Композиционный полимерный материал для палубных и напольных покрытий

Композиционный полимерный материал для палубных и напольных покрытий

Реферат

Изобретение относится к наполненным композиционным полимерным материалам, предназначенным для получения озоностойких акустических покрытий с антистатическими, огнестойкими и вибропоглощающими свойствами, и может быть использовано в производстве элементов судового палубного и напольного покрытия для судостроительной промышленности, строительства и других областей техники.

Композиционные полимерные материалы широко используются для ослабления звуковой вибрации судовых корпусных конструкций и механизмов. Применение полимерных материалов для защиты судового оборудования от вибрации основано на том, что они из-за своей высокой эластичности обладают максимальными механическими потерями.

Известны различные технические решения по созданию композиционных полимерных материалов (далее - КПМ), предназначенных для традиционных напольных покрытий и соответствующих самым высоким требованиям по качественным характеристикам и функциональности.

КПМ (патенты РФ №2281962, №02156266, №02051933, №02148497, №99124375), традиционно используемые для напольных покрытий - линолеумы. В качестве полимерной основы указанных материалов применяется поливинилхлорид, являющийся полимером с линейным строением и жесткой структурой пространственной сетки, которая определяет низкое акустическое сопротивление и низкую динамическую упругость композиционного материала. На основании вышеуказанного, линолеумы не обеспечивают требуемую защиту от вибрации современных конструкций и механизмов. Кроме того, введение в линолеумы в качестве стабилизаторов, пластификаторов и других технологических добавок (эпоксифталатов, крезилдифенилфосфатов, хлорпарафинов, сульфатов свинца и др.) не позволяет осуществлять процесс производства по экологически чистой технологии. Наиболее эффективными полимерными материалами для виброзащиты являются резиновые смеси на основе высокомолекулярных полимеров - каучуков. Наиболее близкой к заявляемой композиции по составу, способу изготовления и уровню технических параметров является «Резиновая смесь для изготовления акустического слоя покрытия» (патент РФ №2258718) - прототип, содержащая цис-изопреновый каучук СКИ-3, вулканизующую систему из тиурама, альтакса, каптакса и дополнительно - противостаритель нафтам-2, оксид цинка, стеариновую кислоту и технический углерод марки Т900.

Представленный в виде резиновой смеси КПМ обеспечивает вулканизатам и изделиям, изготовленным из него, высокие прочностные характеристики и эксплуатационные свойства. Однако для данного полимерного материала характерен низкий уровень динамических характеристик, являющихся критериями оценки звуко- и вибропоглощения.

Динамические характеристики включают: модуль сдвига (изгиба), коэффициент механических потерь, модуль потерь.

Полимерный материал прототипа уступает предлагаемому материалу по ряду технических, эксплуатационных свойств и не обеспечивает защиту от вибрации.

Задачей предлагаемого изобретения является создание высокопрочного КПМ, перерабатываемого по формовой технологии, для получения бензо-, масло- и озоностойких напольных покрытий с антистатическими, огнестойкими и вибропоглощающими свойствами.

Это достигается тем, что известный КПМ, предназначенный для получения палубных и напольных покрытий, представляет собой резиновую смесь, перерабатываемую по формовой технологии, включающую полимерную матрицу, вулканизующую систему, состоящую из тиурама, альтакса, оксида цинка и стеариновой кислоты, и наполнитель. В качестве полимерной матрицы использован выпускаемый отечественной промышленностью бензо-, масло- и озоностойкий полимер, который модифицирован поливинилхлоридом и содержит 26÷34% мас. нитрила акриловой кислоты, при этом в него дополнительно введены сера, сульфенамид и полимеризованный 2,2,4-триметил 1,2-дигидрохинолин, а наполнитель состоит из диоксида кремния марки БС-100, диоксида титана пигментного, природного гидрофобного мела при их массовом соотношении 35÷115:4÷20:5÷50 мас. частей соответственно и технологических добавок в виде пластификатора олигоэфиракрилата ТГМ-3 и антипиренов, включающих триоксид сурьмы и борат цинка в соотношении 3÷20:5÷25, N-циклогексилтиофталимида.

Кроме того, в состав КПМ введены красители, органические или пигменты в количестве 3-50% мас. на долю полимера, а также непылящие красители в виде гранул, паст и пластин.

Предлагаемый КПМ представляет собой многокомпонентную систему, состоящую из полимерной матрицы и целевых добавок. Введение в его состав вышеперечисленных компонентов в определенных дозировках позволяет создать в материале прочную структуру с высокой плотностью энергии когезии и получить высокие значения физико-механических показателей (прочность при растяжении и разрыве, твердость) и динамических характеристик (модуль сдвига, изгиба, упругости и коэффициент механических потерь), которые и обеспечивают решение поставленной задачи. Высокий уровень антистатических свойств, огнестойкость и озоностойкость достигаются правильным выбором и оптимальным соотношением наполнителей, антипиренов и антиоксидантов, а использование малосерной вулканизующей системы, включающей тиурам в количестве 1,0÷1,5% мас. на долю каучука, гарантирует КПМ грибостойкость. При этом материал обладает повышенной устойчивостью к термоокислительной деструкции. Определяющим фактором достижения высокого уровня прочностных и динамических свойств готового изделия является создание прочной сетчатой структуры КПМ, в том числе, за счет использования в качестве мягчителя олигоэфиракрилата ТГМ-3, который представляет собой олигомерный эфир триэтиленгликоля метакриловой кислоты. В этом случае ТГМ-3 служит «реакционным» пластификатором, обеспечивающим переработку КПМ и способным в процессе формирования изделия превращаться в сетчатый полимер, химически и физически связанный с полимером (матрицей). Обеспечение высоких значений физико-механических и динамических характеристик реализуется экспериментальным подбором соотношений компонентов и технологией изготовления полимерного материала. Бензо-, масло- и озоностойкость композиционного материала обеспечиваются выбором полимерной основы. Правильность выбора подтверждается результатами ускоренного теплового и озонного старения КПМ, а также показателями равновесного весового набухания в бензине и масле АИ-20.

Антистатические свойства и огнестойкость КПМ получены оптимальным соотношением комбинированного наполнителя и антипиренов, не приводящим к ухудшению технологических параметров. Для устранения преждевременной вулканизации композиционного полимерного материала в его состав введен N-циклогексилтиофталимид, особенно эффективный в составах, содержащих сульфенамидные ускорители, и обладающий хорошей диспергируемостью в выбранном полимере. Для получения разнообразных цветовых решений в композиционный полимерный материал вводят органические красители или пигменты. Дозировки красителей устанавливаются экспериментально по требуемой глубине окраски в количестве 0,5÷50,0% мас. на долю полимера.

Новизна технических решений, изложенных в заявке данного изобретения, заключается в том, что в результате ее реализации достигается решение поставленной технической задачи, а именно - создание озоностойкого композиционного материала с антистатическими, огнестойкими и шумо-, вибропоглощающими свойствами, высоким уровнем прочностных характеристик, которые обеспечивают изделиям повышенные эксплуатационные свойства.

Техническая сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется экспериментальными данными. В таблице 1 приведены составы композиционного полимерного материала прототипа и варианты заявляемой композиции. В таблице 2 приведены физико-механические и эксплуатационные характеристики прототипа и предлагаемых композиционных полимерных материалов.

Таблица 1
Составы композиционного полимерного материала прототипа и варианты заявляемой композиции
Компоненты композиционного полимерного материала	Содержание в составе, мас.ч.
прототип	Примеры конкретного выполнения предлагаемого материала
1	2	3	4	5
Цис-изопреновый каучук СКИ-3	100	-	-	-	-	-
Бутадиеннитрильный каучук СКН-26 ПВХ-30		100	100	100	100	100
Тиурам	1,5÷2,0	1,0	1,125	1,25	1,375	1,5
Альтакс	1,5÷2,0	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2
Каптакс	1,2÷1,5	-	-	-	-	-
Нафтам-2	1,2÷1,5	-	-	-	-	-
Оксид цинка	10÷12	5,0	5,7	6,4	7,1	7,8
Стеариновая кислота	1,5÷2,0	1,0	1,25	1,5	1,75	2,0
Технический углерод Т900	12÷20	-	-	-	-	-
Сера	-	0,4	0,675	0,95	1,225	1,5
Сульфенамид	-	0,7	0,9	1,1	1,3	1,5
N-циклогексилтиофталимид	-	0,5	0,625	0,75	0,875	1,0
Полимеризованный 2,2,4-триметил 1,2-дигидрохинолин		0,5	0,75	1,0	1,25	1,5
Диоксид кремния БС-100	-	95	100	105	110	115
Диоксид титана	-	4,5	6,0	7,5	9,0	10,5
Мел гидрофобный		30	25	20	15	10
Олигоэфиракрилат ТГМ-3	-	10	11,25	12,5	13,75	15
Триоксид сурьмы	-	15	13,75	12,5	11,25	10
Борат цинка	-	25	20	15	10	5

Таблица 2
Физико-механические и эксплуатационные характеристики предлагаемых композиционных полимерных материалов в сравнении с прототипом
Показатели композиционных полимерных материалов после переработки по формовой технологии (145±5)ºС×(40±1) мин	Составы из таблицы 1 по примерам
Прототип	1	2	3	4	5
1	2	3	4	5	6	7
Температурный диапазон эксплуатации, ºС	-20+50 (кратковременно до 100)
Условная прочность при растяжении, МПа при температуре (20±5)ºС	18,3	15,6	16,0	14,9	13,0	12,9
Относительное удлинение при разрыве, %, при температуре (20±5)ºС	890	152	120	110	140	130
Твердость по Шору А, ед. Шор А	30	96-97	97-98	97-98	97	97-98
Сопротивление раздиру, кгс/см	40	71,5	72,1	67,7	58,4	59,4
Набухание (до равновесного) в среде, %
бензин «галоша», 1 сут	2,0	0,84
вода пресная, 30 сут	5,8	3,21
вода морская (10% NaCl), 30 сут.	7,0	3,25
масло АИ-20, 30 сут	11	0,69
вода дезинфицирующая (10% ПВА), 30 сут	-	3,89
Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом·м	1015	≤5×1010
Огнестойкость: индекс распространения пламени по поверхности	>20	≤20
показатель горючести	K>1	K≤1
ОзоностойкостьКонцентрация О3~0,1%, растяжение 20% (время до появления трещин), мин	25	240

1	2	3	4	5	6	7
условная прочность при растяжении, МПа	16	9,2	8,8	9,6	10,5	9,8
относительное удлинение, %	850	110	90	130	120	100
твердость по Шору А, ед. Шор А	30÷40	93	94÷95	94÷95	93÷96	93÷96
После старения в озонной камере, 300 ч
Динамические свойства
Динамический модуль сдвига, МПа	14÷17	1100÷1400	1100÷1500	300÷700	1100÷1550	1350÷1800
Динамический модуль изгиба, МПа	40	19000÷25000	22800÷23500	28000÷30000	17500÷23800	27000÷29000
Динамический модуль упругости, МПа	42	25200	27500	16800÷21000	24000	28000
Коэффициент механических потерь, tgδ в частотном диапазоне 7,8-1000 Гц при механическом смещении
1,0 мкм	0,08÷0,24	0,10÷0,30	0,12÷0,62	0,12÷0,25	0,10÷0,28	0,20÷0,22
0,1 мкм	0,35	0,50	1,0	0,45	0,42	1,0
модуль динамических потерь, МПа	3,5÷10	8000	7000	17400	7000	6500

Для сравнения аналогичные динамические испытания приведены для вариантов композиции и прототипа. В заявленных составах достигаются высокие прочностные показатели: сопротивление раздиру, твердость, антистатические и озоностойкие свойства, и стойкость к указанным средам (таблица 2). Вулканизаты композиционного полимерного материала являются трудногорючими и токсикологически безопасными, обладают высокими динамическими характеристиками, обеспечивающими по сравнению с прототипом не только шумопоглощающие, но и вибропоглощающие свойства за счет создания новой структуры композиционного полимерного материала заявленных составов и высоких значений модулей потерь. Композиционные полимерные материалы составов 1-5 обеспечивают решение поставленной задачи.

Введение в состав композиционного полимерного материала красителей (органических, пигментов), а также в виде гранул, паст и пластин в количестве 0,5÷50% мас. на долю полимера не приводит к существенному изменению свойств композиционного полимерного материала и позволяет повысить качественные характеристики изготавливаемых из него покрытий и их функциональность, а также получить многообразие всевозможных цветовых акцентов.

1. Композиционный полимерный материал для палубных и напольных покрытий, представляющий собой резиновую смесь, перерабатываемую по формовой технологии, включающую полимерную матрицу, вулканизующую систему, состоящую из тиурама, альтакса, оксида цинка и стеариновой кислоты, и наполнитель, отличающийся тем, что в качестве полимерной матрицы использован бензо-, масло- и озоностойкий полимер, который модифицирован поливинилхлоридом и содержит 26÷34 мас.% нитрила акриловой кислоты, при этом в него дополнительно введены сера, сульфенамид и полимеризованный 2,2,4-триметил 1,2-дигидрохинолин, а наполнитель состоит из диоксида кремния марки БС-100, диоксида титана пигментного, природного гидрофобного мела при их массовом соотношении 35÷115:4÷20:5÷50 мас. ч. соответственно и технологических добавок в виде пластификатора олигоэфиракрилата ТГМ-3 и антипиренов, включающих триоксид сурьмы и борат цинка в соотношении 3÷20:5÷25, N-циклогексилтиофталимида.

2. Композиционный полимерный материал по п.1, отличающийся тем, что в его состав введены красители, органические или пигменты в количестве 3÷50 мас.% от доли полимера, а также непылящие красители в виде гранул, паст и пластин.