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.

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 (RU 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).

Известна полимерная композиция, содержащая полиэтилен низкого давления, наполнитель в виде опилок хвойных пород фракции 0,1-8,0 мм и целевую добавку в виде органического красителя (RU 2005752, МПК C08L 97/02, опубл. 15.01.1994).

Известная композиция имеет низкие показатели прочности при статическом изгибе (11,6 МПа) и водостойкости (водопоглощение за 24 ч - 5,7%), 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.

Также известна древесно-полимерная композиция, включающая полиэтилен низкого давления, древесные частицы с размером 0,16-5,0 мм и минеральную добавку в виде диоксида кремния с удельной поверхностью 180 м²/г (RU 2049662, МПК B27N 3/00, опубл. 10.12.1995).

Недостатком композиции является низкая технологичность, так как изделия из древесно-полимерной композиции могут быть изготовлены только методом компрессионного формования, невысокие показатели прочности при изгибе (23,6 МПа), низкую водостойкость (разбухание 8%), а также повышенная горючесть за счет высокого содержания органического наполнителя.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является древесно-наполненная композиция, содержащая полиэтилен низкого давления, кленовую древесную муку с размером частиц 40-mesh (~315-420 мкм), хлорсодержащее вещество в виде хлорпарафина с содержанием хлора 30-75%, лубрикант и технологическую добавку в виде талька (US 20040204519, МПК C07L 1/00, опубл. 14.10.2004).

Недостатками данной композиции являются низкие значения прочности при растяжении и модуля упругости при изгибе, а также недостаточная технологичность, обусловленная низкой дисперсностью органического наполнителя, что ограничивает выбор параметров переработки композиции в изделия.

Размер частиц органического наполнителя оказывает существенное влияние на реологические свойства композиции (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).

Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных и технологических характеристик, а именно в увеличении прочности и модулей упругости при растяжении и изгибе изделий из полимерной композиции, а также снижении динамической вязкости полимерной композиции.

Сущность изобретения заключается в том, что полимерная композиция включает полиэтилен низкого давления, органический наполнитель, хлорпарафин, технологическую добавку, в качестве органического наполнителя содержит солому злаковых культур с размером частиц 100-300 мкм. В качестве технологической добавки содержит диоксид кремния с удельной поверхностью не менее 100 м²/г и дополнительно содержит неорганический пигмент при следующем соотношении компонентов, масс. %:

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

Органический наполнитель: солома злаковых культур с размером фракций 100-300 мкм, влажностью менее 8%, насыпной плотностью 12-15 кг/м³.

Хлорпарафин марки ХП-1100 по ТУ 2493-211-05763458-97 с массовой долей хлора не менее 70%, являющийся антипиреном и активной технологической добавкой, улучшающей взаимодействие между полиэтиленом и органическим наполнителем и технологичность композиции при переработке.

Технологическая добавка: диоксид кремния с удельной поверхностью не менее 100 м²/г (белая сажа марки БС-100 по ГОСТ 18307-78).

Неорганический пигмент по ГОСТ 19487-74 требуемого цвета.

Приготовление полимерной композиции осуществляют следующим образом. Получают гранулят смеси полиэтилена низкого давления и соломы злаковых культур с размером частиц 100-300 мкм путем компаундирования компонентов на двухшнековом экструдере сонаправленного вращения Rheomex PTW 16 PolyLab. Далее полученный гранулят компаундируют с предварительно смешанными в лопастном смесителе хлорпарафином с содержанием хлора не менее 70-72%, диоксидом кремния и неорганическим пигментом на экструдере Rheomex PTW 16 PolyLab при вышеуказанном режиме. Затем из полученного гранулята изготавливают пластины для физико-механических и реологических испытаний методом компрессионного формования в пресс-форме с размером формующей полости 200×200×1 мм (на растяжение) и 130×50×6 мм (на изгиб) при температуре 160°С и усилии пресса 150 кН с последующим охлаждением пластин в сомкнутой пресс-форме до температуры 50°С согласно ГОСТ 12019-66. Изделия инженерно-технического назначения из полимерной композиции за счет высокой дисперсности частиц органического наполнителя можно изготавливать также методами экструзии или литья под давлением.

Предел прочности при растяжении и относительное удлинение определяют по ГОСТ 11262-80, предел прочности при изгибе - по ГОСТ 4648-71, модуль упругости при растяжении и изгибе - 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 рифленых 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°С, 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°С, отвечающей условиям компаундирования компонентов в двухшнековом экструдере и формования в прессе пластин для физико-механических и реологических испытаний.

В табл. 1 приведены составы и значения физико-механических и реологических характеристик полимерных композиций, из которых следует, что оптимальными составами, при которых увеличиваются прочность и модули упругости при растяжении и изгибе, снижаются динамическая вязкость и влагопоглощение полимерной композиции, являются 3, 4, 6, 7 и 9.

По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет улучшить эксплуатационные и технологические характеристики, а именно увеличить прочность и модули упругости при растяжении и изгибе изделий из полимерной композиции, а также снизить динамическую вязкость полимерной композиции.