PL108635B1

PL108635B1 - Siloxane composition absorbing mechanical energy

Info

Publication number: PL108635B1
Application number: PL1977198004A
Authority: PL
Inventors: Jeremi Maciejewski
Original assignee: Inst Chemii Przemyslowej
Priority date: 1977-05-10
Filing date: 1977-05-10
Publication date: 1980-04-30
Also published as: US4339339A; PL198004A1; CS199529B2; DE2820466A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest kompozycja polisiloksanowa absorbujaca energie mechaniczna, sluzaca jako pochlaniacz tej energii w róznych typach absorberów, takich jak ogra¬ niczniki ruchu wind, suwnic, zderzaki pojazdów mechani¬ cznych, tlumiki drgan itp., jak tez w urzadzeniach spelnia¬ jacych równoczesnie role tlumików drgan i absorberów energii zderzen.Znane dotychczas kompozyqe lub substancje absorbujace energie mechaniczna zawieraja w swoim skladzie, zaleznie od przeznaczenia, jako glówny skladnik alkohole alifatyczne, glikole, oleje mineralne, oleje i pasty silikonowe itp.Substanq'e te badz ich kompozycje maja te zasadnicza wade, ze spelniaja tylko jedna, scisle okreslona, funkcje w stosunkowo waskim zakresie temperatur, moga tlumic drgania lub pochlaniac energie zderzen. Zmiany tempera¬ tury otoczenia, badz zmiany temperatury tych substancji wskutek przemiany pochlanianej energii mechanicznej na cieplna powoduja znaczne zmiany ich charakterystyki reologicznej. Ponadto wlasnosci reologiczne znanych sub¬ stancji badz kompozycji absorbujacych energie mechaniczna ulegaja nieznacznym zmianom pod wplywem dzialajacych sil. Wyjatkiem sa oleje silikonowe, ale ich wlasnosci reolo¬ giczne zmieniaja sie niekorzystnie, gdyz obniza sie ich pozorna lepkosc ze wzrostem energii drgan (czestotliwosci drgan). I tak np. kompozyq'a tlumiaca drgania wedlug opisu patentowego nr 87873 sklada sie z zywic syntetycz¬ nych i napelniaczy mineralnych, a opisana w opisie pa¬ tentowym nr 71440 kompozycja sklada sie z oleju siliko¬ nowego zdolnego do sieciowania oraz innych olejów sili¬ konowych i napelniaczy mineralnych. Kompozycje te moga 10 15 20 25 30 tlumic drgania o bardzo malej energii powstajace przy uzytkowaniu np. plyt gramofonowych. Sa one jednak calkowicie nie przydatne dla absorbcji energii mechanicz¬ nej wyzwolonej np. przy hamowaniu ruchu suwnic czy wind.Inne kompozyq'e opisywane jako ciecze hydrauliczne na przyklad w opisie patentowym nr 59560, nr 51768 spo¬ rzadzone na bazie alkoholi alifatycznych równiez wielo- wodorotlenowych moga byc stosowane do tlumienia drgan tylko w speq'alnych urzadzeniach.Do absorbcji energii mechanicznej stosowane sa tez róznorodne ksztaltki i plyty otrzymywane ze zwulkanizo- wanych gum organicznych. Ten rodzaj kompozyq'i po¬ chlania bardzo ograniczone ilosci energii zas droga hamowa¬ nia ruchu jest nie wieksza niz kilka centymetrów. Zderze¬ nie jest zawsze sprezyste, a przy wiekszych energiach zderzen nastepuje uszkodzenie zarówno zderzaka jak i urza¬ dzenia, którego ruch jest hamowany. Znane sa tez kompo¬ zycje oparte na olejach silikonowych o niskich i wysokich lepkosciach jednak ze wzgledu na specyficzne wlasnosci reologiczne takich olejów tlumiki drgan lub absorbery energii musza miec specjalna konstrukq'e precyzyjnie wykonana, a tym samym droga ze wzgldeu na przetla¬ czanie olejów miedzy komorami absorberów poprzez ka¬ naliki o bardzo malej srednicy.Wad tych nie posiada kompozyq*a wedlug wynalazku gdyz zastosowany do jej przygotowania polimer dzieki swojej budowie chemicznej ma specyficzne wlasnosci reologiczne, co objawia sie samoczynna zmiana jego wlas¬ nosci lepko-sprezystych pod wplywem przylozonych sil. 108 635108 635 3 Przy powolnym dzialaniu sil (np. przy niskiej czestosci drgan) zachowuje sie jak ciecz o wlasnosciach lepkich, natomiast przy gwaltownych uderzeniach jak cialo spre¬ zyste.W przypadku przylozenia bardzo duzych energii w sto¬ sunku do objetosci polimeru nastepuje jego degradacja, a pochlonieta energia mechaniczna zostaje zuzyta na ro¬ zerwanie wiazan chemicznych, po czym struktura polimeru odbudowuje sie samoczynnie po ustapieniu tych sil. Dzieki tym wlasciwosciom polimer taki zmieszany z mineralnymi napelniaczami, olejami silikonowymi lub alkoholami wielowodorotlenowymi moze spelniac role nie tylko po¬ chlaniacza np. energii uderzen, ale kilka funkcji jednoczesnie np. tlumika drgan, absorbera energii uderzen badz cieczy hydraulicznej. Zaleznie od tego jaka jest glówna funkcja kompozycji wedlug wynalazku, czy ma za zadanie absorbcje energii mechanicznej, tlumienie drgan, czy role cieczy hydraulicznej reguluje sie odpowiednio ciezar czastecz¬ kowy polimeru i ilosc dodatków wchodzacych w sklad kompozycji. * Kompozycja wedlug wynalazku, zawiera jako podstawo¬ wy skladnik polimer o strukturze okreslonej wzorem ogólnym przedstawionym na rysunku, w którym R oznacza alkil o 1—10 atomach wegla, R4 — aryl o 6—10 atomach wegla, R2 — alkenyl o 2—10 atoniach wegla, a K oznacza liczbe calkowita = 0^10, L = 1—500, N = 10—10.000 P = 1—50.Lepkosc polimeru mierzona przy czestosci drgan 0,01 Hz (za pomoca reogoniometru Weissenberga) zawarta jest w granicach od 50.000 cP do 20xl06 cP. Kompozycja ta zawiera na 100 czesci wagowych wymienionego polimeru o podanym wzorze dodatek nastepujacych skladników.: od 0,1—200 czesci wagowych napelniaczy o powierzchni wlasciwej od 10—400 m2/g najkorzystniej krzemionke koloidalna, od 0,01—300 czesci wagowych pigmentów o powierzchni wlasciwej nizszej niz 200 m2/g najkorzystniej — biel ty¬ tanowa, od 0,1—100 czesci wagowych olejów alkilo (alkilo-arylo) siloksanowych o lepkosci od 10.000 cP — 2.000.000 cP najkorzystniej metylosilikonowego, od 0,1—100 czesci wagowych alkoholi alifatycznych wielowodorotlenowych najkorzystniej gliceryne, od 0,01 do 5 czesci wagowych nadtlenków organicznych, najkorzystniej nadtlenki benzoilu.Kompozycje wedlug wynalazku sporzadza sie w dwu etapach: a. Polimer przygotowuje sie poprzez polikondensacje w temperaturze do 150 °C poli-alkilo-alkenylosiloksanodioli z poli-alkilo-arylo-siloksano-diolami i polidwualkilosiloksa- nodiolami i wodorotlenkiem boru, badz alkiloboranami przy uzyciu kwasnych katalizatorów, przy czym lepkosc siloksano- dioli wyjsciowych uzalezniona jest od wymaganej lepkosci polimeru wchodzacego w sklad kompozycji i zawarte sa zazwyczaj w granicach od 10 cP do 10.000 cP. b. Otrzymany polimer miesza sie w mieszalniku wolno- obrotowym wprowadzajac kolejno, krzemionke koloidalna, kolorowe pigmenty, oleje silikonowe, alkohole wielowodoro- tlenowe i nadtlenki organiczne. Otrzymana kompozycje ogrzewa sie przez 30 minut w temperaturze do 200 °C i na¬ pelnia sie nia absorbery energii tlumiki drgan lub temu podobne urzadzenia. Wygrzewanie to wykonuje sie naj¬ czesciej w absorberach.Przemiot wynalazku przedstawiono w nastepujacych przykladach wykonania. 4 Przyklad I. Kompozycje stosowana do napelniania absorberów bardzo duzych energii wystepujacych przy zderzeniach wagonów kolejowych, samochodów, odrzucie luf armatnich, wyrzutni rakietowych itp. wykonuje sie 5 nastepujaco: a) przygotowanie polimeru — w kolbie zaopatrzonej w mieszadlo i termometr prowadzi sie polikondensacje 100 g poli-dwumetylosiloksanodiolu o lepkosci 100 cP z 0,1 g metylofenylosilandiolu w temperaturze 100 °C 10 wobec 0,1 g kwasnej ziemi okrzemkowej w ciagu 2 godzin, nastepnie otrzymany kopolimer filtruje sie dla oddzielenia katalizatora i dodaje 5 g wodorotlenku boru. Ogrzewanie mieszaniny przedluza sie o dalsze 2 godziny. Otrzymuje sie sprezysty polimer dajacy sie wyjac z kolby po rozkru- 15 szeniu. Lepkosc polimeru wynosi 800.000 cP. Widmo w podczerwieni wykonane dla takiego polimeru wykazuje silna absorpcje w pasmie 3200 cm"1. b) przygotowanie kompozycji — w mieszalniku umieszcza sie 100 g polimeru otrzymanego wedlug punktu 20 a) i stale mieszajac dodaje sie 5 g krzemionki koloidalnej o powierzchni 200 m2/g i 10 g bieli tytanowej. Po wymie¬ szaniu skladników dodaje sie 5 g oleju metylosilikonowego o lepkosci 100000 cP i 5 g gliceryny. Calosc miesza sie do uzyskania jednorodnej masy i ogrzewa w mieszalniku do 25 100 °C w ciagu 30 minut. Po ochlodzeniu otrzymana kompozycja napelnia sie adsorbery energii.Przyklad II. Kompozycje stosowana do napel¬ niania ograniczników ruchu wind, suwnic, dzwigów itp. urzadzen, gdzie sily dzialaja w dosc dlugim czasie i hamowa- 30 nie ruchu odbywa sie ha stosunkowo dlugiej drodze wykonu¬ je sie nastepujaco: a) przygotowanie polimeru — w kolbie zaopatrzo¬ nej w mieszadlo i termometr umieszcza sie 100 g dwu- metylopolisiloksanodiolu o lepkosci 1000 cP, dodaje sie 35 1 g metylofenylosiloksanodiolu. Mieszanine poddaje sie polikondensacji wobec 0,1 g kwasnej ziemi okrzemkowej w ciagu 2 godzin w temperaturze 100 °C. Otrzymany kopo¬ limer filtruje sie dla usuniecia katalizatora i dodaje do niego 5 g boranu etylu. Calosc miesza sie przez 2 godziny w tem- 40 peraturze 120 °C. Otrzymany polimer o lepkosci 300000 cP charakteryzuje sie silna absorbcja w pasmie 3200 cm"1 (widmo podczerwieni). b) przygotowanie kompozycji — w mieszalniku umieszcza sie 100 g polimeru, dodaje sie 10 g krzemionki 45 koloidalnej o powierzchni 200 m2/g i 5 g czerwieni zela¬ zowej. Po wymieszaniu skladników w ciagu 15 minut dodaje sie 20 g oleju metylosilikonowego o lepkosci 500000 cP i przedluza mieszanie, az do uzyskania jednorodnej masy, a nastepnie ogrzewa sie w 100°C przez 10 minut, 50 chlodzi i umieszcza w ogranicznikach ruchu.Przyklad III. Kompozycje stosowana do napel¬ niania absorberów energii zawierajacych dodatkowy po¬ chlaniacz na wypadek przekroczenia ilosci absorbowanej energii przygotowuje sie zgodnie z opisem w przykladzie 1, 55 zas kompozycje, która napelnia sie pochlaniacz przygoto¬ wuje sie nastepujaco: a) przygotowanie polimeru — w kolbie zawierajacej mieszadlo i termometr umieszcza sie 100 g polidwumetylo- siloksanodiolu o lepkosci 150 cP, dodaje sie 50 g metylo- 60 -fenylosiloksanodiolu i 5 g metylo-winylosiloksanodiolu oraz 0,1 g kwasnej ziemi bentonitowej. Mieszanine ogrzewa sie w ciagu 2 godzin w temperaturze 100 °C, oddziela katali¬ zator przez filtracje i dodaje 0,1 g boranu etylu. Ogrze¬ wanie mieszaniny przedluza sie o dalsze 2 godziny. Otrzy- 65 muje sie sprezysty polimer o lepkosci 500.000 cP.108 635 5 b) przygotowanie kompozycji — w mieszalniku umieszcza sie 100 g polimeru, dodaje sie 20 g krzemionki koloidalnej o powierzchni 380 m2/g i 50 g maczki kwarcowej.Po wymieszaniu skladników dodaje sie 2 g oleju metylo- silikonowego o lepkosci 200.000 cP i miesza sie ogrzewajac do 120 °C w ciagu 30 minut. Nastepnie kompozycje studzi sie do temperatury 20°C, dodaje 2 g nadtlenku benzoilu i po napelnieniu absorbera (pochlaniacza dodatkowego) ogrzewa sie go do 150°C w ciagu 15 minut. Otrzymuje sie elastyczna wkladke o bardzo niskief'Sprezystosci.Kompozycje polisiloksanowe wedlug wynalazku charak¬ teryzuja sie plynnym przejsciem od dominujacych wlas¬ nosci sprezystych do dominujacych wlasnosci lepkich.Lacza w swoim skladzie absorbcje energii{typowa dla elastomerów i tlumienie charakterystyczne dla cieczy wyso- kolepkich. Obecnosc w czasteczce segmentów borosilo- ksanowych nadaje im dodatkowo Wlasnosci odbudowy struktury polimeru po jej zniszczeniu przy absorpcji energii.Dzieki tym wlasnosciom kompozycje bedace przedmiotem wynalazku moga byc szeroko stosowane jako pochlaniacze energii w róznych konstrukqach zderzaków i tlumików drgan. Szczególne znaczenie maja dla budowy zderzaków wagonów kolejowych, zderzaków samochodowych, pod¬ wozi samolotów, dla budowy ograniczników ruchu luf armatnich, karabinowych itp., dla budowy ruchomych wyrzutni rakietowych itd. Dla osiagniecia efektu tlumienia drgan i absorbcji energii nie wymagaja skomplikowanej konstrukcji urzadzen, a tym samym absorbery takie sa tansze, o 30—50% lzejsze i bardziej niezawodne w uzyciu.Poza tym kompozycja wedlug wynalazku posiada zdolnosc 6 tlumienia drgan i pochlaniania energii mechaniczne) w szerokim zakresie temperatur od —80 °C do +200°C.Zastrzezenia patentowe 1. Kompozycja polisiloksanowa absorbujaca energie mechaniczna, znamienna tym, ze sklada sie ze 100 czesci wagowych polimeru polisiloksanowego o strukturze okres¬ lonej wzorem podanym na rysunku w którym R oznacza io alkilo 1-^-K) atomach wegla, Ri — aryl o 6-10 atomach wegla, R3 .<«- alkenyl o 2—10 atomach wegla, a K liczbe calkowita ^0^10, L = 1—500; N = 10—10.000 i P = 1— 50, oraz z 0,1—200 czesci wagowych napelniaczy o powierz- chnf Wlasciwej od" 10 do 400 m2/g, 0,01—300 czesci wa- 15 gowych pigmentów o powierzchni wlasciwej ponizej 200 m2/g, 0,1—100 czesci wagowych olejów alkilo(alkilo- -arylo) siloksanowych o lepkosci od 10.000 do 2.000.000 cP, 0,1—100 czesci wagowych wielowodorotlenowych alkoholi alifatycznych i od 0,01 do 5 czesci wagowych nadtlenków 20 organicznych. 2. Kompozycja wedlug zastrz, 1, znamienna tym, ze jako napelniacze zawiera krzemionke koloidalna, a jako pigmenty biel tytanowa. 3. KompQzyqa wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze 25 jako oleje alkflo(alkilo-arylo) siloksanowe zawiera olej metylosilikonowy. —4. Kompozyqa wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze jako alkohole alifatyczne zawiera gliceryne. . 5*-Rompozyqa wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze 30 jako nadtlenki organiczne zawiera nadtlenek benzoilu108 635 -4 i Q i 4- «^. oT ¦Mb- ?sH e^ i o 'cr-gjl- o I o ¦sc-*1 «-* Ó- V I o i i ' i s i -^ I z 1 r L OC ? tt T fi^jc.L cc^oc J * ' o—n OL I ^OL 1 ¦¦ T N LZG Z-d 3, Z. 832/1400/80, n. 95+20 egz.Cena 45 zl PL

Claims

Zastrzezenia patentowe 1. Kompozycja polisiloksanowa absorbujaca energie mechaniczna, znamienna tym, ze sklada sie ze 100 czesci wagowych polimeru polisiloksanowego o strukturze okres¬ lonej wzorem podanym na rysunku w którym R oznacza io alkilo 1-^-K) atomach wegla, Ri — aryl o 6-10 atomach wegla, R3 .<«- alkenyl o 2—10 atomach wegla, a K liczbe calkowita ^0^10, L = 1—500; N = 10—10.000 i P = 1— 50, oraz z 0,1—200 czesci wagowych napelniaczy o powierz- chnf Wlasciwej od" 10 do 400 m2/g, 0,01—300 czesci wa- 15 gowych pigmentów o powierzchni wlasciwej ponizej 200 m2/g, 0,1—100 czesci wagowych olejów alkilo(alkilo- -arylo) siloksanowych o lepkosci od 10.000 do 2.000.000 cP, 0,1—100 czesci wagowych wielowodorotlenowych alkoholi alifatycznych i od 0,01 do 5 czesci wagowych nadtlenków 20 organicznych.
2. Kompozycja wedlug zastrz, 1, znamienna tym, ze jako napelniacze zawiera krzemionke koloidalna, a jako pigmenty biel tytanowa.
3. KompQzyqa wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze 25 jako oleje alkflo(alkilo-arylo) siloksanowe zawiera olej metylosilikonowy. —
4. Kompozyqa wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze jako alkohole alifatyczne zawiera gliceryne. . 5*-Rompozyqa wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze 30 jako nadtlenki organiczne zawiera nadtlenek benzoilu108 635 -4 i Q i 4- «^. oT ¦Mb- ?sH e^ i o 'cr-gjl- o I o ¦sc-*1 «-* Ó- V I o i i ' i s i -^ I z 1 r L OC ? tt T fi^jc. L cc^oc J * ' o—n OL I ^OL 1 ¦¦ T N LZG Z-d 3, Z. 832/1400/80, n. 95+20 egz. Cena 45 zl PL