close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY2087

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2087
(13)
C1
6
(51) C 08K 13/08
(12)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
(21) Номер заявки: 960233
(22) 06.05.1996
(46) 30.03.1998
ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
(71) Заявитель: Белорусский государственный университет транспорта (BY)
(72) Авторы: Долонговский В.А., Близнец М.М., Терешко Ю.Д. (BY)
(73) Патентообладатель: Белорусский
государственный университет транспорта (BY)
(57)
Полимерная композиция, включающая термопластичное полимерное связующее, резиновую крошку, измельченные отходы юфти и измельченные отходы хромовой кожи, отличающаяся тем, что она содержит в качестве
термопластичного полимерного связующего термопластичные полимеры, выбранные из группы, включающей полиэтилен, полипропилен, поликапроамид, полистирол или поливинилхлорид, и дополнительно - оксихлорид магния, диаминофенол дигидрохлорид, персульфат калия, холестериловый эфир стеариновой кислоты и рубленый волокнистый наполнитель, выбранный из группы, включающей отходы вискозных, полиамидных, полиэфирных,
полиакрилонитрильных или ацетатных волокон, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
термопластичное полимерное связующее, выбранное из группы: полиэтилен, полипропилен, поликапроамид, полистирол или поливинилхлорид
100
рубленый волокнистый наполнитель, выбранный из группы: отходы вискозных, полиамидных, полиэфирных, полиакрилонитрильных или ацетатных волокон
5-30
резиновая крошка
1-15
измельченные отходы юфти
8-12
измельченные отходы кожи хромовой
20-80
оксихлорид магния
1-10
диаминофенол дигидрохлорид
0,1-1
персульфат калия
0,03-1,5
холестериловый эфир стеариновой кислоты
0,05-1,2
(56)
1. А.с. СССР 1219605, МКИ С08К 9/00, 1982.
2. А.с. СССР 1643567, МКИ С08К 5/43, 1986.
3. А.с. СССР 1420001, МКИ С08К 13/02, 1987 (прототип).
Изобретение относится к области создания полимерных композиционных материалов на основе термопластичных полимеров и может быть использовано в машиностроении для изготовления вибропоглощающих деталей и покрытий, например для изготовления вибропоглощающих эластичных элементов сайлентблоков, которые предназначены для гашения вибраций, горизонтальных и вертикальных колебаний корпуса
дизельного вагона и дизельпоездов.
Известна полимерная композиция конструкционного назначения, содержащая связующее (100 мас.ч.),
выбранное из группы, включающей полиэтилен, полипропилен, бутадиеновый, бутадиеннитрильный изопреновый каучук и их смеси, и отходы полиакрилонитрильных волокон (25-800 мас.ч.) [1]. Полимерная композиция дополнительно может содержать поливинилхлорид в количестве 10-950 мас.ч.
BY 2087 C1
Материал, полученный из известной композиции, обладает низкими прочностью при растяжении и ударной
вязкостью, что затрудняет изготовление из него эластичных элементов сайлентблоков, которые при движении
поезда подвергаются воздействию ударных нагрузок. Низкая вибропоглощающая способность известной полимерной композиции делает ее непригодной для изготовления вибропоглощающих элементов и покрытий на деталях дизельпоездов.
Известна также полимерная композиция, включающая полиэтилен (100 мас.ч.), резиновую крошку фракции
0,1-1,0 мм из пористых подошвенных резин со степенью вулканизации 90-95% (2-30 мас.ч.), измельченные отходы
хромовой кожи (20-80 мас.ч.), графит (l-10 мас.ч.), этиленгликолят кадмия - продукт взаимодействия гидроокиси
кадмия и этиленгликоля при массовом соотношении 20:1 (0,25-1,5 мас.ч.), молибденовокислый висмут (0,05-0,45
мас.ч.) и сульфид натрия (0,5-8 мас.ч.) [2].
Известная композиция в качестве одного из компонентов содержит продукт взаимодействия гидроокиси
кадмия и этиленгликоля, обладающий сильным токсичным действием на организм человека, что затрудняет
его применение для изготовления эластичных элементов сайлентблоков. Высокое водопоглощение материала, изготовленного из известной композиции, приводит к возникновению в полимерной матрице значительных по величине внутренних растягивающих напряжений, которые приводят к растрескиванию изделий как
в процессе хранения, так и в процессе эксплуатации. Известная композиция и покрытия из нее обладают
низкими вибропоглощающими свойствами и ударной вязкостью, что делает ее непригодной для изготовления эластичных элементов сайлентблоков. Изделия из известной композиции обладают низкой износостойкостью в присутствии абразива и в маслоабразивных средах.
Наиболее близкой к заявляемой является полимерная композиция, включающая полиэтилен низкого давления (100 мас.ч.), резиновую крошку (50-100 мас.ч.), измельченную юфть (20-125 мас.ч.), хромовую кожу
фракции 0,2-2,0 мм (10-15 мас.ч.), тиомочевину (0,1-2,0 мас.ч.) и продукт взаимодействия фенилендиамина и
сернокислого марганца (0,2-5,6 мас.ч.) [3].
В качестве добавки известная полимерная композиция содержит продукт взаимодействия фенилендиамина с сернокислым марганцем, компоненты которого являются дефицитными для Республики Беларусь, что
затрудняет организацию серийного производства эластичных элементов сайлентблоков из известной композиции. Воздействие атмосферных осадков, изменение суточных и сезонных температур и влажности приводит к ускоренному старению изделий из известной композиции, что требует дополнительных затрат на ремонт железнодорожной техники. Материал, изготовленный из известной композиции, обладает низкими
вибропоглощающими свойствами и ударной вязкостью, что затрудняет ее использование для изготовления
эластичных элементов сайлентблоков и шумопоглощающих покрытий. При воздействии абразива и маслоабразивных сред изделия из известной композиции обладают низкой износостойкостью, что приводит к сокращению срока службы сайлентблоков дизельпоездов.
Предлагаемая полимерная композиция обеспечивает решение такой задачи как получение конструкционных
вибропоглощающих материалов на основе термопластичных полимеров, выбранных из группы: полиэтилен, полипропилен, поликапроамид, полистирол или поливинилхлорид.
Технический эффект заявляемого технического решения заключается в улучшении вибропоглощающих
свойств эластичных элементов сайлентблоков и покрытий на деталях дизельпоездов за счет повышения
ударной вязкости и демпфирующих свойств полимерной композиции и снижения степени окисления термопластичного полимерного связующего в процессе переработки материала в изделия при высоких температурах. Кроме этого, обеспечиваются дополнительные технические эффекты, заключающиеся в снижении шума
над узлами, на крышки которых нанесены покрытия из разработанной полимерной композиции, и в утилизации отходов химических волокон и отходов кожевенного производства, которые ранее либо сжигались, либо
подлежали захоронению в земле. Это приводило к загрязнению воздушного и водного бассейнов, что наносило вред окружающей cpeдe и здоровью человека.
Указанный технический результат достигается тем, что в полимерную композицию конструкционного
назначения, содержащую термопластичное полимерное связующее, резиновую крошку, измельченные отходы юфти и измельченные отходы хромовой кожи, вводят в качестве термопластичного полимерного связующего термопластичные полимеры, выбранные из группы, включающей полиэтилен, полипропилен, поликапроамид, полистирол или поливинилхлорид, и дополнительно оксихлорид магния, диаминофенол дигидрохлорид,
персульфат калия, холестериловый эфир стеариновой кислоты и рубленый волокнистый наполнитель, выбранный из группы, включающей отходы вискозных, полиамидных, полиэфирных, полиакрилонитрильных
или ацетатных волокон. При этом полимерная композиция конструкционного назначения содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:
2
BY 2087 C1
термопластичное полимерное связующее, выбранное из группы:
полиэтилен, полипропилен, поликапроамид, полистирол или поливинилхлорид;
100
рубленый волокнистый наполнитель, выбранный из группы:
отходы вискозных, полиамидных, полиэфирных, полиакрилонитрильных или ацетатных
волокон
5-30
резиновая крошка
1-15
измельченные отходы юфти
8-12
измельченные отходы кожи хромовой
20-80
оксихлорид магния
1-10
диаминофенол дигидрохлорид
0,1-1
персульфат калия
0,03-1,5
холестериловый эфир стеариновой кислоты
0,05-1,2
В качестве термопластичного полимерного связующего были выбраны термопластичные полимеры, выбранные из группы, включающей полиэтилен высокого давления (ГОСТ 16337-70), полиэтилен низкого давления (ГОСТ 16338-70), полипропилен (МРТУ6-05-1105-67), поликапроамид (ТУ6-06-309-70), полистирол
(МРТУ6-05-957-68) и поливинилхлорид (ГОСТ 9639-71), как имеющие относительно высокие физикомеханические свойства и ударную вязкость, низкие температуру плавления и стойкость. Последние два обстоятельства позволят существенно снизить затраты на производство эластичных элементов сайлентблоков в
сравнении со стоимостью аналогичных деталей, изготовленных из резины.
Повышения трещиностойкости материала сайлентблоков, подверженных вибрационным и ударным воздействиям, достигали введением в термопластичное полимерное связующее волокнистого наполнителя, выбранного из группы, включающей рубленные отходы вискозных (ТУ6-06-462-74), полиамидных (ОСТ 63884), полиэфирных (ТУ6-66-28-82), полиакрилонитрильных (ОСТ 17-136-79) и ацетатных (ТУ6-05-1528-72)
волокон, резиновой крошки (ГОСТ 12632-79), измельченных отходов юфти (ГОСТ 485-32) и измельченных
отходов кожи хромовой (ГОСТ 939-75). Введение указанного волокнистого наполнителя, резиновой крошки,
измельченных отходов юфти и кожи хромовой ниже оптимальной концентрации уменьшает вибропоглощающие свойства эластичных элементов сайлентблоков, изготовленных из разработанной полимерной композиции,
а выше оптимальной концентрации - снижает ударную вязкость материала.
Несмотря на введение указанных наполнителей материал обладает низкими звукопоглощающими свойствами, а связующее имеет малую адгезию к кожевенному и волокнистому наполнителям, что приводит к расслоению материала эластичных элементов сайлентблоков. Для повышения адгезии связующего к волокнистому и кожевенному наполнителям при вибрационном воздействии, снижения уровня шума и степени
окисления полимера в процессе высокотемпературного прессования эластичных элементов сайлентблоков в
композицию вводили оксихлорид магния, являющийся продуктом взаимодействия окиси магния (ГОСТ
4526-67) и хлористого магния (ГОСТ 4330-66), персульфат калия (ГОСТ 4146-65) и холестериловый эфир
стеариновой кислоты (ТУ6-09-4369-77). Введение оксидхлорида магния, персульфата калия и холестерилового эфира стеариновой кислоты ниже оптимальной концентрации приводит к уменьшению адгезии связующего к волокнистому и кожевенному наполнителям, повышению уровня шума и степени окисления полимера в процессе переработки материала, а выше оптимальной концентрации - уменьшает ударную
вязкость материала и стойкость эластичных элементов сайлентблоков к вибрационным и ударным воздействиям.
Повышения физико-механических свойств эластичных элементов сайлентблоков и дальнейшего снижения степени окисления полимерного связующего достигали дополнительным введением в полимерную композицию диаминофенола дигидрохлорида (ТУ МХП 2668-57). Введение диаминофенола дигидрохлорида ниже оптимальной
концентрации способствует повышению степени окисления полимерного связующего в процессе изготовления
эластичных элементов сайлентблоков из разработанной полимерной композиции, а ниже оптимальной концентрации - уменьшает ударную вязкость материала и адгезию связующего к волокнистому и кожевенному наполнителям.
В настоящее время холестериловый эфир стеариновой кислоты используется в основном в электрических
экранах для передачи изображения, в электрофотографии, при фотохимической записи изображений и т.д.
(см. кн.: Липкин С.А., Блинов Л.М. Жидкие кристаллы. М., Наука, 1982. С.206-207). Оксихлорид магния
применяют в основном в качестве высокотемпературного клея для склеивания металлов и керамики (см. кн.:
Сычев М.М. Неорганические клеи. Л., Химия, 1974. С.87-98). Диаминофенол дигидрохлорид применяют в основном в качестве ускорителя отверждения фенолформальдегидных смол (см. а.с. 1171486). Персульфат калия используется в качестве отбеливателя тканей в текстильной промышленности и на предприятиях бытового обслужи3
BY 2087 C1
вания (см. кн.: Шейхет Ф.И. Материаловедение химикатов, красителей и моющих средств. М., Легкая промышленность, 1969. С.176-190).
В отличие от известных технических решений холестериловый эфир стеариновой кислоты, диаминофенол дигидpoxлoрид, оксихлорид магния и персульфат калия введены нами в полимерную композицию для
повышения адгезии термопластичных полимеров к кожевенному и волокнистому наполнителям в условиях
вибрационного воздействия и для снижения степени окисления термопластичного связующего при высокотемпературном изготовлении из полимерной композиции эластичных элементов сайлентблоков. Однако при
введении указанных модификаторов не наблюдается существенного повышения виброгасящих свойств полимерной композиции, а ее ударная вязкость несколько снижается в сравнении с немодифицированными полимерами. В связи с этим в термопластичное полимерное связующее вводили рубленый волокнистый наполнитель, выбранный из группы, включающей отходы вискозных, полиамидных, полиэфирных,
полиакрилонитрильных или ацетатных волокон, резиновую крошку, измельченные отходы юфти и хромовой
кожи. Введение указанных наполнителей в полимерные композиции приводит к существенному повышению
ударной вязкости, вибропоглощающих и демпфирующих свойств композиционного материала.
Технология формирования эластичных элементов сайлентблоков заключается в следующем. Термопластичые полимеры в виде гранул или порошка смешивают с целевыми добавками, волокнистым и кожевенным наполнителями. После тщательной гомогенизации смесь готова для формования эластичных элементов
сайлентблоков. Указанные детали сайлентблоков из разработанной полимерной композиции изготавливают
либо литьем под давлением, либо прессованием под давлением 70-100 МПа. При этом температура переработки полимерных композиций составляла для композиций на основе: полиэтилена - 165÷180°С поликапроамида - 200÷220°С полистирола - 185÷200°C; поливинилхлорида - 150÷180°С.
Примеры составов и основные свойства известной 3 и разработанной полимерных композиций приведены в таблице. Как видно из таблицы, сочетание выбранных компонентов позволило в сравнении с прототипом повысить адгезию композиции (в исходном состоянии) в 1,83-2,16 раза к волокнистому наполнителю, в
1,39-1,61 раза к юфти и в 1,59-1,7 раза к коже хромовой, увеличить устойчивость адгезии композиции (после
вибрационного ударного воздействия) в 2,22-2,62 раза к волокнистому наполнителю, в 2,29-2,61 к юфти и в
2,36-2,66 раза к коже хромовой, повысить коэффициент потерь в 2,3-3,48 раза и коэффициент эффективности демпфирования композиции при вибрационном воздействии в l,83-2,53 раза, снизить степень окисления
полимерного связующего при термическом воздействии в 1,58-2,56 раза и увеличить удельную ударную вязкость композиции в 1,75-2,43 раза.
Величину адгезии термопластичного полимерного связующего к поверхности рубленого волокнистого
наполнителя оценивали по сопротивлению извлекания волокон из блока образцов, изготовленных из композиций. Образцы для измерения адгезионной прочности имели Т-образную форму размером 60х80 мм и изготавливались таким образом, что один из концов волокна оказывается заключенным в балочку из композиции, расположенной перпендикулярно оси волокна. При испытании балочка из композиции закреплялась
при помощи специальной рамки в верхнем зажиме разрывной машины Р-40 при скорости его перемещения
0,5 м/с. Исследования осуществляют при комнатной температуре. При этом измеряют усилие, необходимое
для вырывания единичного волокна из блока композиции.
4
BY 2087 C1
Составы и свойства известной [3] и разработанных полимерных композиций
Компоненты и свойства
Прототип
1
3
2
I. Компоненты
1. Термопластичный полимер
1.1. Полиэтилен:
1.1.1. Низкого давления
1.1.2. Высокого давления
1.2. Полипропилен
1.3. Поликапроамид
1.4. Полистирол
1.5. Поливинилхлорид
2. Рубленый волокнистый накопитель:
2.1. Отходы вискозных волокон
2.2. Отходы полиамидных волокон
2.3. Отходы полиэфирных волокон
2.4. Отходы полиакрилонитрильных
волокон
2.5. Отходы ацетатных волокон
3. Резиновая крошка
4. Измельченные отходы юфти
5. Измельченные отходы кожи хромовой
6. Оксихлорид магния
7. Диаминофенол дигидрохлорид
8. Персульфат калия
9. Холестериловый эфир стеариновой кислоты
10. Крошка из резины марки РПШ
фракции 0,8 мм
11. Измельченная юфть фракции 0,5
мм
12. Измельченная кожа хромовая
фракции 1,0 мм
13. Тиомочевина
Запр. сост.
I
II
3
4
III
5
IV
6
Заявляемый состав
V
VI
VII
7
8
9
VIII
10
IX
11
Исслед. составы
X
XI
XII
12
13
14
XIII
15
100
-
100
-
100
-
100
-
100
-
100
-
100
-
100
-
100
100
-
100
-
100
-
100
100
-
-
35
-
4
-
5
-
20
-
30
-
20
-
20
-
20
-
20
-
20
-
-
-
-
0,8
7
85
16
13
18
15
12
20
7
10
50
1
8
80
7
10
50
20
7
10
50
7
10
50
7
10
50
7
10
50
7
-
20
10
50
7
10
50
-
0,9
1,2
0,02
1,3
11
0,08
1,6
0,04
10
0,1
0,03
1,2
5
0,4
0,8
0,7
1
1
1,5
0,05
5
0,4
0,8
0,7
5
0,4
0,8
0,7
5
0,4
0,8
0,7
5
0,4
-
0,8
0,7
5
0,4
0,8
0,7
5
0,4
0,8
0,7
5
0,4
0,8
0,7
50
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
125
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
15
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,1
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
5
BY 2087 C1
Продолжение таблицы
Компоненты и свойства
Прототип
1
14. Продукт взаимодействия фенилендиамина с сернокислым марганцем
II. Свойства
1. Адгезия композиции к волокнистому наполнителю (исходная),
Запр. сост.
I
II
3
4
-
III
5
-
IV
6
-
Заявляемый состав
V
VI
VII
7
8
9
-
VIII
10
-
IX
11
-
Исслед. составы
X
XI
XII
12
13
14
-
XIII
15
-
45,3
64,2
58,6
92
90
87
98
83
78
52
62
66
57
48
32,4
56
49,8
73
78
81
85
79
72
43
54
57
41
39
162
175
193
197
201
214
232
278
254
292
245
283
238
289
261
298
225
280
209
207
210
218
215
211
194
221
200
219
89
107
36,5
121
127
45
134
152
54
209
252
84
228
274
86
233
265
93
221
274
105
235
285
116
204
268
127
173
169
58
178
170
60
181
163
43
157
181
40
150
174
46
н
м
2. Адгезия композиции к волокнистому наполнителю (после ударного,
вибрационного воздействия частотой
50 с-1 и нагрузкой 3 МПа в течение 8
часов), МПа
3. Адгезия композиции к кожевенному наполнителю (исходная),
3
2
0,2
н
:
м
3.1. Юфть
3.2. Кожа хромовая
4. Адгезия композиции к кожевенному наполнителю (после ударного,
вибрационного воздействия частотой
50 с-1 и нагрузкой 3 МПа в течение 8
часов), МПа:
4.1. Юфть
4.2. Кожа хромовая
5. Коэффициент потерь (виброгасящие свойства композиции), х 103
6
BY 2087 C1
Продолжение таблицы
Компоненты и свойства
1
6. Коэффициент эффективности
кгс
демпфирования, 103 2
см
7. Степень окисления полимерной
композиции (термообработка при
температуре на 40°С выше температуры плавления полимерного связующего), %
8. Удельная ударная вязкость,
кДж
м2
3
2
0,89
Запр. сост.
I
II
3
4
1,12
1,18
III
5
1,63
Заявляемый состав
IV
V
VI
VII
6
7
8
9
1,78 1,84 2,13 1,95
VIII
10
2,25
IX
11
1,15
Исслед. составы
X
XI
XII
12
13
14
1,08 0,82 0,75
XIII
15
0,68
0,82
0,73
0,78
0,52
0,48
0,32
0,45
0,50
0,37
0,62
0,82
0,68
0,71
0,70
29,6
32
35
52
56
65
69
58
72
38
27
33
39
25
Прототип
7
BY 2087 C1
Для оценки адгезии композиции к кожевенному наполнителю вырезают из юфти и кожи хромовой полоски длиной 100 мм и шириной 10 мм. Затем на них наносят слой композиции и оплавляют его в течение 2
мин при температуре плавления, характерной для каждого из полимерных связующих. После охлаждения дo
комнатной температуры образцы подвергают испытанию. Адгезию композиции к кожевенному наполнителю
оценивают методом отслаивания на машине Р-40 под углом 180° и скорости 54 мм/мин. Устойчивость адгезии полимерной композиции к волокнистому и кожевенному наполнителям при вибрационном ударном воздействии исследовали на специально сконструированном стенде при нагрузке 3,0 МПа и частоте ударов 50 с1
. Образцы испытывали на стенде в течение 8 часов. Об эффективности гашения вибраций полимерной композицией судили по коэффициенту потерь в процессе колебаний стальной пластинки, на одну сторону которой наносили покрытие из разработанного материала. О степени окисления полимеров в процессе термообработки в течение 24 часов судили по изменению в инфракрасных спектрах связующих оптической полосы
поглощения в области 1720 см-1, соответствующей валентным колебаниям карбонильных групп. Температура термообработки каждой композиции с каждым из полимеров выбиралась на 40°С выше температуры
плавления соответствующего полимера. Ударную вязкость образцов из полимерных композиций оценивали
на маятниковом копре КМ-0,5.
Cоставитель А.С. Жаврид
Редактор В.Н. Позняк
Корректор Т.Н. Никитина
Заказ 0053
Тираж 20 экз.
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
156 Кб
Теги
патент, by2087
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа