PL221843B1

PL221843B1 - Kompozycja przeznaczona na płyty uszczelniające

Info

Publication number: PL221843B1
Application number: PL401840A
Authority: PL
Inventors: Ludomir Ślusarski; Grażyna Janowska; Rafał Anyszka; Paweł Myjak; Paweł Szulz
Original assignee: Gambit Lubawka Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością; Politechnika Łódzka
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2016-06-30
Also published as: PL401840A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest kompozycja przeznaczona na płyty uszczelniające o polepszonych właściwościach mechanicznych.

Z opisu patentowego PL 174 805 jest znana kompozycja przeznaczona na płyty uszczelniające, zawierająca fibrylizowane włókno z poliamidu aromatycznego, ewentualnie z dodatkiem innych włókien syntetycznych lub naturalnych w ilości 13-25% wagowych, kauczuk lub mieszaninę kauczuków wiążących w ilości 13-25% wagowych, napełniacz lub napełniacze w ilości 40-73% wagowych, dyspergatory w postaci żywic kondensacyjnych, kalafonii, małocząsteczkowych kauczuków lub małocząsteczkowych polimerów, korzystnie z grupami funkcyjnymi, jak karboksylowe lub nitrowe, w ilości 1-20% wagowych. Sposób przygotowania tej kompozycji polega na tym, że wpierw sporządza się przedmieszkę fibrylizowanego włókna z kauczukiem lub kauczukami oraz z dyspergatorem za pomocą walcarki, wytworzoną przedmieszkę spęcznia się w rozpuszczalniku właściwym dla użytego kauczuku lub kauczuków i następnie miesza w mieszalniku z napełniaczem lub napełniaczami oraz ewentualnie z innymi włóknami, przy czym odrębnie sporządza się kompozycję na dekę płyty i odrębnie na masę płyty, po czym z kompozycji tych, przy pomocy kalandra dwuwalcowego, formuje się dekę oraz masę płyty uszczelniającej.

Ze zgłoszenia patentowego P. 385727 jest znana kompozycja przeznaczona na płyty uszczelniające, zawierająca w procentach wagowych: 3-20% kauczuku wielkocząsteczkowego, 3-20% oligomeru właściwego dla danego kauczuku, 4-70% włókien syntetycznych lub naturalnych, 30-70% ₃ napełniaczy aktywnych i nieaktywnych, 1-5% środków sieciujących, toluen w ilości do 20 dm³ na 100 kg ₃ suchej masy i alkohol etylowy w ilości do 20 dm³ na 100 kg suchej masy. W celu przygotowania tej kompozycji najpierw wstępnie miesza się napełniacze mineralne, kauczuk proszkowy i zespół sieciowy oraz dodaje część toluenu, następnie dodaje się oligomer, resztę toluenu i po wymieszaniu dodaje się włókna mineralne lub naturalne. Po wymieszaniu tych składników dodaje się alkohol etylowy i całość miesza dalej.

Znana jest także kompozycja przeznaczona na płyty uszczelniające, zawierająca w procentach wagowych: 10-15% kauczuku, 4-70% włókien syntetycznych lub naturalnych, 30-70% napełniaczy, do 5% tlenku cynku, do 2% przeciwutleniaczy i dyspergatorów, do 0,3% siarki, do 0,6% przyspieszacza wulkanizacji, a nadto toluen w ilości do 22% w stosunku do suchej masy kompozycji i etanol w ilości do 20% w stosunku do suchej masy kompozycji.

Płyty uszczelniające są swego rodzaju kompozytami, w których kauczuk stanowi fazę wiążącą (osnowę) a napełniacze włókniste i dyspersyjne fazę rozproszoną (zwaną zbrojeniem). Metodami mikroskopii skaningowej (SEM) i atomowej (ATM) ustaliliśmy, iż kauczuk, po wulkanizacji płyt, nie tworzy fazy ciągłej lecz występuje w postaci cienkich, silnie zdefektowanych błonek. Pogarsza to, w znacznym stopniu, właściwości mechaniczne płyt oraz ich szczelność.

Kompozycja według wynalazku powstała w wyniku poszukiwania sposobu rozwiązania tego problemu.

Kompozycja przeznaczona na płyty uszczelniające, zawierająca 10-15% wagowych kauczuku butadienowo-akrylonitrylowego, 14-35% wagowych włókien naturalnych lub syntetycznych, 0,5-5% wagowych tlenku cynku, 2% wagowych środków pomocniczych tj. przeciwutleniaczy i dyspergatorów, 0,3% wagowych siarki, 0,6% wagowych przyspieszaczy wulkanizacji, 49-70% wagowych napełniaczy jak krzemionka, kreda, baryt, talk, kaolin, toluen w ilości 20-22% wagowych w stosunku do suchej masy kompozycji, etanol w ilości 14-20% wagowych w stosunku do suchej masy kompozycji, według wynalazku, talku zawiera 9-10% wagowych, a nadto zawiera żywicę epoksydową lub fenolowoformaldehydową w ilości 1-5% wagowych z dodatkiem utwardzacza użytego w ilości 0,2-0,5% wagowych, bądź nanonapełniacz, korzystnie modyfikowany montmorylonit w postaci nanocząstek, w ilości 1-10% wagowych. Jako utwardzacz żywicy epoksydowej stosuje się poliaminoamid, zaś jako utwardzacz żywicy fenolowo-formaldehydowej stosuje się urotropinę.

Mechanizm działania obu rodzajów modyfikatorów jest odmienny. Użycie jako składnika kompozycji na płyty żywicy z dodatkiem utwardzacza zwiększa zawartość fazy polimerowej w masie płyty i jej oddziaływania z napełniaczami dyspersyjnymi i włóknistymi, dzięki czemu następuje poprawa właściwości mechanicznych płyty. Natomiast użycie jako składnika kompozycji nanonapełniacza o bardzo małych rozmiarach cząstek (poniżej 100 nm) i bardzo dużej powierzchni właściwej (sięgają₃ cej 300 m³/g), wypełniającego luki w strukturze materiału płyty i również zdolnego do oddziaływań z jej komponentami, poprawia morfologię i właściwości mechaniczne płyty.

PL 221 843 B1

Sposób według wynalazku ilustrują poniższe przykłady z powołaniem się na rysunek, na którym fig. 1 przestawia zdjęcia płyty nie zawierającej nanonapełniacza, wykonane metodą SEM, zaś fig. 2 zdjęcia płyty zawierającej 10% wagowych nanonapełniacza, wykonane metodą SEM.

P r z y k ł a d I

Przygotowano kompozycję o następującym składzie w % wagowych:

kauczuk butadienowo-akrylonitrylowy

Perbunan NT 3945 - 12,6%, napełniacz włóknisty - włókno aramidowe - 4%, włókno skalne - 10%, napełniacze - krzemionka, kreda, baryt i kaolin - 54,5% napełniacz - talk - 10%, tlenek cynku - 0,5%, środki pomocnicze (przeciwutleniacz Flectol H i dyspergator Casiflux FG 20) - 2%, siarka - 0,3%, przyspieszacze MBT (2-merkaptobenzotiazol) i TMTD (disiarczek tetrametylotiuramu) - 0,6%, żywica epoksydowa Epidian 61 - 5%, utwardzacz PAT 115 (poliaminoamid) - 0,5% oraz w stosunku do suchej masy kompozycji toluenu - 22% etanolu ' - 14,5%.

Kompozycję tę przygotowano w następujący sposób. Kauczuk w postaci proszku zmieszano ze składnikami stałymi w mieszarce zaopatrzonej w chopper o liczbie obrotów 3000, w ciągu 16 min., następnie dodano toluen i kontynuowano mieszanie w ciągu 80 min. i w końcu dodano etanol i mieszano nadal uzyskaną masę w ciągu 60 min. Z przygotowanej kompozycji uformowano płytę za pomocą dwuwalcowego kalandra laboratoryjnego, którego walec formujący miał temperaturę 130°C, a walec dociskowy 15°C. Czas formowania wynosił 12 min. W trakcie formowania płyty ulegały odparowaniu zastosowane rozpuszczalniki toluen i etanol, które usuwano do atmosfery za pomocą instalacji wentylacyjnej o dużej mocy. Zrezygnowano z nałożenia bardzo cienkich warstw - dolnej i górnej. Następnego dnia zbadano właściwości gotowej płyty.

Właściwości płyty były następujące:

wytrzymałość na rozciąganie 7 MPa, ściśliwość 8,5%, powrót elastyczny 40%, twardość 86° Sh, rozdzierność 6,6 N/mm.

Dla celów porównawczych przygotowano także kompozycję o składzie w % wagowych: kauczuk butadienowo-akrylonitrylowy

Perbunan NT 3945 - 12,6%, napełniacz włóknisty - włókno aramidowe - 4%, włókno skalne - 10%, napełniacze - krzemionka, kreda, baryt i kaolin - 54,5%, napełniacz - talk - 15,5% tlenek cynku - 0,5%, środki pomocnicze (przeciwutleniacz Flectol H i dyspergator Casiflux FG 20) - 2%, siarka - 0,3%, przyspieszacze MBT (2-merkaptobenzotiazol),

TMTD (disiarczek tetrametylotiuramu) - 0,6% oraz w stosunku do suchej masy kompozycji toluenu - 22% etanolu - 14,5%.

Kompozycję przygotowano postępując jak opisano wyżej. Z kompozycji tej uformowano płytę postępując także jak opisano wyżej.

PL 221 843 B1

Właściwości tej płyty były następujące: wytrzymałość na rozciąganie 6 MPa, ściśliwość 9%, powrót elastyczny 45%, twardość 82° Sh, rozdzierność 5,5 N/mm.

P r z y k ł a d II

Przygotowano kompozycję o składzie w % wagowych:

kauczuk butadienowo-akrylonitrylowy

Perbunan NT 3945 - 12,6%, napełniacz włóknisty - włókno aramidowe - 4%, włókno skalne - 10%, napełniacze - krzemionka, kreda, baryt i kaolin - 54,5%, napełniacz - talk - 10%, tlenek cynku - 0,5%, środki pomocnicze (przeciwutleniacz Flectol H i dyspergator Casiflux FG 20) - 2%, siarka - 0,3%, przyspieszacze MBT (2-merkaptobenzotiazol),

TMTD (disiarczek tetrametylotiuramu - 0,6%, żywica fenolowo-formaldehydowa Nowolak 7 - 5%, utwardzacz - urotropina - 0,5% oraz w stosunku do suchej masy kompozycji toluenu - 22% etanolu - 14,5%.

Kompozycję przygotowano postępując jak w przykładzie I. Z kompozycji tej uformowano płytę postępując także jak w przykładzie I.

Właściwości tej płyty były następujące: wytrzymałość na rozciąganie 6,5 MPa, ściśliwość 8%, powrót elastyczny 48%, twardość 85° Sh, rozdzierność 6,1 N/mm.

P r z y k ł a d III

Przygotowano kompozycję o następującym składzie w % wagowych: kauczuk butadienowo-akrylonitrylowy

EUROPRENE N3380P - 11,5%, włókna mineralne (bazaltowe, wollastonit) - 35%, napełniacze - krzemionka, kreda, baryt i kaolin - 40%, napełniacz - talk - 9%, nanonapełniacz (Nano-Bent produkcji ZMG „Zębiec” - 1%, tlenek cynku - 0,6%, środki pomocnicze (przeciwutleniacz Flectol H, dyspergator Casiflux FG 20) - 2%, siarka - 0,3%, przyspieszacze MBT (2-merkaptobenzotiazol),

TMTD (disiarczek tetrametylotiuramu) - 0,6%, oraz w stosunku do suchej masy kompozycji toluenu - 20% etanolu - 14%.

Przygotowano także kompozycje zawierające 0%, 5% i 10% nanonapełniacza i talku odpowiednio 10%, 5% i 0%, a także kompozycję zawierającą 15% nanonapełniacza, 0% talku i 5% kaolinu.

Kompozycje przygotowano postępując jak w przykładzie I. Z kompozycji tych uformowano płyty postępując także jak w przykładzie I.

Metodą elektronowej mikroskopii skanującej (SEM) zbadano morfologię płyty nie zawierającej nanonapełniacza (fig. 1) oraz płyty zawierającej 10% nanonapełniacza (fig. 2) przy powiększeniu

PL 221 843 B1

2.500x i 10.000x. Okazało się, że nanocząstki są zdyspergowane równomiernie w masie materiału i przyczyniają się do wyraźnej poprawy morfologii płyty. Jest to spowodowane oddziaływaniem nanocząstek zarówno z kauczukiem jak i napełniaczami, dzięki czemu następuje wzrost kohezji i adhezji całego układu.

Nadto zbadano odporność na rozdzieranie i twardość płyt zawierających 0,1, 5, 10 i 15% nanonapełniacza.

Wyniki przedstawiono w poniższej tabeli.

T a b e l a

Zawartość nanonapełniacza [% wagowe]	Odporność na rozdzieranie [N/mm]	Twardość [° Sh]
0	4,2	84
1	6,3	86
5%	6,2	87
10%	6,1	88
15%	próbki zbyt kruche do badania	-

Stwierdzono, że korzystny wpływ na właściwości płyt wywiera nanonapełniacz dodany w ilości nieprzekraczającej 10% wagowych. Wprowadzenie większej ilości nanonapełniacza powoduje nierównomierny wzrost twardości płyt, a jednocześnie stają się one zbyt kruche.

Claims

Kompozycja przeznaczona na płyty uszczelniające, zawierająca 10-15% wagowych kauczuku butadienowo-akrylonitrylowego, 14-35% wagowych włókien naturalnych lub syntetycznych, 0,5-5% wagowych tlenku cynku, 2% wagowych środków pomocniczych tj. przeciwutleniaczy i dyspergatorów, 0,3% wagowych siarki, 0,6% wagowych przyspieszaczy wulkanizacji, 49-70% wagowych napełniaczy jak krzemionka, kreda, baryt, talk, kaolin, toluen w ilości 20-22% wagowych w stosunku do suchej masy kompozycji, etanol w ilości 14-20% wagowych w stosunku do suchej masy kompozycji, znamienna tym, że talku zawiera 9-10% wagowych, a nadto zawiera żywicę epoksydową lub fenolowo-formaldehydową w ilości 1-5% wagowych z dodatkiem utwardzacza użytego w ilości 0,2-0,5% wagowych, bądź nanonapełniacz, korzystnie modyfikowany montmorylonit w postaci nanocząstek, w ilości 1-10% wagowych, przy czym jako utwardzacz żywicy epoksydowej stosuje się poliaminoamid, zaś jako utwardzacz żywicy fenolowo-formaldehydowej stosuje się urotropinę.