Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРИЖИМНОЙ ПОДУШКИ

Изобретение относится к двум способам получения прижимной подушки, причем либо из устойчивой к высокой температуре эластомерной матрицы с наполнителем для повышения теплопроводности изготавливается нить, из нити изготавливается ткань с нитями основы и/или утка, и из ткани изготавливается прижимная подушка, либо устойчивая к высокой температуре эластомерная матрица с наполнителем наносится ракелем на ткань с нитями основы и/или утка и затем сшивается.

Такие прижимные подушки применяются в качестве ткани для выравнивания давления в гидравлических прессовых установках при нанесении на плиты из древесных материалов (такие как доски из клееной фанеры, древесно–стружечные плиты, древесноволокнистые плиты средней плотности (MDF) или древесноволокнистые плиты высокой плотности (HDF)) покрытий из пропитанных синтетической смолой бумажных полотен. Нанесение покрытия главным образом производится в одноэтажных прессах с высокими скоростями смыкания плит и короткими временами прессования (так называемых короткотактных проходных прессах) при температурах от 200 до 230°С и давлениях прессования от 40 до 60 кг/см². При нанесении покрытия выделяются пары воды и формальдегида. В качестве эластомерной матрицы применяются только устойчивые к высокой температуре материалы, такие как силиконовый, фторсиликоновый каучук и фторкаучук, а также их смеси и сополимеры.

Для получения такой прижимной подушки патентные EP 1 136 248 A1 и EP 1 300 235 A1 предлагают внедрять в эластомерную матрицу перед сшиванием металлический порошок, конкретно из меди, алюминия или алюминиевой бронзы, или также порошок углерода (в частности, графита) или ферросилиция, в качестве теплопроводного наполнителя. Ввиду того, что из–за высокой вязкости эластомерной матрицы известных прижимных подушек введение порошкообразных наполнителей в конечное изделие может быть выполнено лишь с трудом, в частности, путем пластикации, наполнители распределяются неравномерно. Кроме того, чрезвычайно возрастет твердость по Шору эластомерной матрицы, что ухудшает эластичность по отскоку и содействует охрупчиванию эластомерной матрицы при ее использовании.

В основу изобретения положена задача обеспечить однородное распределение наполнителя в прижимной подушке.

Исходя из известных способов, согласно изобретению предлагается, что наполнитель диспергируется в органически модифицированном силоксане, и вводится в эластомерную матрицу посредством органически модифицированного силоксана.

В первом соответствующем изобретению способе нить предпочтительно имеет стабилизирующую сердцевинную нить. Тем самым повышается прочность нити при растяжении. Кроме того, сердцевинная нить предпочтительно состоит из металла. Тем самым дополнительно улучшается теплопроводность прижимной подушки. Применение металлических сердцевинных нитей известно, например, из EP 1 136 248 A1.

В одном соответствующем изобретению способе эластомерная матрица предпочтительно состоит из силиконового каучука, фторсиликонового каучука, фторкаучука, или сополимера, состоящего из силиконового каучука и фторсиликонового каучука. Указанные материалы являются устойчивыми к высоким температурам. Их применение в качестве эластомерной матрицы известно, например, из EP 1 136 248 A1.

В одном соответствующем изобретению способе органически модифицированный силоксан предпочтительно имеет модифицированную гребенчатую или блочную структуру полидиметилсилоксана, причем дополнительные метильные группы предпочтительно замещены акрилатными, эпоксидными, фенильными, гидроксильными, аминными, карбоксильными или алкильными группами. Такие органически модифицированные силоксаны, помимо прочего, известны из работы авторов Lehmann K. и др., Heat transfer and flame retardant properties of silicone elastomers («Характеристики теплопередачи и огнестойкости силиконовых эластомеров»), International Polymer Science and Technology, 1/2017, компания Smithers Rapra, Акрон, Огайо, США, 2017.

Органически модифицированные силоксаны с гребенчатой или блочной структурой могут значительно лучше диспергироваться, в частности, с теплопроводными наполнителями, чем известные материалы эластомерной матрицы. Выбор органически модифицированного силоксана с гребенчатой или блочной структурой может быть различным в зависимости от области применения и цели использования, причем желательные свойства обеспечиваются составляющими органические заместители группами. Предпочтительным является выбор органически модифицированных полидиметилсилоксанов, которые имеют хорошие диспергирующие свойства, чтобы тем самым можно было однородно распределить теплопроводные пигменты.

В одном соответствующем изобретению способе вводимое количество предпочтительно составляет между 10 и 95 вес.% ткани, и, соответственно, содержание наполнителя между 10 и 95 вес.% вводимого количества. При таких уровнях содержания могут быть достигнуты целесообразные в зависимости от варианта применения результаты.

В одном соответствующем изобретению способе наполнитель предпочтительно имеет удельную теплопроводность по меньшей мере 1 Вт/мК. В устойчивой к высоким температурам эластомерной матрице с теплопроводностью ниже 0,2 Вт/мК с такими наполнителями могут быть достигнуты значимые результаты.

В одном соответствующем изобретению способе наполнитель предпочтительно состоит из оксида кремния, оксида алюминия, карбоната кальция, гексагонального нитрида бора, углеродных модификаций графита, сажи или углеродных волокон, порошка чистого металла, такого как медь, серебро или алюминий, или из наноразмерного материала, в частности, одно– или многостенных углеродных нанотрубок.

В случае минеральных наполнителей были выявлены различные значения теплопроводности, так, например, с такими минеральными наполнителями, как SiO₂, Al₂O₃, CaCO₃, значения от 4 до 30 Вт/мК. Гексагональный нитрид бора (hBN), так же как углеродные модификации графит, сажа или углеродные волокна, проявляет очень высокие значения теплопроводности. Распределение чистого порошкообразного металла, такого как медь, серебро, алюминий, в органически модифицированных полисилоксанах является очень различным, и высокая концентрация не является благоприятной, поскольку ухудшаются характеристики эластичности по отскоку эластомерных волокон. Кроме того, определенные металлы могут вступать в химические реакции, более конкретно, с пероксидами как сшивающими реагентами. Это приводит при последующей обработке в экструдере к экзотермическим реакциям и преждевременному сшиванию, и при этом могут повреждаться транспортные шнеки и фильеры.

Экспериментальные исследования с использованием одно– или многостенных углеродных нанотрубок выявили исключительно высокие значения теплопроводности этих наночастиц. Так, на отдельной многостенной углеродной нанотрубке при комнатной температуре была измерена теплопроводность свыше 3000 Вт/мК, и для изолированной одностенной углеродной нанотрубки рассчитано теоретическое значение 6600 Вт/мК. Из этого следует, что при добавлении небольшого количества углеродных нанотрубок в полимер может быть значительно повышена теплопроводность всего эластомерного композитного материала. Так, в эластомерной матрице с содержанием 50 вес.% органически модифицированного полидиметилсилоксана с диспергированным наполнителем, состоящим из 30 вес.% BN и 5 вес.% многостенных углеродных нанотрубок (MWKN), удалось достигнуть теплопроводности при комнатной температуре свыше 0,6 Вт/мК, и при содержании 7,5 вес.% MWKN даже значения более 0,8 Вт/мК, причем немодифицированная эластомерная матрица имеет теплопроводность 0,24 Вт/мК.

В одном соответствующем изобретению способе наполнитель предпочтительно подвергнут поверхностной обработке, в частности, силанами или соединениями на основе силанов. Тем самым оптимально используется теплопроводность эластомерных материалов.

На рынке имеются в продаже различные наполнители, которые были подвергнуты поверхностной обработке силанами или соединениями на основе силанов, чтобы обеспечить оптимальную совместимость на поверхности раздела полимерной матрицы и наполнителя. Силаны представляют собой бифункциональные соединения, которые состоят из стабильных органических функциональных групп и гидролизуемых концевых групп. Гидролизуемая группа соединяется с поверхностью наполнителя, тогда как органические функциональные группы гармонично сочетаются с полимером. Также оказалось, что покрытые наполнители могут быть легче внедрены в полиорганосилоксан, чем непокрытые.

В одном соответствующем изобретению способе нити прижимной подушки предпочтительно снабжены различными смесями эластомеров и наполнителями. Такая соответствующая изобретению прижимная подушка имеет зоны с различной теплопроводностью. Соответствующая изобретению прижимная подушка тем самым может быть индивидуально приспособлена к параметрам прессового оборудования, в частности, к неравномерному распределению температуры в прессовой установке и к потребностям технологического процесса.

Далее изобретение разъясняется посредством примеров осуществления.

Первая эластомерная смесь состоит из 45 вес.% силиконового эластомера HTV с винильными группами, не сшитого отверждающим агентом ди–(2,4–дихлорбензоил)пероксидом, и 55 вес.% органически модифицированного силоксана типа Tegosil HT 2100 с наполнителем Al₂O₃.

Вторая эластомерная смесь состоит из 50 вес.% силиконового эластомера HTV с 5 вес.% фторкаучукового эластомера, не сшитого отверждающим агентом ди–(2,4–дихлорбензоил)пероксидом, и 50 вес.% органически модифицированного полисилоксана с размещенными вдоль цепи органическими полимерами на акрилатной основе, в котором диспергированы 30 вес.% hBN и 5 вес.% MWKN.

После термической обработки при температуре около 200°C первая эластомерная смесь имеет теплопроводность 0,4 Вт/мК и твердость по Шору 55, и вторая эластомерная смесь имеет теплопроводность 0,75 Вт/мК и твердость 60. Обе эластомерных смеси, по сравнению с силиконовым эластомером HTV без модифицирования (0,24 Вт/мК, твердость по Шору 68), имеют явно повышенную теплопроводность, тогда как твердость по Шору проявляется при сниженном значении, что, конечно, является благоприятным для характеристик эластичности по отскоку прижимной подушки.

Из эластомерных матриц в каждом случае была изготовлена нить, затем из нити ткань с нитями основы и утка, и, наконец, прижимная подушка из ткани. Измерения на прижимной подушке показали, что теплопроводность удвоилась и, соответственно, утроилась.