Полимерный композиционный материал

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(72) Авторы Смурага Олег Степанович Мануленко Александр Филиппович(56) МАНУЛЕНКО А.Ф. и др. // Труды Белорусского государственного технологического университета, серия . Химия и технология органических веществ. - 2006. - Выпуск . - С.5356.1063812 , 1983.9244 1, 2007.3403117, 1968.1187380, 1970.2005/035648 1.(57) Полимерный композиционный материал, содержащий полипропилен и полиамид 6,отличающийся тем, что дополнительно содержит рутил (, , )2, шпинель 24,оксид железа 23 (-модификация) или их смесь при следующем соотношении компонентов, мас.полиамид 6 3,0-10,0 рутил, шпинель, оксид железа или их смесь 0,8-1,8 полипропилен остальное. Изобретение относится к области материаловедения полимерных композитов, в частности к области композиционных материалов на основе полимерных матриц, и может быть использовано для изготовления деталей и изделий общетехнического назначения, в том числе одноосно-ориентированных (волокна, леска), применяемых в машиностроительной, строительной и других областях народного хозяйства. Исследования в области создания композиционных полимерных материалов направлены главным образом на то, чтобы расширить спектр свойств и соответственно областей применения крупнотоннажных полимеров за счет применения добавок, ингредиентов и наполнителей. Многофункциональность, в частности, наполнителей позволяет направленно влиять на важные эксплуатационные свойства полимеров. К числу широко распространенных полимерных материалов для изготовления функциональных композитов относится полипропилен. Для повышения эксплуатационных характеристик полипропилен модифицируют, например, минеральными наполнителями. Известна полимерная композиция, содержащая полипропилен, тальк, оксид железа и стабилизатор 1. Материал на основе данной композиции обладает повышенными по сравнению с базовым полимером механической прочностью и адгезионной прочностью на 12615 1 2009.12.30 границе полипропиленовая композиция - металл и может быть использован для изготовления металлопластовых конструкций. Известен полипропилен, модифицированный путем введения в него порошков поликапроамида 68 и отходов производства целлофановой пленки 2. Введение небольших добавок модификаторов приводит к существенным изменениям прочностных характеристик полипропилена. Однако повышение содержания модификатора выше 0,2 мас.сопровождается снижением всех характеристик прочности. Известен композиционный термопластичный материал на основе полипропилена, содержащий полипропилен, минеральный наполнитель (механоактивированный в измельчителях ударного действия силикатсодержащий минерал слоистого или каркасного строения) и полимерный модификатор 3. Данный материал обладает повышенной абразивной стойкостью и стойкостью к воздействию знакопеременных нагрузок. Создание композиционных материалов на основе смесей полимеров является в настоящее время одним из важнейших направлений разработки и производства новых полимерных материалов. Это обусловлено возможностью получения новых свойств, которыми не обладает ни один из компонентов, входящих в состав смеси. Композиционный материал, содержащий в качестве матрицы полипропилен и в качестве полимерного модификатора полиамид 6, является наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению 4. Модифицикация полипропилена полиамидом 6 приводит к увеличению прочности относительного удлинения при разрыве, ударной вязкости и изменению значений показателя текучести расплава. Задача изобретения состоит в разработке нового композиционного материала на основе полипропилена с улучшенными физико-механическими характеристиками. Технический результат, достигаемый в результате осуществления изобретения, состоит в расширении ассортимента композиционных материалов на основе полипропилена с повышенной прочностью, абразивной износостойкостью, стойкостью к воздействиям циклических знакопеременных нагрузок и конструкционной жесткостью (упругостью). В рамках решения поставленной задачи предлагается полимерный композиционный материал, содержащий полипропилен, полимерный модификатор - полиамид 6 и неорганический модификатор, выбранный из группы, включающей рутил (, , )2, шпинель (СоС 2 О 4), оксид железа 2 О 3 (-модификация) и их смеси при следующем соотношении компонентов, мас.полиамид 6 3,0-10,0 рутил, шпинель, оксид железа или их смесь 0,8-1,8 полипропилен остальное. Отличие предлагаемого материала состоит в использовании в качестве модификатора структуры сочетания органического полимера полиамида 6 и неорганического модификатора, выбранного из группы, включающей рутил (, , )2, шпинель (СоС 2 О 4), оксид железа 23 (-модификация) и их смеси при указанном соотношении. При изготовлении одноосно-ориентированной продукции из композиционных материалов важно учитывать влияние вводимых модифицирующих добавокна процесс ориентации макромолекул. Изменение структуры и всего комплекса характеристик материала,происходящее при введении в полимер одного или нескольких дополнительных компонентов, может сказаться на протекании процесса ориентации и даже на возможности его проведения. Базовый полимер (полипропилен) и полимерный модификатор (полиамид 6) являются кристаллическими полимерами. В процессе экструзии расплава полипропилена с добавкой в качестве полимерного модификатора полиамида происходит совместная кристаллизация данных полимеров с образованием общей кристаллической структуры с образованием переходных слоев, обуславливающих армирующее действие. Этим обуславливается увеличение прочности при растяжении. Положительное влияние введения в 2 12615 1 2009.12.30 полимер другого полимера, находящегося в том же физическом состоянии, что и полимерматрица, обусловлено наличием развитой поверхности раздела фаз и протяженностью межфазного слоя, что приводит к улучшению деформационно-прочностных свойств. Предлагаемый неорганический модификатор представляет собой мелкодисперсный порошкообразный материал. При введении в полимерную смесь такого модификатора появляются дополнительные центры кристаллизации в процессе формирования структуры композиционного материала при переходе из вязкотекучего состояния (расплав) в стеклообразное (твердое) и повышается совместимость макромолекул матрицы и полимерного модификатора. Было установлено, что введение в полимерную композицию, состоящую из полипропилена и полиамида 6, рутила (, , )2, шпинели (24), оксида железа 23(-модификация) или их смеси в количестве от 0,8 до 1,8 мас. , приводит к получению материала с повышенной прочностью, абразивной износостойкостью, стойкостью к воздействиям циклических знакопеременных нагрузок и конструкционной жесткостью (упругостью), и комплекс физико-механических характеристик полученного материала позволяет использовать его для изготовления в том числе одноосно-ориентированных(волокна, леска) изделий. Предлагаемый композиционный материал готовят следующим образом. В качестве полимерной матрицы использовали полипропилен марки ПП 21030. В качестве полимерного модификатора использовали полиамид 6 марки ПА 6-Л-У 1. Рутил желтый представляет собой комплекс оксидов титана, никеля и сурьмы, который получают высокотемпературным прокаливанием диоксида титана, оксида никеляи оксида сурьмы 5. Зеленая шпинель представляет собой хромит кобальта, который получают высокотемпературным прокаливанием оксида кобальтаи оксида хромав различных соотношениях 5. Необходимое количество полипропилена и рутила желтого, зеленой шпинели, оксида железа или их смеси вводят в рабочий объем смесителя для сыпучих материалов и перемешивают в течение 180 секунд. Затем в данный смеситель вводят заданное количество высушенного до остаточной влажности 0,15 полиамида. Процесс смешения проводили до полного распределения порошкообразного неорганического модификатора и полимерного модификатора в объеме композиции. Окончательная гомогенизация композиции осуществляется в расплаве в цилиндре экструдера в процессе производства продукции. Переработку композиционного материала в изделие осуществляют по технологическим режимам, характерным для базового полимера - полипропилена. Для подтверждения эффективности заявляемого состава композиционного материала приводим следующие данные. Составы полученных композиционных материалов приведены в табл. 1, их физикомеханические характеристики - в табл. 2. Как следует из приведенных данных, композиционный материал на основе полипропилена, включающий полимерный и неорганический модификатор в заявляемых количественных пределах, обладает оптимальным комплексом характеристик. Таким образом, композиционный материал указанного в формуле изобретения состава обладает улучшенными по сравнению с базовым полимером служебными характеристиками - повышенной прочностью, абразивной износостойкостью, стойкостью к воздействиям циклических знакопеременных нагрузок и конструкционной жесткостью(упругостью) - и может использоваться для изготовления технических изделий различного назначения, в том числе одноосно-ориентированных (волокна, леска). 12615 1 2009.12.30 Таблица 1 Составы композиционных материалов Содержание в материале, мас.Компонент Заявляемые составы 9 1 2 3 4 5 6 7 8 Полипропилен 96,2 96,0 94,0 91,6 95,2 88,2 89,2 91,2 98,4 Полиамид ПА 6-Л-У 1 3 3 5 7 3 10 10 7 1 Рутил желтый (, , )2 0,8 - 1,4 - 1,0 - 0,8 0,6 Таблица 2 Свойства композиционных материалов Показатели Характеристика Заявляемые составы 1 2 3 4 5 6 7 Предел прочности при растяжении,46,4 45,8 46,0 47,0 46,2 46,0 48,0 МПа Модуль упругости при растяжении,1600 1710 1730 1760 1500 1680 1800 МПа Ударная вязкость по Изору образ 42 41 48 52 32 36 49 цов с надрезом, кДж/м 2 Стойкость к многократным деформациям, кол-во циклов до разруше- 830 600 990 910 620 680 800 ния Относительное удлинение при рас 410 400 480 460 380 340 420 тяжении,Истираемость, м 3/ТДж 21 27 18 17 26 24 20 Источники информации 1.1063812 А, опубл.30.12.1983. 2. Раевский В.Г., Толмачев М.Н. // Пластические массы. - 1971. -9. - С. 6-8. 3.2276677 С 2, опубл.20.05.2006. 4. Мануленко А.Ф., Ревяко М.М., Максимов П.О. // Труды Белорусского государственного технологического университета, серия . Химия и технология органических веществ, выпуск . - 2006. - С. 53-56. 5. Мюллер А. Окрашивание полимерных материалов. - Спб. Профессия, 2006. С. 280. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4