close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY6722

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 6722
(13) C1
(19)
7
(51) C 08L 77/00,
(12)
D 01F 9/16
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ
(21) Номер заявки: 970489
(22) 1997.09.10
(46) 2004.12.30
(71) Заявители: Иванов Николай Петрович;
Пичкур Валерий Леонидович (BY)
(72) Авторы: Иванов Николай Петрович;
Пичкур Валерий Леонидович (BY)
(73) Патентообладатели: Иванов Николай
Петрович; Пичкур Валерий Леонидович (BY)
(57)
1. Композиционный материал, содержащий полиамид и углеродсодержащий волокнистый наполнитель, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего волокнистого
наполнителя он содержит вискозное волокно, карбонизированное путем нагревания до
700 °C в инертной атмосфере, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
полиамид
70-85
карбонизированное вискозное волокно
15-30.
2. Способ получения наполнителя для композиционного материала по п. 1, включающий
карбонизацию вискозного волокна путем его нагревания до 700 °C в инертной атмосфере.
BY 6722 C1
(56)
SU 566855, 1977.
RU 2067597 C1, 1996.
US 3663173, 1972.
RU 2045472 C1, 1995.
US 3294489, 1966.
SU 1834841 A3, 1993.
RU 2016146 C1, 1994.
Изобретение относится к полимерным композиционным материалам, в частности к
полимерным композициям на базе органических полимерных связующих, а именно полиамида, и углеродсодержащего волокнистого наполнителя, и может быть использовано для
изготовления деталей и изделий конструктивного назначения.
Изобретение относится также к способу получения углеродсодержащего волокнистого
наполнителя для композиционного материала.
Известны конструкционные полимерные материалы, содержащие углеродные волокнистые наполнители, предназначенные для работы в крайне жестких режимах, в условиях
при сочетании высоких механических нагрузок, нагрева, радиации и агрессивных сред [1].
Углеродные волокна (УРВ) относятся к углеграфитовым материалам и представляют
собой группу волокон, характеризующихся высоким содержанием углерода и получаемых
чаще всего путем термолиза органических веществ, главным образом полимерных волокнистых материалов, в безокислительной среде при высоких температурах.
BY 6722 C1
Однако, при несомненных достоинствах применения углеродных волокон, имеются
недостатки, связанные с их нестабильностью в окислительных средах при повышенной
температуре. С другой стороны, недостаточная химическая активность при взаимодействии со средами, например со смолами, ограничивает возможность их использования при
создании композиционных материалов.
Известно, что для управления физико-химическими свойствами композиционных материалов используются углеродные волокна с улучшенными свойствами.
Известны композиционные материалы на основе различных полимерных матриц, армированных короткими углеродными волокнами.
Известен также серийно выпускаемый композиционный материал УПА 6, на базе органических полимерных связующих (полиамид 6, полипропилен, полиамид 6,6 и др. полимеров) с наполнителем на основе элементоугольных волокнистых материалов. Данный
композиционный материал предназначен для изготовления сложных деталей, испытывающих значительные нагрузки, а также для изготовления изделий антифрикционного,
диэлектрического, конструкционного назначения.
Однако, известно, что применение элементоугольных волокон в качестве волокнистых
наполнителей в композициях повышает их электропроводность даже при небольшом содержании волокна. Для работы в агрессивных средах в условиях повышенных механических нагрузок и температур необходимы высокопрочные диэлектрические материалы.
Наиболее близким по технической сущности предлагаемому изобретению является
полимерный композиционный материал, содержащий полиамид, в частности алифатический полиамид и углеводородсодержащий волокнистый наполнитель, представляющий
собой смесь углеродных волокон с различными определенными физико-химическими характеристиками [2]. Для данного композиционного материала справедливыми остаются
отмеченные выше недостатки, связанные с низкой стабильностью углеродных волокон в
окислительных средах при повышенной температуре.
Задачей изобретения является получение высокопрочных диэлектрических материалов, в частности для работы в агрессивных средах в условиях повышенных механических
нагрузок и температур.
Поставленная задача решается тем, что композиционный материал, содержащий полиамид и углеродсодержащий волокнистый наполнитель, в качестве углеродсодержащего
волокнистого наполнителя содержит вискозное волокно, карбонизированное путем нагревания до 700 °C в инертной атмосфере, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
полиамид
70-85
карбонизированное вискозное волокно
15-30.
Кроме того, решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения
наполнителя для композиционного материала карбонизацию проводят при температуре до
700 °C в инертной атмосфере.
Изобретение позволяет наряду с сохранением физико-механических и технологических показателей существенно повысить диэлектрические свойства изделий.
Существенным отличием заявляемого технического решения является использование
в качестве наполнителя не графитизированного, а карбонизированного углеродного вискозного волокна, что ранее не было известным.
Композиционный материал получают следующим образом.
Для обеспечения необходимого соотношения прочности и электропроводности волокнистого наполнителя изменяют количество компонента в шихте, который производят из
сорбционно-активных материалов различной текстильной структуры путем отжига (карбонизации) в печах до Tотж = 700 °C.
Для производства карбонизированного волокна применяется вискозная ткань (лента)
различной текстильной структуры любого текстильного плетения (полотняного, саржевого, трикотажного и т.д.) с любым числом филаментов нити. Ширина ленты определяется
2
BY 6722 C1
техническими характеристиками оборудования, масса 1 п.м. 9-10 г, разрывная нагрузка не
менее 100 H, содержание летучих веществ 8-15 %.
Ленту с барабана непрерывно подают в печь карбонизации. Время карбонизации не
менее 30 минут. Карбонизацию проводят при температуре до 700 °C в атмосфере азота с
содержанием кислорода не более 0,002 %. Возможен процесс карбонизации в других
инертных атмосферах и в вакууме.
Карбонизированную ленту с содержанием углерода не более 90 % подают на двухшнековый экструдер, где смешивают с полиамидом. Получают композиционный материал,
состоящий из полиамида и углеродного карбонизированного наполнителя. Связующее и
наполнитель перед подачей в экструдер подвергают кондиционированию в течение 24 часов.
Далее полиамид пневмотранспортером подают в дозатор, из дозатора в металлоотделитель и шнековый экструдер. Карбонизированную ленту подают в шнек экструдера вручную. Рабочая часть шнека измельчает ленту на короткие волокна. Волокна подают в
расплавленный полимер. Затем смесь шнеками подают в материальный цилиндр, где
смесь гомогенизируют. Скорость вращения шнека 25-250 об/мин. Цилиндр экструдера
имеет четыре зоны нагрева. Температура в материальном цилиндре по зонам 240-300 °C.
В процессе гомогенизации продукт дегазируется и экструдируется через фильеру. Получают непрерывные жилки (стрег). Стрег охлаждается, подсушивается воздухом и поступает на валки гранулятора и далее на резку. Наработанные гранулы поступают в
шлюзовой питатель и упаковывают в тару. Размер гранул 2-6 мм, влажность ≤ 0,2 %.
Примеры
Для получения композиционного материала с необходимым сочетанием физикомеханических характеристик и электрического сопротивления изменяли количество компонентов, полимерного связующего и наполнителя. В качестве полимерного связующего
брали полиамид 6, а в качестве наполнителя - карбонизированное вискозное волокно. Для
получения карбонизированного вискозного волокна брали вискозную ткань (ленту)
Вискум ЛО-1-5/30Н или Урал 5т, которую подвергали карбонизации. Ширина ленты
25-30 мм, масса 1 п.м. 9-10 г, разрывная нагрузка не менее 100 H, содержание летучих
веществ 8-15 %. Ленту с барабана непрерывно подавали в печь карбонизации. Скорость
подачи 15-16 м/час. Карбонизацию проводили при температуре до 700 °C в атмосфере
азота с содержанием кислорода не более 0,002 %. Получали карбонизированную ленту с
содержанием углерода не более 90 %.
Связующее и наполнитель выдерживали 24 часа для кондиционирования, после чего
подавали в двухшнековый экструдер, где путем смешивания по ОСТ 6-06-09-83 получали
композиционный материал, состоящий из полиамида 6 и углеродного карбонизированного волокна.
Пример 1
Для производства карбонизированного волокна берут вискозную ткань (ленту) Вискум
ЛО-1-5/30Н, шириной 25-30 мм, масса 1 п.м. 9-10 г, разрывная нагрузка не менее 100 H, с
содержанием летучих веществ 10 %. Ленту с барабана непрерывно подают в печь карбонизации со скоростью 15-16 м/час. Карбонизацию проводят при температуре 700 °C в атмосфере азота с содержанием кислорода не более 0,002 %. Получают карбонизированную
ленту с содержанием углерода не более 90 %.
В качестве полимерного связующего берут полиамид 6.
Полиамид 6 и карбонизированное углеродное волокно подвергают кондиционированию 24 часа. Далее проводят смешивание полимерного связующего полиамида и карбонизированного вискозного волокна в двухшнековом экструдере по ОСТ 6-06-09-83, по
которому после кондиционирования полиамид пневмотранспортером подается в дозатор, из
дозатора в металлоотделитель. 80 мас. % полиамида подают в шнековый экструдер. 20 мас. %
карбонизированной ленты подают вручную в шнек экструдера, где рабочая часть шнека
3
BY 6722 C1
экструдера измельчает ленту на короткие волокна. Волокна подают в расплавленный полимер. Затем смесь шнеками подают в материальный цилиндр экструдера, где смесь гомогенизируют. Скорость вращения шнека 25-250 об./мин. Цилиндр экструдера имеет четыре
зоны нагрева. Температура в материальном цилиндре по зонам составляет от 240 °C до
300 °C. В процессе гомогенизации продукт дегазируется. Далее расплавленный, смешанный продукт экструдируется через фильеру. В результате получаются непрерывные жилки (стрег). Стрег охлаждается, подсушивается воздухом и подается на валки гранулятора
и далее на резку. Наработанные гранулы поступают на шлюзовый питатель и упаковку.
Размер гранул 2-6 мм, влажность ≤ 0,2 %.
Полученный по данному примеру композиционный материал имел следующие характеристики:
1. Массовая доля наполнителя (карбонизированное вискозное волокно)
20 мас. %
2. Массовая доля полимерного связующего (полиамид 6)
80 мас. %
3. Изгибающее напряжение при максимальной нагрузке, мПА, не менее
180-200
4. Прочность при растяжении, МПА, не менее
100-130
5. Ударная вязкость, кДж/м2, не менее
35-40
6. Твердость HRM, не менее
80-100
7. Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом·см
2-3·106.
Композиционные материалы по настоящему изобретению сравнивали с серийно выпускаемым угленаполненным полиамидом УПА6/30.
Испытания проводились в центральной исследовательской лаборатории производства
"Урал-3" ПО "Химволокно".
Результаты испытаний неэлектропроводных угленаполненных полиамидов и серийно
выпускаемого материала УПА 6/30 приведены в таблице.
№
Параметр
УПА 6/30
п/п
1. Массовая доля наполнителя
28-30
2. Изгибающее напряжение при макс.
200-240
нагрузке, МПа не менее
3. Прочность при растяжении, МПа,
100-130
не менее
4. Ударная вязкость, кДж/м2, не менее
25-40
5. Твердость HRM, не менее
70-90
6. Удельное объемное электрическое не более 10
сопротивление, Ом·см
Неэлектропроводный
15
150
20
180-200
30
200-220
100
100-130
120-150
30
80
не менее
4·106
35-40
80-100
2-3·106
40-55
90-120
не менее
(1-2)·106
Как видно из таблицы, с увеличением процентного наполнения полиамида волокнистым карбонизированным наполнителем механические свойства материала улучшаются, а
электрические показатели падают.
Результаты, представленные в таблице, свидетельствуют о том, что композиционные
материалы по настоящему изобретению характеризуются уникальным сочетанием физико-механических характеристик с высоким электрическим сопротивлением.
Источники информации:
1. Ермоленко И.Н., Люблинер И.П., Гулько Н.В. Элементосодержащие волокнистые
угольные материалы. - Мн.: Наука и техника, 1982.
2. Патент RU № 2067597 C1. Опубл. 10.10.1996.
Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034,
г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
174 Кб
Теги
by6722, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа