержка под давлением 55 МПа в течение 5 мин, затем охлаждение пресс-формы до 523К и распрессовка изделия.

Исследования проводились по следующим методикам

Ударную вязкость определяли по методу Шарпи согласно ГОСТ 4647-80 на маятниковом копре КМ-04 при температуре 23±2°С и относительной влажности 50±5%.

Коэффициент трения и износ образцов определяли при 298K по схеме диск-колодка в режиме сухого трения на машине СМЦ-2, контртело - сталь 45, термообработанная до твердости 48-50 HRC, диаметр 50 мм. Удельная нагрузка в опытах составляла 1 МПа, скорость скольжения - 1,3 м/с, путь трения 1000 м. До взвешивания проводили одинаковую обработку и предварительную приработку образцов. Износ образцов определяли на аналитических весах ВЛР - 200 с точностью до 0,0002 г. Количество опытов - 15.

Пример 2. Композицию из фенилона С-2 (95 мас.%) и многослойных нанотрубок (5 мас.%) приготавливали, перерабатывали в изделия и исследовали согласно ГОСТов и методик, приведенных в примере 1.

Пример 3. Композицию из фенилона С-2 (90 мас.%) и многослойных нанотрубок (10 мас.%) приготавливали, перерабатывали в изделия и исследовали согласно ГОСТов и методик, приведенных в примере 1.

Пример 4. Композицию из фенилона С-2 (88 мас.%) и многослойных нанотрубок (12 мас.%) приготавливали, перерабатывали в изделия и исследовали согласно ГОСТов и методик, приведенных в примере 1.

Пример 5. Композицию из фенилона С-2 (99 мас.%) и многослойных нанотрубок (1 мас.%) приготавливали, перерабатывали в изделия и исследовали согласно ГОСТов и методик, приведенных в примере 1.

Пример 6. Композицию из фенилона С-2 (95 мас.%) и порошка ароматического полиамида оксинитридом кремний-иттрия - ОКН (5 мас.%) приготавливали, перерабатывали в изделия и исследовали согласно ГОСТов и методик, приведенных в примере 1.

Свойства полимерных композиций согласно изобретению и известной композиции (прототипа) приведены в таблице.

Анализ результатов, приведенных в таблице, позволяет сделать вывод, что заявляемые композиции на основе ароматического полиамида фенилон С-2 превышают известную композицию по ударной вязкости на 4-73%, антифрикционным свойствам (коэффициенту трения) на 39-57%. Правильность выбранных соотношений компонентов подтверждается контрольными примерами № 4-5.

Благодаря высоким физико-механическим свойствам и износостойкости полимерная композиция может использоваться для изготовления деталей подвижных сочленений сельскохозяйственных машин, металлургического и химического оборудования, а также в других отраслях промышленности.