Полимерная литьевая конструкционная композиция

Полимерная литьевая конструкционная композиция

Реферат

Изобретение относится к конструкционным композициям на основе наполненных стекловолокном полиолефинов и может быть использовано для изготовления конструкционных изделий: в автомобилестроении (например, бамперы, крыльчатки вентиляторов), строительстве железных дорог (например, дюбели для крепления шпал), в мебельной промышленности (например, крестовины офисных кресел).

В настоящее время не решена проблема создания конструкционных материалов на основе полипропилена, обладающих одновременно высокой ударной вязкостью с сохранением жесткости и твердости. Эти требования предъявляются к изделиям конструкционного назначения на основе полипропилена.

Известна композиция США 3256367 260-897, 1966, содержащая полипропилен, полиэтилен, этиленпропиленовый сополимер. Композиция обладает недостаточной ударной прочностью.

Известна композиция РФ 1317002, С08L 23/02, 1987 г., на основе полиолефина, аппретированного органосиланом стекловолокна или его смеси с силикатным наполнителем, бисмалеимида, органосилана и силоксанового каучука. Эта композиция имеет также недостаточную ударную вязкость.

Известна полимерная композиция СССР 749862, C08L 23/12, 1980, содержащая полипропилен, полиэтилен, силоксановый каучук, стабилизатор и наполнитель (асбест, тальк, стекловолокно и др.), которая обладает высокой ударной вязкостью как при высоких, так и при низких температурах, но недостаточными жесткостью и твердостью. При использовании силоксановых каучуков увеличивается ударная вязкость материала, но вместе с этим теряется необходимая для конструкционных материалов жесткость и твердость.

Прототипом заявляемого технического решения является заявка Японии №61-072039, С08L 23/12, 1989.

Заявлена полипропиленовая композиция, содержащая:

полипропилен	40-87 об.%	(36,8-80,0 мас.ч.)
эластомер	10-40 об.%	(8,6-34,8 мас.ч.)
полиэтилен	1-20 об.%	(0,9-19,3 мас.ч.)
волокнистый наполнитель	3-20 об.%	(7,5-59,0 мас.ч.)

Волокнистый наполнитель имеет волокна с характеристическим отношением 20-60 и диаметром волокон 0,1-2 мкм.

В качестве полипропилена используют традиционный полипропилен, например, гомополимер пропилена, сополимер пропилена и α-олефинов и др.

В качестве эластомеров используют стирольные и олефиновые эластомеры, наиболее предпочтительными являются бутадиенстирольный каучук и этиленпропиленовый каучук.

В качестве наполнителя используют оксисульфат магния, волокна титаната калия, стекловолокно, волокна силиката кальция, керамические волокна из оксида алюминия и диоксида кремния с обязательным условием соблюдения заявленных пределов диаметра волокон и характеристического отношения - длина волокна к диаметру.

Используемый полиэтилен должен иметь показатель текучести расплава от 0,1-20 г/10 мин и плотность 0,900-0,965 г/см³.

В состав композиции могут быть включены антиоксиданты, защитные вещества, антистатики смазки и другие добавки.

Основными недостатками данной композиции являются низкие теплостойкость, ударная вязкость и модуль упругости при изгибе.

Задача настоящего изобретения - создание на основе полипропилена композиции, обладающей комплексом свойств - высокие ударная вязкость при положительных и отрицательных температурах, модуль упругости при изгибе, а также твердость, позволяющие использовать его в высоконагруженных конструкционных деталях, подвергающихся динамическим нагрузкам, при сохранении хороших эстетических свойств.

Поставленная задача решается за счет разработки новой конструкционной композиции, содержащей, (мас.ч.): 50-80 полипропилена, 2-5 эластомера, 2-6 полиэтилена, 15-50 стекловолокна, аппретированного органосиланом, с диаметром волокна 8-13 мкм, характеристическим отношением 25-35 и дополнительно 0,5-5,0 порошкообразного неорганического наполнителя.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в разработке нового конструкционного материала на основе известных компонентов при их новом качественном и количественном соотношении, обеспечивающем неочевидный комплекс свойств: сочетание высокой ударной вязкости с высокими значениями жесткости и твердости.

В качестве полипропилена используют первичный или вторичный полипропилен или их смесь.

В качестве полиэтилена используют первичный или вторичный полиэтилен с показателем текучести расплава 2-10 г/10 мин и плотностью 0,92-0,96 г/см³ или их смесь.

В качестве эластомеров используют олефиновые эластомеры, в частности этиленпропиленовые каучуки.

В качестве порошкообразного неорганического наполнителя используют каолин, тальк.

В качестве стекловолокна используют аппретированное органосиланом стекловолокно с диаметром волокон 8-13 мкм и характеристическим отношением 25-35.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1.

Готовится сухая смесь из 65 мас.ч. полипропилена, 4 мас.ч. полиэтилена высокой плотности, 1 мас.ч. талька, 4 мас.ч. этиленпропиленового каучука. Смесь непрерывно подается в двухшнековый экструдер, где при температуре 220°С расплавляется. В расплав непрерывно подается стеклоровинг в количестве 26 мас.ч., состоящий из стеклянных волокон ⊘13 мкм, аппретированных 3-амино-пропилтриэтоксисиланом. Смесь гомогенизируется до получения стекловолокон с характеристическим отношением 25-35, в виде стренг поступает в охлаждающую водяную ванну и гранулируется.

Примеры 2-7.

По технологии аналогичны описанной в примере 1. Составы композиций приведены в таблице 1.

В примерах использованы материалы:

1. Полиэтилен в.п.	ГОСТ 16338-85
2. Полиэтилен н.п.	ГОСТ 16337-77
3. Полипропилен	ГОСТ 26996-86
4. Синтетический каучук СКЭП, СКЭПТОЛ	ТУ 2243-002-48696943-99
5. Стклоровинг	ТУ 5952-05763895-45-95
6. Тальк	ГОСТ 19729-74.

Таблица 1.
СОСТАВ КОМПОЗИЦИИ ПО ПРИМЕРАМ, мас.ч.
№ примера	Полипропилен	Полиэтилен	Эластомер	Стекловолокно, аппретированное органосиланом	Порошкообразный наполнитель
высокой плотности	низкой плотности	СКЭП	СКЭПТОЛ	количество	диаметр/характеристическое отношение	тальк	каолин
1.	65	4			4	26	13/25-35	1
2.	50	6		5		35	10/25-35	5
3.	80		2	2		20*	8/25-35	0,5
4.	60 (вторичный)		5	3		30	13/25-35	2
5.	70	4			2	15	10/25-35		1,5
	(вторичный)	(вторичный)
6.	30 (первичный)		6		5	50	8/25-35		0,5
	30 (вторичный)
7.	55 (первичный)		6	4		45	13/25-35	1,5
			(вторичный)
8.	55	15	30		15	13/230	-	-
(по прототипу) об.%
- стекловолокно аппретировано эпоксипропилтриэтоксисиланом.
Текучесть расплава полиэтилена 2 г/10 мин (примеры 1, 7), 6 г/10мин (примеры 2, 6), 10 г/10 мин (примеры 3, 4, 5).

Таблица 2.
СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ ПО ПРИМЕРАМ ТАБЛИЦЫ 1
№ примера	Ударная вязкость по Изоду, с надрезом при 20°С кДж/м	Ударная вязкость по Изоду, с надрезом при 30°С кДж/м	Модуль упругости при изгибе кг/см2	Твердость по вдавливаемому шарику	Теплостойкость при изгибе σ=1,81 МПа, °С	Ровность поверхности	Вид швов (стыков при литье)	Подтеки
1.	6	5,5	45000	110	140	хор	хор	нет
2.	6	5,5	43000	115	143	хор	хор	нет
3.	4,5	4	40000	110	140	хор	хор	нет
4.	5,2	5	44000	112	145	хор	хор	нет
5.	4,5	4	45000	120	150	хор	хор	нет
6.	8,5	8,2	20000	85	135	хор	хор	нет
7.	7	6	44000	120	150	хор	хор	нет
8.	3,1	-	16800	-	-	неудовл.	хор	нет
по прототипу

Материалы на основе предлагаемых композиций испытывались по следующим методикам:

1. Модуль упругости при изгибе	ГОСТ 9550-81
2. Удельная вязкость по Изоду с надрезом	ГОСТ 19109
3. Теплостойкость при изгибе	ГОСТ 12021
4. Твердость по Роквеллу (Rk)	ГОСТ 4670-91

При использовании полиэтилена и эластомера меньше заявленных количеств не обеспечивается высокая ударная вязкость, в том числе при минусовых температурах, а при выходе за верхний предел не обеспечивается необходимая жесткость.

При введении наполнителя в меньших количествах, чем заявлено, наблюдается снижение жесткости и ударной вязкости, а при введении выше заявленных теряется эластичность, ухудшается перерабатываемость и внешний вид.

Как следует из описания прототипа, изделия из тальконаполненных композиций имеют не глянцевую поверхность, а изделия с использованием стекловолокнистых наполнителей отличаются низкой ударной прочностью и непривлекательным внешним видом (см. табл.2).

В предлагаемом решении использование аппретированного органосиланом стекловолокна диаметром 8-13 мкм с характеристическим отношением 25-35, дополнительным использованием небольшого количества порошкообразного неорганического наполнителя, меньшим количеством используемого каучука и полиэтилена позволило получить материал с комплексом свойств - высокой ударной вязкостью при сохранении жесткости и твердости.

Материал также имеет высокую ударную вязкость при отрицательных температурах. Изделия, полученные из этой композиции, имеют хорошие эстетические свойства: поверхность ровная, швы хорошие, подтеки отсутствуют.

В композицию могут быть введены традиционные целевые добавки: концентраты красителей, смазки, термостабилизаторы и антипирены в общепринятых количествах.

1. Полимерная литьевая конструкционная композиция, содержащая полипропилен, эластомер, полиэтилен и волокнистый наполнитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит порошкообразный неорганический наполнитель, а в качестве волокнистого наполнителя используют стекловолокно, аппретированное органосиланом с диаметром волокон 8-13 мкм и характеристическим отношением 25-35 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

полипропилен	50-80
эластомер	2-5
полиэтилен	2-6
стекловолокно, аппретированное органосиланом	15-50
порошкообразный неорганический наполнитель	0,5-5

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве полипропилена используют первичный полипропилен, вторичный полипропилен или их смесь.

3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве полиэтилена используют первичный полиэтилен, вторичный полипропилен с показателем текучести расплава 2-10 г/_{10 мин} или их смесь.

4. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве эластомера используют олефиновые эластомеры, в частности, этиленпропиленовые каучуки.

5. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве порошкообразного неорганического наполнителя используют каолин, тальк.