EA007560B1 - Polyamide nanomaterial - Google Patents

Polyamide nanomaterial Download PDF

Info

Publication number
EA007560B1
EA007560B1 EA200401286A EA200401286A EA007560B1 EA 007560 B1 EA007560 B1 EA 007560B1 EA 200401286 A EA200401286 A EA 200401286A EA 200401286 A EA200401286 A EA 200401286A EA 007560 B1 EA007560 B1 EA 007560B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
polyamide
nanomaterial
properties
tribotechnical
aliphatic
Prior art date
Application number
EA200401286A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA200401286A1 (en
Inventor
Степан Степанович Песецкий
Сергей Павлович Богданович
Андрей Николаевич Падучин
Иосиф Меерович Крымский
Наталья Александровна Малкова
Original Assignee
Государственное Научное Учреждение "Институт Механики Металлополимерных Систем Им. В.А. Белого Нан Беларуси"
Закрытое Акционерное Общество «Производственное Объединение "Трек"»
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное Научное Учреждение "Институт Механики Металлополимерных Систем Им. В.А. Белого Нан Беларуси", Закрытое Акционерное Общество «Производственное Объединение "Трек"» filed Critical Государственное Научное Учреждение "Институт Механики Металлополимерных Систем Им. В.А. Белого Нан Беларуси"
Priority to EA200401286A priority Critical patent/EA007560B1/en
Publication of EA200401286A1 publication Critical patent/EA200401286A1/en
Publication of EA007560B1 publication Critical patent/EA007560B1/en

Links

Abstract

The invention relates to polymer materials science and can be used when developing composite materials of tribotechnical and structural use based on aliphatic polyamides.It is known the use of nanodispersed clayey materials for filling thermoplastic polymers, including aliphatic polyamides. But the level of tribotechnical and mechanical properties of aliphatic polyamides, filled with clayey minerals, is not high.The object of the present invention is to improve performance indices of tribotechnical properties of polyamide nanomaterials.According to the invention the problem is solved by using in the polyamide nanomaterial, which comprises aliphatic polyamide and modified addition, a mixture of initial and functionilized polyolefins with mass ratio from 1:13 to 15:1 and nanodispersed clayey mineral processed by products of refined oil purification. An additional improvement of operating properties of polyamide nanomaterial is achieved by introducing into it a fiberfill and (or) a mineral filler, as well as a stabilizer of thermal-acid destruction of polyamide and polyolefin.The proposed invention provides to improve indices of tribotechnical properties of nanomaterials based on aliphatic polyamide and is effective in using aliphatic polyamides, a mixture of olefin polymers and clayey minerals of different origin.

Description

Изобретение относится к полимерному материаловедению и может быть использовано при создании композиционных материалов триботехнического и конструкционного назначений на базе алифатических полиамидов (ПА).The invention relates to polymer materials science and can be used to create composite materials for tribological and structural purposes based on aliphatic polyamides (PA).

Широко известно использование дисперсных глинистых материалов для наполнения термопластичных полимеров, в том числе алифатических полиамидов (Наполнители для полимерных композиционных материалов (Справочное пособие) Пер. с англ. Под. ред. Г.С. Каца, Д.В. Милевски. М. Химия. 1981, с. 130-132, 152-159). Однако уровень показателей триботехнических свойств алифатических полиамидов, наполненных глинистыми минералами, недостаточно высок.It is widely known the use of dispersed clay materials for filling thermoplastic polymers, including aliphatic polyamides (Fillers for polymer composite materials (Reference manual) Translated from English, edited by G.S. Katz, D.V. Milevsky. M. Chemistry 1981, pp. 130-132, 152-159). However, the level of indicators of the tribological properties of aliphatic polyamides filled with clay minerals is not high enough.

Применение в качестве наполнителей традиционных антифрикционных (графит, дисульфид молибдена, жидкие и консистентные смазки и проч.) и упрочняющих добавок (базальтовое или стеклянное волокно, слюда, стеклошарики и т.д.) не позволяет добиться сочетания высокого уровня триботехнических и физико-механических свойств (Мышкин Н.К., Петроковец М.М. Трибология. Принципы и приложения. Гомель, 2002. с. 188-196).The use of traditional antifriction (graphite, molybdenum disulfide, liquid and grease, etc.) and hardening additives (basalt or glass fiber, mica, glass beads, etc.) as fillers does not allow to achieve a combination of a high level of tribotechnical and physico-mechanical properties (Myshkin N.K., Petrokovets M.M. Tribology. Principles and applications. Gomel, 2002. S. 188-196).

Известно, что триботехнические свойства ПА могут быть улучшены при введении в состав композиционного материала других полимеров, в частности полиэтилена (Адериха В.Н., Довгяло В.А., Плескачевский Ю.М., Коноплева И.И. Влияние радиационно-химической модификации полиэтилена на структуру и триботехнические свойства полимерполимерных смесей полиамид-полиэтилен. Трение и износ. 2000, Т.2, №2. С. 167-173). Однако уровень показателей механических свойств материалов при этом снижается по сравнению с исходным ПА, что негативно сказывается на нагрузочной способности деталей.It is known that the tribotechnical properties of PA can be improved by introducing other polymers, in particular polyethylene (Aderiha V.N., Dovgyalo V.A., Pleskachevsky Yu.M., Konopleva II. Effect of radiation-chemical modification polyethylene on the structure and tribological properties of polymer-polymer mixtures of polyamide-polyethylene. Friction and wear. 2000, T.2, No. 2. S. 167-173). However, the level of indicators of the mechanical properties of materials decreases in comparison with the initial PA, which negatively affects the load capacity of the parts.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предполагаемого изобретения является наноматериал, представляющий собой композицию алифатического полиамида и слоистого глинистого минерала, поверхность частиц которого обработана октадециламином (Ыи 1., Οί Ζ., Ζΐιιι X. §1иб1е8 οη пу1оп 6/с1ау папосотрокйек Ьу те11-т1егса1аЬоп ргосекк. 1оитпа1 о£ Аррйеб Ро1утег 8с1епсе. 1999. V. 71. Р. 1133-1138, прототип). Использование нанодисперсного глинистого наполнителя в качестве упрочняющей добавки приводит к созданию полиамидных композиций с улучшенными механическими характеристиками. Однако полученный таким образом материал обладает сравнительно невысоким уровнем показателей триботехнических свойств.The closest analogue (prototype) of the alleged invention is a nanomaterial, which is a composition of an aliphatic polyamide and a layered clay mineral, the surface of the particles of which is treated with octadecylamine (Li 1., Οί Ζ., Ιιιι ι. rgosekk. 1oitpa1 o £ Arrieb Ro1uteg 8s1epse. 1999. V. 71. P. 1133-1138, prototype). The use of nanodispersed clay filler as a reinforcing additive leads to the creation of polyamide compositions with improved mechanical characteristics. However, the material thus obtained has a relatively low level of indicators of tribological properties.

К тому же, известный ПА материал, содержащий глинистый нанонаполнитель имеет высокую стоимость в связи с высокой стоимостью аммонийных поверхностно-активных веществ и сложностью технологии обработки ими поверхности частиц глинистых минералов. Данный факт негативно сказывается на конкурентоспособности полиамидных нанокомпозитов, по экономическим соображениям.In addition, the well-known PA material containing a clay nanofiller has a high cost due to the high cost of ammonium surfactants and the complexity of the technology for treating the surface of clay mineral particles. This fact negatively affects the competitiveness of polyamide nanocomposites, for economic reasons.

Задачей предполагаемого изобретения является улучшение показателей триботехнических свойств полиамидного наноматериала. Поставленная задача решается тем, что в полиамидном наноматериале, включающем алифатический полиамид и модифицирующую добавку, согласно изобретению в качестве модифицирующей добавки используют смесь исходного и функционализированного, содержащего в составе макромолекул полярные функциональные группы, полиолефинов при их массовом соотношении от 1:13 до 15:1, и дополнительно нанодисперсный глинистый минерал, обработанный продуктами рафинированной очистки растительного масла при следующем соотношении компонентов (мас.%):The objective of the proposed invention is to improve the performance of the tribological properties of polyamide nanomaterial. The problem is solved in that in a polyamide nanomaterial including an aliphatic polyamide and a modifying additive, according to the invention, as a modifying additive, a mixture of the initial and functionalized, containing polar functional groups of polyolefins containing macromolecules in a mass ratio of from 1:13 to 15: 1 is used , and additionally nanodispersed clay mineral treated with refined products of vegetable oil in the following ratio of components (wt.%):

Смесь полиолефинов 1-30A mixture of polyolefins 1-30

Нанодисперсный глинистый минерал 0,5-10Nanodispersed clay mineral 0.5-10

Алифатический полиамид Остальное до 100Aliphatic polyamide Else up to 100

Дополнительное улучшение комплекса показателей свойств полиамидного наноматериала достигается тем, что он дополнительно содержит волокнистый заполнитель в количестве 2-20 мас.%, а также порошкообразный минеральный наполнитель в количестве 1,5-15 мас.% и стабилизатор термоокислительной деструкции алифатического полиамида и полиолефина в количестве 0,2-0,5 мас.%.An additional improvement in the set of indicators of the properties of the polyamide nanomaterial is achieved by the fact that it additionally contains fibrous aggregate in an amount of 2-20 wt.%, As well as powdered mineral filler in an amount of 1.5-15 wt.% And a thermal oxidative degradation stabilizer of aliphatic polyamide and polyolefin in an amount 0.2-0.5 wt.%.

Эффективность предполагаемого изобретения подтверждается серией сравнительных экспериментов, приведенных в таблице. При их реализации используют следующие материалы. Алифатические ПА: полиамид 6 (ПА6), марка 210/310 производства ОАО «ГродноХимволокно» (ТУ РБ 00206262.151-97), полиамид 66 (ПА66) производства Черниговского ОАО «Химволокно» (ОСТ 6-06-С23-84). Смеси полиолефинов: смеси полиэтилена высокой плотности (ГОСТ 16338-85, марка 277) и функционализированного ПЭВП, содержащего в составе макромолекул полярные группы (ТУ РБ 03535279.027-97, марка ПФ-2). Смеси ПЭВП/ПФ-2 в соотношениях указанных в таблице, получают соэкструзией компонентов при температуре 200°С (аналогично получали и другие смесевые системы на основе полиолефинов). Для получения смеси ПЭНП/ПФ-1 используют полиэтилен низкой плотности марки 15803-020 (ГОСТ 1633677) и ПФ-1 (ТУ РБ 03535270-015-97); ПП/ППФ-1 - полипропилен марки 21030-16 (ГОСТ 26996-86) и Ш1Ф-1 (ТУ РБ 4000846.072-2003) (табл.). Глинистые минералы - порошок бентонита (Сгабе Б-160) производства фирмы Епде1датб (США), порошок монтмориллонита, выпускаемый фирмой Б1ика (Швейцария) с обменной катионной емкостью 100 ммоль/100 г. Октадециламин (ОДА, квалификация «ч») производства фирмы Мегск-8сЬисЬагб! (ФРГ). Нерафинированные рапсовое и подсолнечное масла.The effectiveness of the proposed invention is confirmed by a series of comparative experiments shown in the table. In their implementation, the following materials are used. Aliphatic PAs: polyamide 6 (PA6), grade 210/310 manufactured by JSC GrodnoKhimvolokno (TU RB 00206262.151-97), polyamide 66 (PA66) manufactured by the Chernigov JSC Khimvolokno (OST 6-06-C23-84). Mixtures of polyolefins: mixtures of high density polyethylene (GOST 16338-85, grade 277) and functionalized HDPE containing polar groups in the composition of macromolecules (TU RB 03535279.027-97, grade PF-2). The HDPE / PF-2 mixtures in the ratios indicated in the table are obtained by coextrusion of the components at a temperature of 200 ° C (other polyolefin-based mixed systems were similarly prepared). To obtain the LDPE / PF-1 mixture, low-density polyethylene of the grade 15803-020 (GOST 1633677) and PF-1 (TU RB 03535270-015-97) are used; PP / PPF-1 - polypropylene grades 21030-16 (GOST 26996-86) and Sh1F-1 (TU RB 4000846.072-2003) (table). Clay minerals - bentonite powder (Sgabe B-160) manufactured by Epde1datb (USA), montmorillonite powder manufactured by B1ika (Switzerland) with an exchange cationic capacity of 100 mmol / 100 g. Octadecylamine (ODA, qualification “h”) manufactured by Megsk- 8cisbag! (Germany). Unrefined rapeseed and sunflower oil.

В качестве волокнистых наполнителей используют рубленое стекловолокно (марка ЕС 13-4,5-52С,As fiber fillers, chopped glass fiber is used (EC grade 13-4.5-52C,

- 1 007560- 1 007560

ТУ РБ 057 80349033-2002 производства ОАО «Стекловолокно», г. Полоцк, Беларусь) и низкомодульное углеволокно УИМ (ТУ РБ 400031289.127-2000, производство ОАО «Светлогорскхимволокно», Беларусь).TU RB 057 80349033-2002 produced by OJSC Fiberglass, Polotsk, Belarus) and low-modulus carbon fiber UIM (TU RB 400031289.127-2000, manufactured by OJSC Svetlogorskkhimvolokno, Belarus).

Минеральными наполнителями служат слюда, марка СМФ-100, ГОСТ 855-74 и тальк марка СМТ№3У, ТУ 5727-001-40437333-00, производства ЗАО «Амазолит», Россия).Mineral fillers are mica, grade SMF-100, GOST 855-74 and talc grade SMT№3U, TU 5727-001-40437333-00, manufactured by Amazolit CJSC, Russia).

В качестве стабилизаторов термоокислительной деструкции используют продукты, производимые фирмой С1Ьа Се1§у, Швейцария - ирганокс-1010 (пентаэритолтетракис[3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионат]) и смесевой стабилизитор В-1171, представляющий собой смесь 1:1 (мас. ч.) высокомолекулярного, азотсодержащего стерически затрудненного фенольного антиоксиданта ирганокс 1098 (МИ-гексан-1,6-диил-бис[3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенилпропионамид]) и термостабилизатора иргафоса 168(три-(2,4-ди-трет-бутилфенол) фосфит).As stabilizers of thermo-oxidative degradation, products are used, which are manufactured by C1Ba Ce1§u, Switzerland — irganox-1010 (pentaerytholtetrakis [3- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate]) and a mixed stabilizer B-1171, which is a 1: 1 mixture (parts by weight) of a high molecular weight, nitrogen-containing sterically hindered phenolic antioxidant irganox 1098 (MI-hexane-1,6-diyl-bis [3- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenylpropionamide ]) and thermostabilizer irgafos 168 (tri- (2,4-di-tert-butylphenol) phosphite).

Методики подготовки (получения) нанодисперсных порошков глинистых минералов, полиамидных наноматералов, а также экспериментальных образцов и их свойства приведены при описании соответствующих примеров в таблице.The methods of preparation (preparation) of nanodispersed clay mineral powders, polyamide nanomaterials, as well as experimental samples and their properties are given in the description of the corresponding examples in the table.

Примеры полиамидных нанокомпозитов и их свойстваExamples of polyamide nanocomposites and their properties

Компоненты, показатели свойств композиций, единицы измерения Components, performance indicators of compositions, units of measure Состав полиамидного наноматериала, порядковый номер эксперимента, значения показателей свойств The composition of the polyamide nanomaterial, the serial number of the experiment, the values of the properties Прото- тип Proto- type of Предлагаемый наноматериал Suggested Nanomaterial Запредельные составы Outlawing compositions №1 No. 1 №2 Number 2 №3 No. 3 №4 Number 4 №5 Number 5 №6 Number 6 №7 Number 7 №8 Number 8 №9 Number 9 №10 Number 10 №11 Number 11 №12 Number 12 №13 Number 13 №14 Number 14 №15 Number 15 №16 Number 16 №17 Number 17 №18 Number 18 №19 Number 19 №20 Number 20 №21 Number 21 №22 Number 22 №23 Number 23 №24 Number 24 №25 Number 25 №26 Number 26 1. Компоненты 1.1. Полиамид, мас. %: -ПА6 -ПА66 1.2. Модифицирующая добавка 1.2.1. Глинистый минерал, мас. %: - монтмориллонит, обработанный ОДА - монтмориллонит, обработанный ПРОРМ - монтмориллонит, обработанный ПРОПМ - бентонит, обработанный ПРОРМ 1.2.2. Смесь исходного и функцонализированного полиолефинов, мас. % - ПЭВП/ПФ-2 (1:13) - ПЭВП/ПФ-2 (4:1) - ПЭВП/ПФ-2 (15:1) -ПЭНП/ПФ-1 (4:1) -ПП/ФПП-1 (4:1) 1. Components 1.1. Polyamide, wt. %: -PA6 -PA66 1.2. Modifying additive 1.2.1. Clay mineral, wt. %: - montmorillonite treated with ODA - PRTM treated montmorillonite - montmorillonite treated with PROPM - PRORM treated bentonite 1.2.2. A mixture of source and functionalized polyolefins, wt. % - HDPE / PF-2 (1:13) - HDPE / PF-2 (4: 1) - HDPE / PF-2 (15: 1) -PENP / PF-1 (4: 1) -PP / FPP-1 (4: 1) 97 5 97 5 97 5 97 5 98,5 0,5 1 98.5 0.5 one 80 5 15 80 5 fifteen 60 10 30 60 10 thirty 80 5 15 80 5 fifteen 80 5 15 80 5 fifteen 80 5 15 80 5 fifteen 80 5 15 80 5 fifteen 80 5 15 80 5 fifteen 80 5 15 80 5 fifteen 80 5 15 80 5 fifteen 86,5 0,5 1 86.5 0.5 one 70 5 15 70 5 fifteen 40 10 30 40 10 thirty 70 5 15 70 5 fifteen 97 0,5 1 97 0.5 one 73 5 15 73 5 fifteen 55 10 30 55 10 thirty 67 5 15 67 5 fifteen 79,8 5 15 79.8 5 fifteen 24,5 10 30 24.5 10 thirty 992 0,3 0,5 992 0.3 0.5 55 12 33 55 12 33 96,1 0,3 0,5 96.1 0.3 0.5 13,4 12 33 13,4 12 33

1.2.3. Волокнистый наполнитель, мас. %: - рубленое СВ - рубленое УВ 1.2.4. Минеральный наполнитель, мас. % - слюда -тальк 1.2.5. Стабилизатор термоокислигельной деструкции, мас. % - ирганокс 1010 - ирганокс В1171 2. Показатели свойств 2.1. Предел текучести при сжатии, МПа 1.2.3. Fibrous filler, wt. %: - chopped CB - chopped hydrocarbon 1.2.4. Mineral filler, wt. % - mica -talc 1.2.5. The stabilizer of thermal oxidative degradation, wt. % - Irganox 1010 - Irganox B1171 2. Performance indicators 2.1. Yield strength in compression, MPa 83 83 96 96 95 95 84 84 75 75 95 95 86 86 85 85 87 87 82 82 80 80 88 88 2 105 2 105 10 110 10 110 20 107 twenty 107 10 112 10 112 1,5 105 1,5 105 7 115 7 115 15 112 fifteen 112 10 7 116 10 7 116 0,2 85 0.2 85 20 15 0,5 92 twenty fifteen 0.5 92 86 86 66 66 2 1 о,1 88 2 one oh 1 88 25 16 0,6 68 25 sixteen 0.6 68 2.2. Ударная вязкость по Шарпи, кДж/м2 2.2. Charpy impact strength, kJ / m 2 7 7 6 6 10 10 12 12 14 14 13 thirteen 11 eleven 12 12 13 thirteen 11 eleven 14 14 11 eleven 11 eleven 13 thirteen 12 12 14 14 10 10 12 12 11 eleven 13 thirteen 12 12 11 eleven 7 7 9 nine 8 8 7 7 2.3. Коэффициент трения 2.3. Coefficient of friction 0,44 0.44 0,42 0.42 0,4 0.4 022 022 020 020 023 023 022 022 022 022 025 025 021 021 026 026 027 027 0,33 0.33 027 027 024 024 024 024 035 035 026 026 025 025 026 026 024 024 0,19 0.19 0,42 0.42 0,19 0.19 0,34 0.34 023 023 2.4. Массовая интенсивность изнашивания, 2.4. Mass wear rate, •106 г/м• 10 6 g / m 55 55 53 53 34 34 0,66 0.66 0,36 0.36 0,52 0.52 0,62 0.62 0,63 0.63 0,68 0.68 0,64 0.64 0,67 0.67 0,71 0.71 28 28 0,67 0.67 0,43 0.43 039 039 27 27 0,68 0.68 0,41 0.41 0,66 0.66 0,63 0.63 0,39 0.39 39 39 0,56 0.56 35 35 0,55 0.55

Примеры 1, 2 характеризуют свойства ПА наноматериалов, полученных согласно прототипу. При этом поверхность частиц глинистых минералов, используемых при получении композиций, модифицируют следующим образом (Бы I., ρΐ Ζ., ΖΙιιι X. БЩфез оп пу1оп 6/с1ау папосотрозйез Ьу те1Тт1егса1айоп ргосезз. 1оигпа1 о£ Аррйей Ро1утег 8с1епсе. 1999. ν. 71, р. 1133-1138, прототип).Examples 1, 2 characterize the properties of PA nanomaterials obtained according to the prototype. In this case, the surface of clay mineral particles used in the preparation of the compositions is modified as follows (I., ρΖ ΖΙ., ΖΙιιι X. Щ. , p. 1133-1138, prototype).

Глинистый минерал (монтмориллонит или бентонит) в количестве 80 г диспергируют в 5000 мл горячей воды (80°С) при непрерывном перемешивании. ОДА (31,1 г; 115 ммоль) и концентрированную соляную кислоту (11,5 мл) растворяют в 2000 мл горячей воды (80°С). Полученный раствор смешивают с горячим раствором монтмориллонита в воде и интенсивно перемешивают в течение 5 мин до получения белого осадка. Данный осадок собирают на бумажный фильтр, проводят его трехкратную промывку ~2500 мл горячей воды (80°С) и высушивают вымораживанием с целью получения глинистого минерала с поверхностью частиц, модифицированной ОДА.A clay mineral (montmorillonite or bentonite) in the amount of 80 g is dispersed in 5000 ml of hot water (80 ° C) with continuous stirring. ODA (31.1 g; 115 mmol) and concentrated hydrochloric acid (11.5 ml) were dissolved in 2000 ml of hot water (80 ° C). The resulting solution is mixed with a hot solution of montmorillonite in water and stirred vigorously for 5 minutes until a white precipitate is obtained. This precipitate is collected on a paper filter, it is washed three times with ~ 2500 ml of hot water (80 ° C) and dried by freezing in order to obtain a clay mineral with a surface of particles modified with ODA.

Полученным порошком глинистого минерала обрабатывают предварительно высушенные гранулыThe pre-dried granules are treated with the obtained clay mineral powder

- 2 007560- 2 007560

ПА6 и ПА66 в соотношениях, приведенных в таблице. После этого композицию экструдируют при использовании одношнекового экструдера (диаметр шнека 36 мм, Ь:О=22), снабженного статическим смесителем специальной конструкции (Рс5с15ки 8.8., 1игко\\ък| В., Κιϊνοβίιζ Уи.М., игЬаиоу1сй В. Еасошс ас16 дгаГЕпд оп БЭРЕ Ыспбсб ίη то11еп 51а1с. ί. ЛррНсб Ро1ут. 8с1. 1997. ν. 65. р. 1493-1502). Далее экструдат в виде стренг подвергают водяному охлаждению и гранулированию. Полученный гранулят высушивают до остаточной влажности не более 0,15% и перерабатывают литьем под давлением с целью получения стандартных образцов для испытаний методом сжатия (цилиндрические образцы диаметром 10 мм, высотой 15 мм, ГОСТ 4551-82), определения ударной вязкости по Шарпи (бруски 80х10х4 мм с острым надрезом, ГОСТ 4647-80). Отливку образцов производят на термопластавтомате ДГ3121-16П (объем впрыска 16 см3) по режимам общепринятым и оптимальным при переработке алифатических полиамидов (Калинчев Э.Л., Саковцева М.Б. Свойства и переработка термопластов. Л. Химия. 1983). Триботехнические испытания секторов проводят на машине трения СМЦ-2 по схеме вал - частичный вкладыш (сектор). В качестве вала используют ролики из стали 40Х (НВС 50). Испытания проводят в режиме трения скольжения. При скорости 0,63 м/с и контактной нагрузке 1 МПа определяют момент трения, а затем рассчитывают коэффициент трения по формуле:PA6 and PA66 in the ratios given in the table. After that, the composition is extruded using a single-screw extruder (screw diameter 36 mm, b: 0 = 22) equipped with a special-purpose static mixer (Pc5c15ki 8.8. dGaGePd op BERE сп б б с б б то то то то то 11ep 51a1s. ί. LrrNsb Ro1ut. 8s1. 1997. ν. 65. Next, the extrudate in the form of strands is subjected to water cooling and granulation. The granulate obtained is dried to a residual moisture content of not more than 0.15% and processed by injection molding in order to obtain standard test specimens by compression method (cylindrical specimens with a diameter of 10 mm, height 15 mm, GOST 4551-82), and determine Charpy impact strength (bars 80x10x4 mm with a sharp notch, GOST 4647-80). The samples are cast on a DG3121-16P injection molding machine (injection volume 16 cm 3 ) according to the generally accepted and optimal modes for processing aliphatic polyamides (Kalinchev EL, Sakovtseva MB Properties and processing of thermoplastics. L. Chemistry. 1983). Tribotechnical testing of the sectors is carried out on a SMC-2 friction machine according to the scheme shaft - partial liner (sector). As a shaft using rollers made of steel 40X (NVS 50). The tests are carried out in sliding friction mode. At a speed of 0.63 m / s and a contact load of 1 MPa, the moment of friction is determined, and then the coefficient of friction is calculated by the formula:

£=Μ/γ·Ν, здесь М - момент трения, Н-м;£ = Μ / γ · Ν, here M is the moment of friction, Nm;

г - радиус ролика, м;g is the radius of the roller, m;

N - нагрузка, МПаN - load, MPa

Интенсивность изнашивания определяют по формулеThe wear rate is determined by the formula

1„=ш/У·!, здесь т- потеря массы образца за время 1, г;1 „= w / Y ·!, Here t is the loss of mass of the sample over time 1, g;

V - скорость скольжения, м/с;V is the sliding speed, m / s;

- время испытаний (3600 с), с- test time (3600 s), s

Примеры 3-12 характеризуют составы материалов и свойства ПА наноматериалов, полученных в соответствии с п.1 формулы изобретения. При этом в качестве глинистых минералов используют бентонит и монтмориллонит, обработанные продуктами очистки рапсового масла (ПРОРМ и подсолнечного масла (ПРОПМ). Обработку поверхности частиц глинистых минералов ПРОРМ и ПРОПМ производят следующим образом. В растительное масло, предварительно нагретое до 90-95°С, добавляют порошок глинистого минерала из расчета 0,8 мас.% минерала при использовании рапсового масла и 0,4 мас.% минерала при использовании подсолнечного масла. Смесь непрерывно перемешивают в течение 35 мин. После этого суспензию фильтруют для отделения глинистого минерала от осветленного растительного масла. Фильтрат используют в качестве нанонаполнителя для полиамидных композиций. При этом его нанесение на поверхность ПА гранул осуществляют в высокоскоростном двухлопастном смесителе при температуре полиамидного гранулята ~80°С. Одновременно в смеситель вводят другие компоненты ПА наноматериалов. Технология получения наноматериалов, экспериментальных образцов и их испытаний аналогична описанным в примерах №1-№2.Examples 3-12 characterize the compositions of materials and the properties of PA nanomaterials obtained in accordance with claim 1. At the same time, bentonite and montmorillonite treated with rapeseed oil (PRRM and sunflower oil (PRPM) refined products are used as clay minerals. Surface treatment of particles of clay minerals PRRM and PRPM is carried out as follows: in vegetable oil, previously heated to 90-95 ° С, clay mineral powder is added at the rate of 0.8 wt.% mineral when using rapeseed oil and 0.4 wt.% mineral when using sunflower oil.The mixture is continuously stirred for 35 minutes After which the suspension iltrated to separate clay mineral from clarified vegetable oil. The filtrate is used as a nano-filler for polyamide compositions. At the same time, it is applied to the surface of PA granules in a high-speed two-blade mixer at a temperature of polyamide granulate ~ 80 ° C. At the same time, other components of PA nanomaterials are introduced into the mixer. The technology for producing nanomaterials, experimental samples and their tests is similar to that described in examples No. 1-No. 2.

Примеры 13-16 отличаются от примеров 3-12 тем, что в состав полиамидного наноматериала дополнительно вводят волокнистый наполнитель (п.2 формулы изобретения). Данную операцию осуществляют на стадии приготовления механической смеси компонентов и последующей их соэкструзии в полиамидном расплаве.Examples 13-16 differ from examples 3-12 in that a fibrous filler is additionally introduced into the composition of the polyamide nanomaterial (claim 2). This operation is carried out at the stage of preparing a mechanical mixture of components and their subsequent coextrusion in a polyamide melt.

Примеры 17-20 (п.3 формулы изобретения) отличаются от примеров 13-16 тем, что вместо волокнистого наполнителя используется порошкообразный минеральный наполнитель или смесь рубленного волокнистого и порошкообразного минерального наполнителей.Examples 17-20 (claim 3 of the claims) differ from examples 13-16 in that instead of a fibrous filler, a powdered mineral filler or a mixture of chopped fibrous and powdered mineral fillers is used.

Примеры 21-22 (п.4 формулы изобретения). Пример 21 отличается от примеров 3-12 тем, что в состав полиамидного наноматериала дополнительно вводят стабилизатор термоокислительной деструкции.Examples 21-22 (claim 4 of the claims). Example 21 differs from examples 3-12 in that a thermal oxidative degradation stabilizer is additionally introduced into the composition of the polyamide nanomaterial.

Пример 22 отличается от примера 21 тем, что наряду со стабилизатором термоокислительной деструкции в состав полиамидного наноматериала дополнительно вводятся волокнистый и порошкообразный минеральный наполнители.Example 22 differs from example 21 in that, along with a stabilizer of thermal oxidative degradation, fibrous and powdery mineral fillers are additionally introduced into the composition of the polyamide nanomaterial.

Примеры 23-26 (запредельные составы).Examples 23-26 (transcendental compositions).

Примеры 23-24 отличаются от примеров 3-5 тем, что концентрации глинистого минерала и смеси полиолефинов находятся вне интервала оптимальных соотношений компонентов.Examples 23-24 differ from examples 3-5 in that the concentrations of the clay mineral and the mixture of polyolefins are outside the range of optimal component ratios.

Примеры 25-26 отличаются от примера 22 тем, что концентрации всех добавок, входящих в состав полиамидного наноматерала, принимают значение ниже (пример 25) или выше (пример 26), оговоренных в пп.1-4 формулы изобретения. Анализ экспериментальных данных, представленных в таблице, позволяет сделать следующие выводы.Examples 25-26 differ from example 22 in that the concentrations of all additives included in the composition of the polyamide nanomaterial take a value lower (example 25) or higher (example 26), as specified in claims 1-4. Analysis of the experimental data presented in the table allows us to draw the following conclusions.

1. Использование изобретения позволяет в сопоставимых экспериментальных условиях, достаточно хорошо моделирующих реальные условия компаундирования многокомпонентных полимерных систем, улучшить комплекс показателей механических и триботехнических свойств полиамидных наноматериалов и при этом сохранить и несколько повысить значения показателей их механических свойств: коэффициент трения снижается в 1,4-2,3 раза, интенсивность изнашивания - в 1,6-153 раза, ударная вязкость повышается на 40-50%.1. The use of the invention allows, in comparable experimental conditions, modeling the real conditions for compounding multicomponent polymer systems fairly well, to improve the set of indicators of the mechanical and tribotechnical properties of polyamide nanomaterials, while maintaining and slightly increasing the values of their mechanical properties: the friction coefficient decreases by 1.4- 2.3 times, the wear rate - 1.6-153 times, toughness increases by 40-50%.

- 3 007560- 3 007560

2. Изобретение эффективно при использовании различных типов алифатических полиамидов, слоистых нанодисперсных глинистых минералов, обработанных продуктами очистки различных типов растительных масел, а также смесей разных типов исходных и функционализированных полиолефинов в соотношения, оговоренных в п.1 формулы изобретения.2. The invention is effective when using various types of aliphatic polyamides, layered nanodispersed clay minerals treated with refined products of various types of vegetable oils, as well as mixtures of different types of starting and functionalized polyolefins in the ratio specified in claim 1.

3. Введение в состав полиамидных наноматериалов волокнистых или дисперсных порошкообразных наполнителей приводит к дополнительному на 6-42% повышению их прочности при сжатии (пп.2, 3 формулы изобретения).3. The introduction into the composition of polyamide nanomaterials fibrous or dispersed powdery fillers leads to an additional 6-42% increase in their compressive strength (claims 2, 3 of the claims).

4. Введение в состав полиамидных наноматериалов стабилизаторов термоокислительной деструкции приводит к дополнительному улучшению триботехнических показателей.4. The introduction of thermal oxidative degradation stabilizers into the composition of polyamide nanomaterials leads to an additional improvement in tribological performance.

Технический результат предполагаемого изобретения заключается в следующем. Используемый в случае прототипа полиамидный наноматериал, содержит в своем составе нанодисперсный глинистый минерал, не обладающий антифрикционными свойствами. Вследствие этого триботехнические параметры материала неудовлетворительны и его применение для изготовления деталей, предназначенных для эксплуатации в узлах трения, нецелесообразно. В случае предлагаемого изобретения используемая (новая) технология подготовки поверхности частиц глинистых минералов приводит не только к повышению механических свойств ПА наноматериалов, но и способствует улучшению их триботехнических параметров в совокупности с добавками смеси исходного и функционализированного полиолефинов. Улучшенные триботехнические свойства заявляемого полиамидного нанокомпозита объясняются, главным образом, наличием в составе глинистого минерала фрагментов жирных кислот, входящих в состав продуктов очистки растительных масел (Тютюнников В.Н. Химия жиров. М., Пищевая промышленность. 1968. с. 358-398). Кроме того, жидкокислотные фрагменты, хермосорбированные поверхностью глинистых минералов, способствуют повышению прочности адгезионного соединения частиц минералов как с полиамидной матрицей, так и с добавками полиолефиновых компонентов. Последнее обстоятельство является очевидной причиной высокого уровня показателей механических свойств материалов.The technical result of the proposed invention is as follows. Used in the case of the prototype polyamide nanomaterial, contains nanodispersed clay mineral that does not have antifriction properties. As a result of this, the tribotechnical parameters of the material are unsatisfactory and its use for the manufacture of parts intended for use in friction units is inappropriate. In the case of the present invention, the used (new) technology for preparing the surface of clay mineral particles leads not only to increase the mechanical properties of PA nanomaterials, but also helps to improve their tribological parameters in conjunction with additives of a mixture of the initial and functionalized polyolefins. The improved tribotechnical properties of the inventive polyamide nanocomposite are mainly explained by the presence in the clay mineral of fragments of fatty acids that are part of the products of refining vegetable oils (Tyutyunnikov VN Chemistry of fats. M., Food industry. 1968. S. 358-398) . In addition, liquid-acid fragments chemisorbed by the surface of clay minerals increase the adhesion strength of mineral particles with both a polyamide matrix and additives of polyolefin components. The latter circumstance is the obvious reason for the high level of indicators of the mechanical properties of materials.

Введение в состав полиамидного наноматериала волокнистого и (или) минерального наполнителей приводит к дополнительному повышению показателей механических свойств (особенно прочности при сжатии) по следующим причинам: наполнители способствуют более равномерному диспергированию частиц глинистого минерала в полимерной матрице и ограничивают молекулярную подвижность полимерных компонентов за счет адсорбционного взаимодействия.The introduction of fibrous and (or) mineral fillers into the composition of the polyamide nanomaterial leads to an additional increase in the mechanical properties (especially compressive strength) for the following reasons: fillers contribute to a more uniform dispersion of clay mineral particles in the polymer matrix and limit the molecular mobility of the polymer components due to adsorption interaction .

Стабилизатор термоокислительной деструкции (выбирается, исходя из необходимости одновременной эффективной стабилиазции полиамидного и полиолефинового компонентов, входящих в состав наноматериала) ингибирует свободные макрорадикалы, генерируемые в зоне фрикционного взаимодействия, способствуя таким образом снижению адгезионной составляющей силы трения и повышая ресурс металлополимерной пары трения.The thermal oxidative degradation stabilizer (selected based on the need for simultaneous effective stabilization of the polyamide and polyolefin components that make up the nanomaterial) inhibits free macroradicals generated in the frictional interaction zone, thereby contributing to a decrease in the adhesion component of the friction force and increasing the resource of the metal-polymer friction pair.

Таким образом, изобретение может быть легко реализовано, практически не требует дополнительных капитальных затрат и достаточно эффективно. Оно будет использовано при производстве полиамидного наноматериала для опор трения, в частности вкладышей шаровых шарниров легковых автомобилей. Производство вкладышей будет организовано на ЗАО «ПО Трек».Thus, the invention can be easily implemented, practically does not require additional capital costs and quite efficiently. It will be used in the production of polyamide nanomaterial for friction bearings, in particular, liners for ball joints of cars. The production of inserts will be organized at ZAO PO Track.

Claims (4)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Полиамидный наноматериал, включающий алифатический полиамид и модифицирующую добавку, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей добавки используют смесь исходного и функционализированного, содержащего в составе макромолекул полярные функциональные группы, полиалефинов при их массовом соотношении от 1:13 до 15:1 и дополнительно нанодисперный глинистый минерал, обработанный продуктами рафинирования растительного масла при следующем соотношении компонентов, мас. %:1. Polyamide nanomaterial, including an aliphatic polyamide and a modifying additive, characterized in that as a modifying additive, a mixture of the initial and functionalized, containing polar functional groups of polyalephins containing macromolecules, is used in their mass ratio from 1:13 to 15: 1 and additionally nanodisperse clay mineral treated with refined products of vegetable oil in the following ratio of components, wt. %: Смесь полиолефинов 1-20A mixture of polyolefins 1-20 Нанодисперсный глинистый минерал 0,5-10Nanodispersed clay mineral 0.5-10 Алифатический полиамид Остальное до 100Aliphatic polyamide Else up to 100 2. Полиамидный наноматериал по п.1 отличающийся тем, что он дополнительно содержит волокнистый наполнитель в количестве 2-30 мас.%.2. The polyamide nanomaterial according to claim 1, characterized in that it further comprises a fibrous filler in an amount of 2-30 wt.%. 3. Полиамидный наноматериал по п.1 или 2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит порошкообразный минеральный наполнитель в количестве 1,5-15 мас.%.3. The polyamide nanomaterial according to claim 1 or 2, characterized in that it further comprises a powdered mineral filler in an amount of 1.5-15 wt.%. 4. Полиамидный наноматериал по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что он дополнительно содержит стабилизатор термоокислительной деструкции алифатического полиамида и полиолефина в количестве 0,2-0,5 мас.%.4. The polyamide nanomaterial according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it further comprises a stabilizer of thermal oxidative degradation of aliphatic polyamide and polyolefin in an amount of 0.2-0.5 wt.%.
EA200401286A 2004-10-29 2004-10-29 Polyamide nanomaterial EA007560B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA200401286A EA007560B1 (en) 2004-10-29 2004-10-29 Polyamide nanomaterial

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA200401286A EA007560B1 (en) 2004-10-29 2004-10-29 Polyamide nanomaterial

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200401286A1 EA200401286A1 (en) 2006-06-30
EA007560B1 true EA007560B1 (en) 2006-12-29

Family

ID=42799194

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200401286A EA007560B1 (en) 2004-10-29 2004-10-29 Polyamide nanomaterial

Country Status (1)

Country Link
EA (1) EA007560B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1558932A1 (en) * 1987-08-18 1990-04-23 Особое Конструкторско-Технологическое Бюро "Орион" При Новочеркасском Политехническом Институте Им.С.Орджоникидзе Antifriction polymeric composition and method of obtaining same
RU2067598C1 (en) * 1991-08-28 1996-10-10 Научно-исследовательский институт пластических масс им.Петрова Г.С. с Опытным московским заводом пластмасс Thermostabilized polyamide compositon
US20040106719A1 (en) * 2001-12-27 2004-06-03 Myung-Ho Kim Nanocomposite blend composition having super barrier property

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1558932A1 (en) * 1987-08-18 1990-04-23 Особое Конструкторско-Технологическое Бюро "Орион" При Новочеркасском Политехническом Институте Им.С.Орджоникидзе Antifriction polymeric composition and method of obtaining same
RU2067598C1 (en) * 1991-08-28 1996-10-10 Научно-исследовательский институт пластических масс им.Петрова Г.С. с Опытным московским заводом пластмасс Thermostabilized polyamide compositon
US20040106719A1 (en) * 2001-12-27 2004-06-03 Myung-Ho Kim Nanocomposite blend composition having super barrier property

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LIU L. et al.: Studies on nylon 6/clay nanocomposites by melt-intercalation process. Journal of applied polymer science 71, No. 7, 14th Feb. 1999, p. 1133-8 *

Also Published As

Publication number Publication date
EA200401286A1 (en) 2006-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tian et al. Structure and properties of fibrillar silicate/SBR composites by direct blend process
Ab Ghani et al. The comparison of water absorption analysis between counterrotating and corotating twin-screw extruders with different antioxidants content in wood plastic composites
Surya et al. The effect of alkanolamide loading on properties of carbon black-filled natural rubber (SMR-L), epoxidised natural rubber (ENR), and styrene-butadiene rubber (SBR) compounds
RU2635136C1 (en) Glass-filled composition based on polyphenylenesulphide
RU2437903C2 (en) Composite oil-and-petrol resistant, wear- and frost-resistant material
CN109777036A (en) A kind of polyether-ether-ketone base wearing composite material and preparation method thereof
Fakhrul et al. Properties of wood sawdust and wheat Flour Reinforced Polypropylene Composites
Madhavi et al. Characterization of bamboo-polypropylene composites: effect of coupling agent
Chuayjuljit et al. Preparation and characterization of epoxidized natural rubber and epoxidized natural rubber/carboxylated styrene butadiene rubber blends
CN106995553A (en) A kind of low smell, scratch-resistant continuous fiber reinforced polypropylene composite material and preparation method thereof
Lee et al. A study of silica reinforced rubber composites with eco-friendly processing aids for pneumatic tires
KR101308153B1 (en) Method of recylcing waste plastics containing natural fiber filler
EA007560B1 (en) Polyamide nanomaterial
Lee et al. Water-assisted extrusion of bio-based PETG/clay nanocomposites
Boukfessa et al. The effect of carbon black on the curing and mechanical properties of natural rubber/acrylonitrile-butadiene rubber composites
Zhang et al. Prepared hydrogenated nitrile rubber (HNBR)/organo–montmorillonite nanocomposites by the melt intercalation method
Hayeemasae et al. Application of silane-treated tea waste powder as a potential filler for natural rubber composites
Pal et al. Use of carboxylated nitrile rubber and natural rubber blends as retreading compound for OTR tires
RU2552744C2 (en) Basalt-fluoroplastic composite material for tribotechnical purposes
RU2791530C1 (en) Extruded anti-friction composite based on ultra-high molecular weight polyethylene
Wijesinghe et al. Properties of Rice Husk Ash Silica Filled Natural Rubber and Acrylonitrilebutadiene Rubber Blends.
Okhlopkova et al. Polymer composite materials based on ultra-high molecular weight polyethylene
KR101527182B1 (en) Method of recycling waste plastics containing long fiber filler
Suksut et al. Calcium lactate as renewable filler of polypropylene: thermal, morphological and mechanical properties
Ahmed Properties of natural rubber composite incorporated with industrial waste/carbon black hybrid filler

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ KG MD TJ TM

NF4A Restoration of lapsed right to a eurasian patent

Designated state(s): AM MD

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM BY KZ MD RU

NF4A Restoration of lapsed right to a eurasian patent

Designated state(s): AM BY KZ MD RU