Результат интеллектуальной деятельности: ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ

Изобретение относится к области полимерных композиций с органическими наполнителями и технологиям их получения и может быть использовано для производства изделий инженерно-технического назначения в строительной и мебельной промышленности, сельскохозяйственном и автомобильном машиностроении.

Известен древопластик на основе двухкомпонентного связующего, где в качестве связующих используют полиэтилен низкого давления и полиэтилен высокого давления, а в качестве органического наполнителя - опилки древесины фракции 0,4-1,0 мм влажностью 4-6% (SU 1666306, МПК B27N 3/02, опубл. 30.07.1991).

Недостатками известного материала являются низкие показатели водостойкости (водопоглощение за 24 ч - 9,8%) и прочности при изгибе (155 кг/см³).

Известна полимерная композиция, содержащая полиэтилен низкого давления, наполнитель в виде опилок лиственных пород древесины, имеющих фракционный состав 0,13-1,5 мм влажностью 1-12%, и пластификатор в виде технического парафина (SU 1694598, МПК C08J 3/205, опубл. 30.11.1991).

К недостаткам известной полимерной композиции следует отнести низкие показатели прочности при растяжении (13,5 МПа) и водостойкости (водопоглощение за 24 ч - 2,1%), а также высокую вязкость расплава (60 МПа·с).

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является полимерная композиция, включающая полимер, выбранный из группы, включающей виниловые полимеры на основе винилхлорида, его сополимеров с винилацетатом на основе этилена, пропилена, их сополимеров на основе метилметакрилата или их смесей, органический наполнитель в виде целлюлозосодержащих отходов деревообрабатывающего, сельскохозяйственного или текстильного производства, имеющие фракционный состав 0,1-8,0 мм, и целевые добавки (RU 2005752, МПК C08L 97/02, опубл. 15.01.1994).

Известная композиция имеет низкие показатели прочности при статическом изгибе (16,1 МПа) и водостойкости (водопоглощение за 24 ч - 4,6%), что обусловлено недостаточным адгезионным взаимодействием между связующим и органическим наполнителем, а также крупным размером частиц наполнителя. Кроме того, отсутствует оценка технологичности композиции, то есть не приведены результаты реологических испытаний.

Вышеприведенные значения физико-механических показателей недостаточны для производства конструкций инженерно-технического назначения, основным требованием к которым является способность изделия воспринимать длительное время значительные внешние нагрузки без потери прочности и существенного изменения формы и размеров. Последнее определяется, главным образом, величиной модуля упругости композита, величина которого в известной композиции не регламентируется. Следуя выводам известной работы (Файзуллин И.З. Влияние размера частиц наполнителя на свойства древесно-полимерных композитов / И.З. Файзуллин [и др.] // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2013. - Т. 16, № 5. - С. 106-109), можно полагать, что наличие фракций наполнителя размером свыше 0,4-0,5 мм обуславливает недостаточную технологичность (из-за высокой вязкости) композиции при переработке ее в изделия методами экструзии и литья под давлением, низкие значения водостойкости, прочности и модуля упругости.

Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных показателей, а именно увеличении прочности и модуля упругости при растяжении, и, кроме того, снижении водопоглощения и динамической вязкости полимерной композиции.

Сущность изобретения заключается в том, что полимерная композиция для изделий инженерно-технического назначения включает полиэтилен низкого давления, органический наполнитель, в качестве которого содержит солому злаковых сельскохозяйственных культур с фракционным составом 0,1-0,3 мм, и целевые добавки, в качестве которых содержит шунгитовый порошок, малеид Ф на основе N,N-метафенилендиамина и гексол ХПИ, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Полиэтилен низкого давления неокрашенный газофазный (ПЭНД) по ТУ 2243-104-00203335-2005 и ГОСТ 16338-85 марок, предназначенный для изготовления технических и профильно-погонажных изделий методами экструзии и литья под давлением.

Органический наполнитель: солома злаковых сельскохозяйственных культур (пшеничная, ячменная, рисовая, ржаная и др.), полученная измельчением на ножевой мельнице, с размером фракций 0,1-0,3 мм, влажностью менее 10%, насыпной плотностью 0,12-0,15 г/см³.

Шунгитовый порошок марки «Новокарбон» по ТУ 2169-001-57753937-2002 с размером фракций 0,10-0,20 мкм, являющийся усилителем и технологически активной добавкой.

Малеид Ф по ТУ 6-14-1004-87, являющийся совместителем связующего и наполнителя и представляющий из себя композицию, состоящую из 75% N,N-метафенилендиамина и 25% связующих добавок.

Гексол ХПИ на основе гексахлорпараксилола и хлорированного парафина по ТУ 2471-012-50199225-2002, являющийся технологически активной добавкой и структурным пластификатором.

Способ приготовления полимерной композиции заключается в следующем. Производят плавление полиэтилена низкого давления (50 об./мин, 5 мин) в лабораторном смесителе периодического действия НААКЕ PolyLab Rheomix 600 OS с роторами Banbury при температуре 150-160°C. Затем вводят органический наполнитель: солома злаковых сельскохозяйственных культур и предварительно перемешанные вручную целевые добавки: шунгитовый порошок, малеид Ф, гексол ХПИ. Затем все компоненты компаундируют до достижения постоянных значений крутящего момента на приводном вале смесителя и температуры расплава. Полученная смесь выгружается в лоток и охлаждается до комнатной температуры. Формование пластин из приготовленной полимерной композиции для физико-механических испытаний проводят в пресс-форме с размером формующей полости 200×200×1 мм методом горячего прессования при температуре 160°C и усилии пресса 100 кН с последующим охлаждением пластин в сомкнутой пресс-форме до температуры 50°C согласно ГОСТ 12019-66.

Предел прочности при растяжении определяют по ГОСТ 11262-80, модуль упругости при растяжении - по ГОСТ 9550-81. Значения водопоглощения образцов определяют по ГОСТ 4650-80 (метод А, выдержка в воде в течение 24 часов), плотность полимерной композиции - по ГОСТ 15139-69. Реологические испытания проводят в динамическом режиме с использованием измерительной системы «плоскость-плоскость» с диаметрами ротора и плоскости 20 мм на реометре Haake MARS III. Амплитуда осцилляций ротора составляет 0,001 рад, диапазон частот - 0-80 Гц, диапазон температур расплава - 150-170°C, рабочий зазор между рифлеными плоскостями измерительной системы задают равным 1 мм при толщине образцов (дисков), вырубленных из пластин 1,1-1,2 мм. Обработку результатов проводят на основе принципа температурно-временной суперпозиции Больцмана, реализованном в программе RheoWin TTS, с температурой приведения 160°C, отвечающей условиям компаундирования компонентов в смесителе и формования в прессе пластин для физико-механических и реологических испытаний.

В табл. 1 приведены составы и значения физико-механических и реологических свойств полимерных композиций, из которой следует, что оптимальная дозировка, при которой прекращается рост значений предела прочности при растяжении и снижается модуль упругости при растяжении, шунгитового порошка составляет 3-5%, малеида Ф - 2-4%, гексола ХПИ - 0,5-1% (составы 1, 2, 7, 8, 10 и 12). Увеличение содержания малеида Ф свыше 2% практически не влияет на прочность при растяжении, но увеличивает себестоимость композиции. При данной концентрации компонентов полимерной композиции предел прочности при растяжении находится в пределах 23,9-29,3 МПа, водопоглощение в сутки - 1,20-3,37%, модуль упругости при растяжении - 1687-1821 МПа, кроме того, снижается динамическая вязкость.

По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет улучшить эксплуатационные показатели, а именно увеличить прочность и модуль упругости при растяжении и, кроме того, снизить водопоглощение и динамическую вязкость полимерной композиции.