CS266524B1

CS266524B1 - Composite material on base of polyolefins and heat expanded pearlites

Info

Publication number: CS266524B1
Application number: CS875821A
Authority: CS
Inventors: Tomas Ing Csc Sverak; Karel Prof Rndr Drsc Vesely; Milan Ing Kunz; Jaroslav Rndr Csc Petruj; Eduard Prom Chem Poloucek; Josef Rndr Csc Krivanek; Jan Simsa; Jiri Ing Csc Pac; Jaroslav Rndr Csc Kucera; Miroslav Rndr Kummer; Jan Ing Jalovecky
Original assignee: Sverak Tomas; Vesely Karel; Kunz Milan; Petruj Jaroslav; Poloucek Eduard; Krivanek Josef; Jan Simsa; Pac Jiri; Kucera Jaroslav; Kummer Miroslav; Jan Ing Jalovecky
Priority date: 1987-08-05
Filing date: 1987-08-05
Publication date: 1990-01-12
Also published as: CS582187A1

Abstract

Polyetylén, polypropylen a kopolymery olefinů tvoří s 10 až 70 % hmot-' nostními tepelně expandovaných perlitů, mletých a tříděných na frakci s velikostí částic do 100 jum a rozměrovým poměrem 50 až 200 kompozitní materiály s velmi dobrými mechanickými vlastnostmi. Kompozity mohou obsahovat další plniva a zpracovatelské přísady.Polyethylene, polypropylene and copolymers of olefins with 10 to 70% by weight of heat-expanded perlite, ground and sized to size fraction particles up to 100 µm and dimensional ratio 50 to 200 composite materials with very good mechanical properties. Composites may contain other fillers and processors additives.

Description

Vynález se týká kompozitních materiálů tvořených plasty a plnivem vyrobeným z tepelně expandovaných perlitů.The invention relates to composite materials consisting of plastics and a filler made of thermally expanded perlite.

Kompozitní materiály na bázi polymer - částicové plnivo se objevují na světovém trhu v široké škále polymerních matric, stupňů plnění i druhů plniv. Každý z těchto materiálů má svoje opodstatnění v souhrnu užitných a ekonomických vlastností. Samostatnou skupinou kompozitních materiálů jsou kompozity obsahující vyšší procento vrstevnatých plniv, které svým destičkovým tvarem vyztužují strukturu materiálu větší měrou, než je tomu u obvyklých částicových plniv. Tyto kompozity jsou potom využívány všude tam, kde je požadována vyšší tuhost konečných výrobků. Vrstevnatá plniva, která se v současné době využívají pro plnění plastů, jsou především slída a mastek. Další plniva, která též mají destičkový charakter, ale mají nižší hodnoty tvarového poměru (to je poměr mezi největším rozměrem destičky a její tlouštku), jako například kaolinová plniva nebo běžné druhy plniv na bázi hydroxidu horečnatého, mají malý vyztužující efekt, a patří proto spíše do skupiny běžných částicových plniv. Plniva na bázi muskovitových slíd jsou v současnosti považována za nejkvalitnější vrstevnatá plniva, která umožní získat kompozitům nejvyšší hodnoty vyztužení. Je pochopitelné, že kvalita tohoto plniva je úměrná jeho ceně, protože zdroje kvalitních slíd jsou omezené.Polymer-particulate filler-based composite materials appear on the world market in a wide range of polymer matrices, filling levels and types of fillers. Each of these materials has its justification in the sum of utility and economic properties. A separate group of composite materials are composites containing a higher percentage of layered fillers, which, by their plate shape, reinforce the structure of the material to a greater extent than is the case with conventional particulate fillers. These composites are then used wherever higher rigidity of the final products is required. Layered fillers that are currently used for filling plastics are mainly mica and talc. Other fillers, which also have a platelet character but have lower shape ratio values (i.e. the ratio between the largest plate size and its thickness), such as kaolin fillers or common types of magnesium hydroxide fillers, have little reinforcing effect and therefore belong more to the group of common particulate fillers. Fillers based on muscovite mica are currently considered to be the highest quality layered fillers, which will allow composites to obtain the highest values of reinforcement. It is understandable that the quality of this filler is proportional to its price, because the sources of quality mica are limited.

Nedávno byla vytvořena vrstevnatá plniva vyrobená z expandovaného perlitu.Recently, layered fillers made of expanded perlite have been developed.

Předmětem vynálezu jsou kompozitní materiály na bázi polyolefinů a tepelně expandovaných perlitů a případně dalších plniv a zpracovatelských přísad, obsahující 30 až 90 % hmotnostních polyolefinů a 10 až 70 % hmotnostních expandovaného perlitu s velikostí částic do 100 jum a rozměrovým poměrem 50 až 200.The invention relates to composite materials based on polyolefins and thermally expanded perlite and optionally other fillers and processing additives, comprising 30 to 90% by weight of polyolefins and 10 to 70% by weight of expanded perlite with a particle size of up to 100 .mu.m and a size ratio of 50 to 200.

Expandovaný perlit pro výrobu kompozitních materiálů dle vynálezu se získá podle čs. autorského osvědčení č. 260 722 z přírodní skloviny experlitu, pufované při teplotách 950 až 1 150 °C. Frakce se specifickou hmotností pod 200 kg m^ se mele a třídí na požadovaný maximální rozměr částic menší než 100 /im. Vzhledem k tomu, že tlouštka stěn je řádově desetiny mikrometru, získají se částice s rozměrovým poměrem 50 až 200, přičemž částice jsou ve tvaru prostorných nepravidelných hvězdic, tvořených obvykle 3 destičkami, svírajícími mezi sebou tupé úhly, které zajišíují maximální vyztužení plastu ve všech směrech, přičemž destičky jsou mírně zakřivené, což usnadňuje jejich homogenizaci v plastu.Expanded perlite for the production of composite materials according to the invention is obtained according to MS. Author's Certificate No. 260 722 made of natural enamel enamel, buffered at temperatures of 950 to 1 150 ° C. Fractions with a specific gravity below 200 kg / ml are ground and sorted to the required maximum particle size of less than 100 [mu] m. Since the wall thickness is of the order of tenths of a micrometer, particles with a size ratio of 50 to 200 are obtained, the particles being in the shape of spacious irregular stars, usually formed by 3 plates forming obtuse angles, which ensure maximum reinforcement of the plastic in all directions. , the plates being slightly curved, which facilitates their homogenization in plastic.

Povrch částic expandovaného perlitu může být pro zlepšení interakce s polyolefiny upraven 0,05 až 2,0 % hmotnostních silánových spojovacích prostředků. Důležitou podmínkou pro získání kvalitního kompozitního materiálu je, aby perlitové plnivo neobsahovalo více než 0,5 '% hmotnostních vody. Při skladování musí být plnivo chráněno před přístupem vzdušné vlhkosti nebo se musí těsně před zpracováním dosušovat.The surface of the expanded perlite particles can be treated with 0.05 to 2.0% by weight of silane coupling agents to improve the interaction with the polyolefins. An important condition for obtaining a quality composite material is that the perlite filler does not contain more than 0.5% by weight of water. During storage, the filler must be protected from the ingress of air humidity or it must be dried just before processing.

Pro přípravu kompozitních materiálů podle vynálezu se používají polyolefiny jako polyetylén, kopolymery etylénu s vyššími olefiny, polypropylen a kopolymery propylenu s etylénem a jinými olefiny, elastomerní kopolymery etylénu a propylenu a elastomerní terpolymery.Polyolefins such as polyethylene, copolymers of ethylene with higher olefins, polypropylene and copolymers of propylene with ethylene and other olefins, elastomeric copolymers of ethylene and propylene and elastomeric terpolymers are used for the preparation of the composite materials according to the invention.

Vedle základní matrice, tvořené polyoelfiny a expandovaným mletým perlitem, může kompozitní materiál podle vynálezu obsahovat další plniva například hydroxid hořečnatý, který snižuje hořlavost kompozitního materiálu, a další zpracovatelské přísady, jako jsou maziva, stabilizátory, pigmenty.In addition to the base matrix, which consists of polyolefins and expanded ground perlite, the composite material according to the invention may contain other fillers, for example magnesium hydroxide, which reduces the flammability of the composite material, and other processing additives such as lubricants, stabilizers, pigments.

Kompozitní materiály podle vynálezu se vyrábějí obvyklými technologickými postupy.The composite materials according to the invention are produced by customary technological processes.

Vynález vysvětlí následující příklady. % v příkladech jsou hmotnostní. Význam symbolů: mez kluzu vrubová houževnatos a_r, modul pružnosti E, £, tažnost, RHT rázová houževnatost v tahu. .The following examples illustrate the invention. % in the examples are by weight. Meaning of symbols: yield strength notched toughness and _r , modulus of elasticity E, £, ductility, RHT tensile impact strength. .

CS 266 524 Bl 3CS 266 524 Bl 3

Příklad 1Example 1

Expandovaný perlit suroviny Lehotka, předemletý na kladivovém mlýnu na frakci 0,1 až 3,0 mm, pufovaný ve vznosu při teplotě 1 050 °C po dobu 120 sekund, byl odtříděn na vírových 3 3 článcích na materiál o frakcích specifické hmotnosti 70 až 150 kg/m a nad 150 kg/m . v 3Expanded perlite of the Lehotka raw material, pre-milled on a hammer mill to a fraction of 0.1 to 3.0 mm, buffered in suspension at a temperature of 1,050 ° C for 120 seconds, was sorted on vortex 3 3 cells into material with fractions of specific weight 70 to 150 kg / m and over 150 kg / m. v 3

Materiál frakce 70 až 150 kg/m byl mlet na mlýnu Ultrafine a přetříděn na frakci o d^^ = 48 /um na vzdušném třídiči 50 ATP fy Alpine s rozměrovým poměrem 100. Takto vzniklé perlitové plnivo bylo sušeno v promíchávané vrstvě v mísiči Papenmeier KGU 200 při teplotě 120 °C při otáčkách 1 200 ot/min po dobu 1 h na výstupní vlhkost 0,15 %. Perlitové plnivo bylo použito na výrobu kompozitu s polypropylenovou matricí 55 212 CHZ CSSP Litvínov a obsahem plniva 30 % na hnětáku Brabender standardním postupem. Dosažení mechanické hodnoty kompozitů, ~2 jehož vzorky byly připraveny lisováním, byly následující: = 19,0 MPa; a_r = 4,5 kJm ;The material of the fraction 70 to 150 kg / m was ground on an Ultrafine mill and sorted into a fraction from ^^ = 48 / μm on an Alpine 50 ATP air classifier with a size ratio of 100. The perlite filler thus formed was dried in a stirred layer in a Papenmeier KGU 200 mixer. at 120 ° C at 1200 rpm for 1 h at an output humidity of 0.15%. Perlite filler was used to produce a composite with a polypropylene matrix of 55,212 CHZ CSSP Litvínov and a filler content of 30% on a Brabender kneader in a standard manner. The achievements of the mechanical value of the composites, 2 2 of which samples were prepared by compression, were as follows: = 19.0 MPa; and _r = 4.5 kJm;

E = 2,60 GPa.E = 2.60 GPa.

Příklad 2Example 2

Perlitové plnivo podle příkladu 1 bylo po sušení upraveno v mixeru Henschel 10 L při teplotě 140 °C 1 % sílánu Y 9 578 Union Carbide. Stejným způsobem jako v předchozím příkladu byl kompaudován se stejnou polymerní matricí kompozit o 30 % upraveného plniva. Dosažené -2 mechanické hodnoty byly = 23,6 MPa; a^ = 3,5 kJm ; E’2,69 GPa.After drying, the perlite filler according to Example 1 was treated in a 10 L Henschel mixer at 140 DEG C. with 1% silane Y 958 Union Carbide. In the same way as in the previous example, a composite of 30% treated filler was compounded with the same polymer matrix. Achieved -2 mechanical values were = 23.6 MPa; a ^ = 3.5 kJm; E’2.69 GPa.

Příklad 3Example 3

Perlitové plnivo podle příkladu 2 bylo zahněteno postupem podle příkladu 1 s polyetylénem Liten MB 52 v poměru 10 % plniva, 60 % polyetylénu a 30 % hydroxidu hořečnatého. Výsledný kompozit vykázal zvýšení modulu pružnosti oproti 40 % kompozitu s hydroxidem hořečnatým o téměř 12 %; při zachování všech dalších mechanických vlastností.The perlite filler according to Example 2 was kneaded according to the procedure of Example 1 with polyethylene Liten MB 52 in a ratio of 10% filler, 60% polyethylene and 30% magnesium hydroxide. The resulting composite showed an increase in modulus of elasticity compared to 40% of the magnesium hydroxide composite by almost 12%; while maintaining all other mechanical properties.

Příklad 4Example 4

Kompozitní materiál pro automobilové nárazníky byl připraven ve složení 40 % polypropylenu Mosten 58 412; 30 % EPDM kaučuku a 10 % perlitového plniva podle příkladu 2. 'The composite material for automotive bumpers was prepared in the composition of 40% polypropylene Mosten 58 412; 30% EPDM rubber and 10% perlite filler according to Example 2.

Mechanické vlastnosti kompozitu byly r-- 22,7 MPa; Z = 0,88; RTH = 110 kJm ; a_r = 10,0 kJm ; E = 1,8 GPaThe mechanical properties of the composite were r-- 22.7 MPa; Z = 0.88; RTH = 110 kJm; and _r = 10.0 kJm; E = 1.8 GPa

Claims

Composite materials based on polyolefins and thermally expanded perlite and optionally other fillers and processing aids, characterized in that they contain 30 to 90% by weight of polyolefins and 10 to 70% by weight of expanded perlite with a particle size of up to 100 .mu.m and a size ratio of 50 to 200.