PL171173B1

PL171173B1 - Hydrostatycznie tlumiacy, absorbujacy energie szoku i wibracji,niewulkanizujacy elastomer silikonowy PL PL PL

Info

Publication number: PL171173B1
Application number: PL92297095A
Authority: PL
Inventors: Jeremi Maciejewski; Antoni Kubicki
Original assignee: Antoni Kubicki; Jeremi Maciejewski
Priority date: 1992-12-21
Filing date: 1992-12-21
Publication date: 1997-03-28
Also published as: FR2699548A1; GB2273505A; US5580917A; PL297095A1; FR2699548B1; GB9326024D0; DE4343755A1; GB2273505B

Abstract

1. Hydrostatycznie tlumiacy, absorbujacy energie szoku i wibracji, niewulkanizujacy elastomer silikonowy, zawierajacy w swoim skladzie polimery polisiloksanowe, zwiazki krzemu, boru, azotu oraz napelniacze, smary, przewodniki ciepla, znamienny tym, ze sklada sie z: bazowego, wysokoczasteczkowego polimeru metylo-fenylo-silikonowego (A) o staty- stycznie rozlozonych atomach krzemu z grupami (C6 H5)2 lub (i) grupami (CH3)(C6H 5) pomiedzy atomami krzemu z grupami (CH 3) 2, przy czym segmenty z fenylami zawieraja od 1 do 5 atomów krzemu przy lacznej zawartosci grup fenylowych w polimerze od 3% do 25% wagowych 1 masie czasteczkowej od 150.000 do 800.000 oraz polimeru lepko-sprezystego (B) nadajacego polimerowi (A) modul sprezystosci poprzez utworzenie wiazan wodorowych, przy czym polimer (B) formowany jest pomiedzy lancuchami polimeru (A) jak na matrycy sterujacej rozmieszczeniem centrów aktywnych, powstajacych przez kondensacje oligome- rów polidwumetylosiloksanodioli lub (i) metylowodorosiloksanodioli z reaktywnymi zwiaz- kami boru, krzemu, azotu, stosowanymi osobno lub w mieszaninie, ponadto w sklad elastomeru wchodza napelniacze, smary, przewodniki ciepla i oleje scisliwe, lacznie w ilosci do 10 czesci wagowych na 1 czesc wagowa sumy polimerów (A) i (B). PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest hydrostatycznie tłumiący, absorbujący energię szoku 1 wibracji, niewulkanizujący elastomer silikonowy. Elastomer taki stosowany jest do wypełniania absorberów energii mechanicznej, zastępujących w technice sprężyny metalowe oraz ich układy połączone z tłumikami hydraulicznymi, co znajduje zastosowanie w produkcji zderzaków kolejowych, amortyzatorów, zawieszeń pojazdów, wibroizolatorów

Znane i stosowane w technice są sprężyny metalowe, które podobnie jak guma, przejmują energię, ale w znikomym stopniują rozpraszają.

171 173

Znana z polskiego opisu patentowego nr 108 635 kompozycja polisiloksanowa, oparta na skomplikowanym polimerze z atomem boru, od którego rozgałęziają się łańcuchy metylo-fenylo-winylo-siloksanowe. Taki polimer charakteryzuje się przypadkową strukturą, uzy skuje moduł sprężystości przez utlenienie grup winylowych, a przez plastyfikację, własności lepkie. Wadą tej kompozycji jest nadmierna sprężystość, brak zdolności do przepływu i tym samym ograniczone tłumienie.

Znana z francuskiego opisu patentowego nr 2 348 401 kompozycja elastomerowa, jest mieszanką do wulkanizacji o wysokim module sprężystości i ograniczonym tłumieniu. Ponadto, mieszanka ta zawierając krzemionkę koloidalną, będzie twardniała podczas składowania, co w istotny sposób zmienia charakterystykę absorberów energii w czasie składowania.

Znana z polskiego opisu patentowego nr 126 182 kompozycja polisiloksanowa, absorbująca energię mechaniczną, oparta jest na sprężystym, wysokocząsteczkowym polimerze borosiloksanowym, któremu nadaje się własności lepkie przez proste mieszanie z wysokocząsteczkowym polimerem metylofenylosilikonowym i dwumetylosilikonowym oraz z różnymi plastyfikatorami. Wadą tej kompozycji jest tworzenie mieszaniny polimerów przy ich ograniczonej mieszalności, co daje kompozycję niejednorodną, ulegającą rozwarstwieniu podczas składowania. Istotną wadą tej kompozycji jest też znaczny jej skurcz objętościowy podczas oziębiania, zmieniający charakterystykę absorberów energii, szczególnie ich tłumienie statyczne.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że pozbawiony opisanych wad jest hydrostatycznie tłumiący, absorbujący energię szoku i wibracji, niewulkanizujący elastomer silikonowy, uzyskany według przedstawionego wynalazku. Stwierdzono bowiem, że lepkim, wysokocząsteczkowym polimerom metylofenylosilikonowym można nadać określony moduł sprężystości bez ich wulkanizacji (stosowanej np. powszechnie w produkcji gumy). Moduł sprężystości zostaje wywołany przez utworzenie w przestrzeni pomiędzy łańcuchami metylofenylosiloksanu, jak na matrycy, centrów aktywnych z grupami OH tworzącymi w tej przestrzeni wiązania wodorowe. Tworzone centra aktywne powstają w wyniku kondensacji oligomerycznych polidwumetylosiloksanodioli lub (i) polimetylowodorosiloksanodioli z reaktywnymi związkami krzemu, boru lub azotu, kondensacji przebiegającej z uwolnieniem grup OH, tworzących wiązania wodorowe.

Stwierdzono ponadto, że moduł sprężystości można nadać opisaną wyżej metodą polimerom metylofenylosilikonowym o statystycznie rozłożonych segmentach z grupami dwufenylowymi lub (i) metylofenylowymi, tworzącymi bloki zawierające od 1 do 5 atomów krzemu, przy łącznym udziale grup fenylowych od 3% do 25% wagowych i masie cząsteczkowej polimeru od 150.000 do 800.000.

Stwierdzono, że korzystnie jest stosować polidwumetylosiloksanodiole o lepkości od 30 do 500 mPas, metylowodorosiloksanodiole o lepkości od 5 do 150 mPas, osobno lub w mieszaninie w ilości do 10 części wagowych na 1 część wagową polimeru metylofenylosilikonowego, ajako związki krzemu metylotrójacetoksysilan, jako związki boru - jego wodorotlenek, jako związki azotu dwuizocjanian toluilenu, używając je osobno lub w mieszaninie w ilości trzykrotnie wyższej od stechiometrycznej.

Hydrostatycznie tłumiący, absorbujący energię szoku i wibracji, niewulkanizujący elastomer silikonowy według wynalazku składa się z: bazowego, wysokocząsteczkowego polimeru metylo-fenylo-silikonowego (A) o statycznie rozłożonych atomach krzemu z grupami (CóHsty lub (i) grupami (CH 3)(C6H₅) pomiędzy atomami krzemu z grupami (CHiL, przy czym segmenty z fenylami zawierają od 1 do 5 atomów krzemu przy łącznej zawartości grup fenylowych w polimerze od 3% do 25% wagowych i masie cząsteczkowej od 150.000 do 800.000 oraz polimeru lepko-sprężystego (B) nadającego polimerowi (A) moduł sprężystości poprzez utworzenie wiązań wodorowych, przy czym polimer (B) formowany jest pomiędzy łańcuchami polimeru (A) jak na matrycy sterującej rozmieszczeniem centrów aktywnych, powstających przez kondensację oligomerów polidwumetylosiloksanodioli lub (i) metylowodorosiloksanodioli z reaktywnymi związkami boru, krzemu, azotu, stosowanymi osobno lub w mieszaninie, ponadto w skład elastomeru wchodzą napełniacze, smary, przewodniki ciepła i oleje ściśliwe, łącznie w ilości do 10 części wagowych na 1 część wagową sumy polimerów (A) i (B).

Korzystnie, gdy zawiera produkt kondensacji dwumetylosiloksanodioli lub (i) metylowodorosiloksanodioli ze związkami krzemu, boru i azotu, prowadzącej do formowania struktury

171 173 elastomeru i zachodzącej w temperaturze do 15O°C w obecności do 3% wagowych kwasów tłuszczowych.

, r>ł- » r s~\ 1 ·* /*% ** 1 ♦-* 1 - r\ 1-7 i ich i /Hj Ύ -rot, fi r\ ♦* fk ·»*> »- z-> z4 lzł Iz z-k ł-k x4 z-% z. z-k « « z.1 . z. 4. » Koizystnie, gdy pvnmui ivpkiw-oprię^Zystty by aiwiwa piduuti ouiiunuaavj o unouiiiciuw dwumetylosiloksanodioli o lepkości od 30 do 500 mPas lub oligomerów metylowodorosiloksanodioli o lepkości od 5 do 150 mPas stosowanych osobno lub w mieszaninie w proporcji od 0,01 do 10 części wagowych na 1 część wagową polimeru metylofenylosilikonowego (A).

Korzystnie, gdy lepko-spręzysty polimer (B) zawiera produkty reakcji kondensacji siloksanodioli ze związkami boru stosowanymi jako wodorotlenek, związkami krzemu jako metylotrójacetoksysilan, związkami azotu jako dwuizocjanian toluilenu, uZywanych w ilościach trzykrotnie większych niż stechiometryczne.

Korzystnie, gdy na 1 część wagową sumy polimerów silikonowych elastomer zawiera do 5 części wagowych napełniaczy, najlepiej talku, do 0,1 części wagowych przewodników ciepła, jak tlenek cynku, do 0,05 części wagowych smarów, jak sproszkowany policzterofluoroetylen, lub dwusiarczek molibdenu do 0,05 części wagowych olejów smarnych, jak oleju metylotrójfluoropropylosilikonowego o lepkości 500 mPas oraz do 0,5 części wagowych oleju ściśliwego, najlepiej metylosilikonowego o lepkości 5000 Pas.

Korzystnie, gdy zawiera polimer metylofenylosilikonowy mający 10% wagowych grup fenylowych o masie cząsteczkowej od 300.000 do 600.000, stosowany jest w bardzo niskich temperaturach, mający 20% wagowych grup fenylowych o masie cząsteczkowej 400.000 do 800.000, stosowany jest w wysokich temperaturach.

Stwierdzono, równocześnie, Ze elastomer według wynalazku wprowadzony do absorberów energii mechanicznej nadaje im jednocześnie w jednym urządzeniu, własności sprężyny oraz tłumika hydraulicznego.

Przykład I. Elastomer silikonowy o własnościach lepko-sprężystych przeznaczony do pracy w temperaturze od -60°C do +100°C, formułuje się w mieszalniku z 95 kg bazowego polimeru metylofenylosilikonowego o zawartości 10%o wagowych grup fenylowych i masie cząsteczkowej 400.000 przez utworzenie wiązań wodorowych i nadanie temu polimerowi własności sprężystych w wyniku kondensacji 5 kg polidwumetylosiloksanodiolu o lepkości 100 mPas z 0,1 kg wodorotlenku boru, które uprzednio były wprowadzone pomiędzy łańcuchy metylofenylosiloksanu i poddane ogrzewaniu w 100°C pod próżnią wobec 0,1 kg kwasów tłuszczowych z oleju rzepakowego. Termiczne formowanie w.w. polimerów trwa 4 godziny, po czym formuje się elastomer w postaci finalnej przez dodanie: 100 kg talku, 5 kg oleju metylosilikonowego o lepkości 5000 Pas, 1 kg tlenku cynku, 0,5 kg dwusiarczku molibdenu i 1 kg oleju silikonowego o lepkości 300 mPas. Otrzymany elastomer ma konsystencję lekko sprężystej plasteliny koloru szarego, swobodnie pozostawiony rozpływa się. Lepkość tego elastomeru zależy od szybkości ścinania przyłożonych sił, a w warunkach dynamicznie działających sił, charakteryzuje się znacznym modułem sprężystości i wysokim tłumieniem w szerokim zakresie temperatur.

Przykład II. Elastomer silikonowy o właściwościach lepko-sprężystych przeznaczony do pracy w temperaturze od -40°C do +100°C formułuje się z 70 kg polimeru metylofenylosilikonowego, zawierającego 10% wagowych grup fenylowych, o masie cząsteczkowej 500 000, przez nadanie własności sprężystych na drodze wytworzenia wiązań wodorowych między łańcuchami metylofenylosiloksanu w wyniku kondensacji 30 kg polidwumetylosiloksanodiolu o lepkości 100 mPas z 0,3 kg wodorotlenku boru wobec 0,1 kg kwasów tłuszczowych typu kwasu olejowego, przebiegającej w temperaturze 100°C i pod próżnią. Formowanie w.w. polimerów trwa 4 godziny, po czym formuje się elastomer przez wprowadzenie do kompozycji polimerów 100 kg talku, 50 kg oleju metylosilikonowego o lepkości 8000 Pas, 3 kg grafitu, 1 kg oleju metylosilikonowego o lepkości 300 mPas. Po 3 do 4 godzinach elastomer jest gotowy do stosowania. Elastomer ma konsystencję ciastowatą, koloru ciemnoszarego, pozostawiony swobodnie rozpływa się. W warunkach statycznych jest wysokolepką cieczą zdolną do hydrostatycznego przepływu pod naciskiem. W warunkach dynamicznie działających sił charakteryzuje się wysokim modułem sprężystości. Opisany elastomer stosuje się do napełnianiapod ciśnieniem 20 Pa amortyzatorów zderzaka kolejowego dla ciężkich wagonów towarowych.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Hydrostatycznie tłumiący, absorbujący energię szoku i wibracji, niewulkanizujący elastomer silikonowy, zawierający w swoim składzie polimery polisiloksanowe, związki krzemu, boru, azotu oraz napełmacze, smary, przewodniki ciepła, znamienny tym, że składa się z: bazowego, wysokocząsteczkowego polimeru metylo-fenylo-silikonowego (A) o statystycznie rozłożonych atomach krzemu z grupami (CgHsh lub (i) grupami (CH 3)( C6H 5) pomiędzy atomami krzemu z grupami (CH3)2, przy czym segmenty z fenylami zawierają od 1 do 5 atomów krzemu przy łącznej zawartości grup fenylowych w polimerze od 3% do 25% wagowych i masie cząsteczkowej od 150.000 do 800.000 oraz polimeru lepko-sprężystego (B) nadającego polimerowi (A) moduł sprężystości poprzez utworzenie wiązań wodorowych, przy czym polimer (B) formowany jest pomiędzy łańcuchami polimeru (A) jak na matrycy sterującej rozmieszczeniem centrów aktywnych, powstających przez kondensację oligomerów polidwumetylosiloksanodioli lub (i) metylowodorosiloksanodioli z reaktywnymi związkami boru, krzemu, azotu, stosowanymi osobno lub w mieszaninie, ponadto w skład elastomeru wchodzą napełniacze, smary, przewodniki ciepła i oleje ściśliwe, łącznie w ilości do 10 części wagowych na 1 część wagową sumy polimerów (A) i (B).
2. Elastomer silikonowy według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera produkt kondensacji dwumetylosiloksanodioli lub (i) metylowodorosiloksanodioli ze związkami krzemu, boru i azotu, prowadzącej do formowania struktury elastomeru i zachodzącej w temperaturze do 150°C w obecności do 3% wagowych kwasów tłuszczowych.
3. Elastomer silikonowy według zastrz. 1, znamienny tym, ze polimer lepko-sprężysty (B) zawiera produkt kondensacji oligomerów dwumetylosiloksanodioli o lepkości od 30 do 500 mPas lub oligomerów metylowodorosiloksanodioli o lepkości od 5 do 150 mPas stosowanych osobno lub w mieszaninie w proporcji od 0,01 do 10 części wagowych na 1 część wagową polimeru metylofenylosilikonowego (A).
4. Elastomer silikonowy według zastrz. 1, znamienny tym, że lepko-sprężysty polimer (B) zawiera produkty reakcji kondensacji siloksanodioli, ze związkami boru stosowanymi jako wodorotlenek, związkami krzemu jako metylotrójacetoksysilan, związkami azotu jako dwuizocjanian toluilenu, używanych w ilościach trzykrotnie większych niż stechiometryczne.
5. Elastomer silikonowy według zastrz. 1, znamienny tym, że na 1 część wagową sumy polimerów silikonowych zawiera: do 5 części wagowych napełniaczy, korzystnie talku, do 0,1 części wagowych przewodników ciepła, korzystnie tlenku cynku, do 0.05 części wagowych smarów, korzystnie sproszkowanego policzterofluoroetylenu, do 0,05 części wagowych olejów smarnych, korzystnie oleju metylotrójfluoropropylosilikonowego o lepkości 500 mPas oraz do 0,5 części wagowych oleju ściśliwego, korzystnie metylosilikonowego o lepkości 5000 Pas.
6. Elastomer silikonowy według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera polimer metylofenylosilikonowy mający 10% wagowych grup fenylowych o masie cząsteczkowej od 300.000 do 600.000, gdy stosowany jest w bardzo niskich temperaturach i mający 20% wagowych grup fenylowych o masie cząsteczkowej 400.000 do 800.000, gdy stosowany jest w wysokich temperaturach.

* * *