PL242258B1 - Kompozyty poliamidowe z aerożelowym napełniaczem hybrydowym - Google Patents

Kompozyty poliamidowe z aerożelowym napełniaczem hybrydowym Download PDF

Info

Publication number
PL242258B1
PL242258B1 PL430666A PL43066619A PL242258B1 PL 242258 B1 PL242258 B1 PL 242258B1 PL 430666 A PL430666 A PL 430666A PL 43066619 A PL43066619 A PL 43066619A PL 242258 B1 PL242258 B1 PL 242258B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
graphene
airgel
silica
polyamide
composites
Prior art date
Application number
PL430666A
Other languages
English (en)
Other versions
PL430666A1 (pl
Inventor
Regina JEZIÓRSKA
Regina Jeziórska
Agnieszka Szadkowska
Ewa Spasówka
Magdalena Żubrowska
Jacek Dzierżawski
Jakub Ruciński
Janusz Kolasa
Janusz Stasiński
Maciej Studziński
Katarzyna Suwała
Marek Panasiuk
Original Assignee
Inst Chemii Przemyslowej Im Prof Ignacego Moscickiego
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 Inst Chemii Przemyslowej Im Prof Ignacego Moscickiego filed Critical Inst Chemii Przemyslowej Im Prof Ignacego Moscickiego
Priority to PL430666A priority Critical patent/PL242258B1/pl
Publication of PL430666A1 publication Critical patent/PL430666A1/pl
Publication of PL242258B1 publication Critical patent/PL242258B1/pl

Links

Landscapes

  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

Przedmiotem wynalazku są kompozyty poliamidowe z aerożelowym napełniaczem hybrydowym, ewentualnie zawierające bezwodnik maleinowy, które zawierają od 0,1 do 2% masowych aerożelu krzemionkowo-grafenowego. Kompozyty poliamidowe charakteryzują się lepszymi właściwościami mechanicznymi i termicznymi, zwłaszcza dużą odpornością cieplną, wytrzymałością na rozciąganie i zginanie, sztywnością i udarnością, a także mniejszą chłonnością wody.

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku są kompozyty poliamidowe zawierające napełniacz hybrydowy w postaci aerożelu krzemionkowo-grafenowego.
Poliamidy (PA) są grupą tworzyw konstrukcyjnych charakteryzujących się dużą wytrzymałością na zginanie, stabilnością termiczną i odpornością na ścieranie oraz stosunkowo dobrymi właściwościami przetwórczymi. Jednak zbyt duża chłonność wilgoci oraz właściwości mechaniczne zmieniające się wraz z zawartością wilgoci znacznie ograniczają ich zastosowanie.
W literaturze opisano stosowanie różnego rodzaju napełniaczy do modyfikacji poliamidów w celu otrzymania tworzyw do specjalnych zastosowań. Niewielki dodatek napełniacza, który często pełni również funkcję modyfikatora, przyczynia się do zmiany właściwości mechanicznych, termicznych i barierowych tych polimerów.
Tlenek grafenu (GO) ze względu na swoje istotne właściwości związane z dobrą zdolnością do dyspersji, dużym modułem sprężystości przy rozciąganiu, dużą wytrzymałością mechaniczną i silną zdolnością wiązania z łańcuchami polimerowymi (obecność grup funkcyjnych), znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle, m.in. optoelektronice i biomedycynie.
W publikacji V Panwar, A Chattree, K Pal, Effect of nanoclay on thermomechanical behaviour of graphene oxide/polymer composites, Procedia Engineering 2017, 216, 101-110, przedstawiono kompozyty PA 66/grafen, które modyfikowano nanokrzemianami w celu zwiększenia ich wytrzymałości na rozciąganie i zginanie.
Wprowadzenie tlenku grafenu i jego pochodnych do PA 6 na etapie polimeryzacji skutkuje zwiększeniem sztywności i poprawą przewodnictwa elektrycznego poliamidu, co zostało opisa ne w publikacji Y.X. Pan, Z.Z. Yu, Y.C. Ou, G.H. Hu, A new process of fabricating electrically conducting nylon 6/graphite nanocomposites via intercalation polymerization, J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys. 2000, 38, 1626-1633.
Z kolei w publikacji R. Rehman, C. Dongyu, J. Jie, S. Mo, Increasing the toughness of nylon 12 by the incorporation of functionalized graphene, Carbon 2010, 48, 4309-4314, potwierdzono, że dodatek tlenku grafenu do PA 12 na etapie przetwórstwa zwiększa jego wytrzymałość na rozciąganie i udarność.
Z publikacji D. Yuan, B. Wang, L. Wang i in. Unusual toughening effect of graphene oxide on the graphene oxide/nylon 11 composites prepared by in situ melt poly-condensation, Composites: Part B. 2013, 55, 215-220 oraz J. Jin, R. Rafiq, Y.Q. Gill, M. Song, Preparation and characterization of high performance of graphene/nylon nanocomposites, Eur. Polym. J. 2013, 49, 2617-2626, znane są również kompozyty PA11 z tlenkiem grafenu charakteryzujące się poprawionymi właściwościami mechanicznymi oraz trybologicznymi.
W publikacjach K. Yu, M. Wang, K. Qian, X. Lu, J. Sun, The synergy effect of graphene/SiO2 hybrid materials on reinforcing and toughening epoxy resin, Fibers Polym. 2016, 17 (3), 453-459, oraz Tomar, Sanjiv, Innovative nanotechnology applications in automobiles, Int. J. Eng. Res. Technol. 2012, 1 (10), opisano zastosowanie nanonapełniaczy hybrydowych łączących zalety tlenku grafenu i krzemionki (GO-SiO2). Kompozyty polimerowe z ich udziałem charakteryzowały się poprawionymi właściwościami, w porównaniu z kompozytami zawierającymi tylko GO czy SO2, w tym zwiększoną odporność na korozję, mniejszą skłonnością do pękania powierzchni powłok oraz degradacji UV.
W literaturze wskazuje się na wiele zalet wynikających ze stosowania w kompozytach polimerowych aerożeli krzemionkowych. Są to ultralekkie materiały, które ze względu na dużą porowatość, małą gęstość i dużą powierzchnię właściwą charakteryzują się doskonałymi właściwościami izolacyjnymi.
Stwierdzono, że odpowiednio niewielki dodatek napełniacza hybrydowego w postaci aerożelu krzemionkowo-grafenowego, ewentualnie z dodatkiem kompatybilizatora w postaci bezwodnika maleinowego, wprowadzony do poliamidu na etapie przetwórstwa powoduje istotną poprawę właściwości mechanicznych i termicznych polimeru oraz mniejszą chłonność wody. Dodatek kompatybilizatora poprawia wiązanie aktywnych grup tlenowych pochodzących od tlenku grafenu z grupami hydroksylowymi pochodzącymi od krzemionki.
Kompozyty poliamidowe z aerożelowym napełniaczem hybrydowym, ewentualnie zawierające bezwodnik maleinowy, według wynalazku zawierają od 0,1 do 2% masowych, w przeliczeniu na masę kompozytu, aerożelu krzemionkowo-grafenowego, otrzymanego metodą zol-żel.
Korzystnie kompozyty poliamidowe zawierają aerożel krzemionkowo-grafenowy o powierzchni właściwej od 580 do 750 m2/g i średniej wielkości porów od 11 do 18 nm.
Korzystnie kompozyty poliamidowe zawierają aerożel krzemionkowo-grafenowy o zawartości tlenku grafenu od 0,04 do 1% masowych (w przeliczeniu na masę aerożelu), najkorzystniej od 0,08 do 0,8% masowych.
Dla kompozytów poliamidowych według niniejszego wynalazku zwłaszcza korzystny jest aerożel krzemionkowo-grafenowy otrzymany metodą zol-żel, zgodnie z polskim zgłoszeniem patentowym P-421291.
Kompozyty poliamidowe z hybrydowym napełniaczem wytwarza się w procesie wytłaczania podczas którego następuje zmieszanie uplastycznionego tworzywa polimerowego z napełniaczem. Wytłaczanie prowadzi się w temperaturze 230-260°C, zależnej od rodzaju stosowanego poliamidu. Proces polega na tym, że uprzednio wysuszony poliamid oraz ewentualnie bezwodnik maleinowy, w ilości od 0,1 do 2% masowych (w przeliczeniu na masę kompozytu), wprowadza się do leja zasypowego dwuślimakowej wytłaczarki współbieżnej, a następnie do uplastycznionego polimeru wprowadza się w postaci bardzo drobnego granulatu aerożel krzemionkowo-grafenowy, w ilości w od 0,1 do 2% masowych (w przeliczeniu na masę kompozytu).
Kompozyty poliamidowe z aerożelem krzemionkowo-grafenowym według wynalazku charakteryzują się lepszymi właściwościami mechanicznymi i termicznymi, zwłaszcza dużą odpornością cieplną, wytrzymałością na rozciąganie i zginanie, sztywnością i udarnością, a także mniejszą chłonnością wody. Przeznaczone są do stosowania przede wszystkim w przemyśle tekstylnym, maszynowym, motoryzacyjnym i spożywczym, m.in. do produkcji włókien, spadochronów, kół zębatych, łożysk, kordów opon, pokryw silnika i osłon paska rozrządu.
Przedmiot wynalazku ilustrują poniższe przykłady.
W Tabelach 1, 2, 3 scharakteryzowano kolejno napełniacz hybrydowy w postaci aerożelu krzemionkowo-grafenowego oraz kompozyty poliamidowe z jego udziałem
Przykład I
99,75% mas. poliamidu 6 (PA6) i 0,25% mas. aerożelu krzemionkowo-grafenowego, o zawartości tlenku grafenu (GO) 0,36% mas., powierzchni właściwej 610 m2/g i średniej wielkości porów 11,4 nm, dozowano dozownikami masowymi do leja zasypowego wytłaczarki dwuślimakowej współbieżnej o profilu mieszająco-ścinającym, wyposażonej w ślimaki z możliwością bezstopniowej regulacji obrotów i długości układu uplastyczniającego 33D. Podczas wytłaczania utrzymywano stałą temperaturę głowicy wytłaczarskiej 235°C oraz stref grzejnych układu uplastyczniającego wytłaczarki 230-240°C, przy stałej szybkości obrotowej ślimaków 150 min-1. Po przejściu przez kąpiel wodną produkt zgranulowano.
Przykład II
Do otrzymania kompozytu w sposób opisany w przykładzie I zastosowano aerożel krzemionkowo-grafenowy o zawartości GO 0,8% mas., powierzchni właściwej 603 m2/g i średniej wielkości porów 16,7 nm.
Przykład III
Do otrzymania kompozytu w sposób opisany w przykładzie I zastosowano 99,0% mas. PA6 i 1% mas. aerożelu krzemionkowo-grafenowego o zawartości GO 0,24% mas., powierzchni właściwej 624 m2/g i średniej wielkości porów 17,2 nm.
Przykład IV
99,00% mas. poliamidu 6.6 0,5% mas. bezwodnika maleinowego oraz 0,5% mas. aerożelu krzemionkowo-grafenowego o zawartości GO 0,16% mas., powierzchni właściwej 590 m2/g i średniej wielkości porów 15,9 nm dozowano dozownikami masowymi do leja zasypowego wytłaczarki dwuślimakowej współbieżnej o profilu mieszająco-ścinającym, wyposażonej w ślimaki z możliwością bezstopniowej regulacji obrotów i długości układu uplastyczniającego 51D. Podczas wytłaczania utrzymywano stałą temperaturę głowicy wytłaczarskiej 235°C oraz stref grzejnych układu uplastyczniającego wytłaczarki 230-240°C, przy stałej szybkości obrotowej ślimaków 100 min-1. Po przejściu przez kąpiel wodną produkt zgranulowano.
Przykład V
99,50% mas. poliamidu 6.6 i 0,5% mas. aerożelu krzemionkowo-grafenowego o zawartości GO 0,08% mas., powierzchni właściwej 635 m2/g i średniej wielkości porów 16,5 nm, dozowano dozownikami masowymi do leja zasypowego wytłaczarki dwuślimakowej współbieżnej o profitu mieszająco-ścinającym, wyposażonej w ślimaki z możliwością bezstopniowej regulacji obrotów i długości układu uplastyczniającego 48D. Podczas wytłaczania utrzymywano stałą temperaturę głowicy wytłaczarskiej 235°C oraz stref grzejnych układu uplastyczniającego wytłaczarki 240-260°C, przy stałej szybkości obrotowej ślimaków 250 min-1. Po przejściu przez kąpiel wodną produkt zgranulowano.
PL 242258 Β1
Przykład VI
99,25% mas. poliamidu 6.6, 0,5% mas. bezwodnika maleinowego oraz 0,25% mas. aerożelu krzemionkowo-grafenowego o zawartości GO 0,32% mas., powierzchni właściwej 710 m2/g i średniej wielkości porów 14,5 nm, dozowano dozownikami masowymi do leja zasypowego wytłaczarki dwuślimakowej współbieżnej o profilu mieszająco-ścinającym, wyposażonej w ślimaki z możliwością bezstopniowej regulacji obrotów i długości układu uplastyczniającego 33D. Podczas wytłaczania utrzymywano stałą temperaturę głowicy wytłaczarskiej 235°C oraz stref grzejnych układu uplastyczniającego wytłaczarki 240-250°C, przy stałej szybkości obrotowej ślimaków 150 min'1. Po przejściu przez kąpiel wodną produkt zgranulowano.
Przykład VII
Do otrzymania kompozytu w sposób opisany w przykładzie V zastosowano 96,5% mas. poliamidu 6.6, 1,5% mas. bezwodnika maleinowego oraz 2% mas. aerożelu krzemionkowo-grafenowego o zawartości GO 0,36% mas., powierzchni właściwej 610 m2/g i średniej wielkości porów 11,4 nm.
Przykład VIII
Do otrzymania kompozytu w sposób opisany w przykładzie V zastosowano 99,0% mas. poliamidu 6.6, 0,5% mas. bezwodnika maleinowego oraz 0,5% mas. aerożelu krzemionkowo-grafenowego o zawartości GO 0,36% mas., powierzchni właściwej 610 m2/g i średniej wielkości porów 11,4 nm.
Tabela 1. Charakterystyka aerozoli krzemionkowo-grafenowych*
Lp. Zawartość GO [% mas. w stosunku do aerożelu] Przewodność cieplna [W/mK] Gęstość nasypowa [g/cm’j Powierzchnia właściwa [m2/g] Objętość mezoporów [cm’/g] Średnia wielkość porów [nm]
“T- 0.16 0,025 0,060 590 1,74 15,9
2 0,36 0,029 0,128 6)0 1,12 11,4
3 0,08 0,027 0,071 635 1,85 16,5
4 5 0,24 0,32 0,024 0,082 624 1,96 17,2
0,027 0,071 710 1,56 14,5
6 0,80 0,025 0,116 603______ 1,79 ____16,7____
* Powierzchnię właściwą, średnią wielkość porów oraz objętość mczoporów stosowanych aerozoli krzcmionkowo-grafcnowych scharakteryzowano za pomocą metody niskotemperaturowej adsorpcji azotu BET. stosując urządzenie TriStar II 3020 VI.03. firmy Micromcndcs Przewodność cieplną oznaczono za pomocą aparatu FOX200.
Tabela 2. Charakterystyka kompozytów PA6 z napełniaczem hybrydowym.
Właściwości PA 6 Przykład
1 U ΠΙ IV
Moduł sprężystości przy rozciąganiu [MPa] 2970 3300 3450 3800 4100
Wytrzymałość na rozciąganie[MPa] 73 78 80 76 80
Wydłużenie względne przy zerwaniu [%J 34 26 27 5 44
Moduł sprężystości przy zginaniu [MPa] 2200 2320 2360 2380 2440
Wytrzymałość na zginanie [MPa] 90 96 96 95 97
Udamość z karbem wg Charpy’ego [kJ/m2] 6 6 6 5 7
Temperatura HDT [°C] 51 53 55 52 51
Tnax [°C] 449 460 465 450 451
Chłonność wody [%] 1,87 1,26 1,22 1,20 1,29
PL 242258 Β1
Tabela 3. Charakterystyka kompozytów PA66 z napelniaczem hybrydowym
Właściwość PA 66 Przykład
V VI VII VIII
Moduł sprężystości przy rozciąganiu [MPa] 3100 3575 3920 3880 3600
Wytrzymałość na rozciąganie [MPa] 75 65 77 60 54
Wydłużenie względne przy zerwaniu [%J 9 30 6 42 31
Moduł sprężystości przy zginaniu [MPa] 2300 2200 2125 2070 2080
Wytrzymałość na zginanie [MPa] 82 98 95 92 94
Udamość z karbem wg Charpy’ego [kJ/m2] 3 5 5 6 6
Temperatura HDT [°C] 60 62 60 60 56
T^C]___________ 456 462 463 468 453
Chłonność wody [%] 0,82 0,75 0,76 0,75 _0,78_
Zastrzeżenia patentowe

Claims (4)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Kompozyty poliamidowe z aerożelowym napełniaczem hybrydowym, ewentualnie zawierające bezwodnik maleinowy, znamienne tym, że zawierają od 0,1 do 2% masowych aerożelu krzemionkowo-grafenowego, otrzymanego metodą zol-żel.
  2. 2. Kompozyty poliamidowe według zastrz. 1, znamienne tym, że zawierają aerożel krzemionkowo-grafenowy o powierzchni właściwej od 580 do 750 m2/g i średniej wielkości porów od 11 do 18 nm.
  3. 3. Kompozyty poliamidowe według zastrz. 1, znamienne tym, że zawierają aerożel krzemionkowo-grafenowy o zawartości tlenku grafenu od 0,04 do 1% masowych.
  4. 4. Kompozyty poliamidowe według zastrz. 3, znamienne tym, że zawierają aerożel krzemionkowo-grafenowy o zawartości tlenku grafenu od 0,08 do 0,8% masowych.
PL430666A 2019-07-19 2019-07-19 Kompozyty poliamidowe z aerożelowym napełniaczem hybrydowym PL242258B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL430666A PL242258B1 (pl) 2019-07-19 2019-07-19 Kompozyty poliamidowe z aerożelowym napełniaczem hybrydowym

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL430666A PL242258B1 (pl) 2019-07-19 2019-07-19 Kompozyty poliamidowe z aerożelowym napełniaczem hybrydowym

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL430666A1 PL430666A1 (pl) 2021-01-25
PL242258B1 true PL242258B1 (pl) 2023-02-06

Family

ID=74222335

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL430666A PL242258B1 (pl) 2019-07-19 2019-07-19 Kompozyty poliamidowe z aerożelowym napełniaczem hybrydowym

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL242258B1 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL430666A1 (pl) 2021-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sahebian et al. The effect of nano-sized calcium carbonate on thermodynamic parameters of HDPE
TWI270564B (en) Thermoplastic polymer composition comprising a hyperbranched polymer, and articles from this composition
JP3485927B2 (ja) 無機充填剤配合コポリアミド組成物
Peltola et al. Effect of rotational speed of twin screw extruder on the microstructure and rheological and mechanical properties of nanoclay‐reinforced polypropylene nanocomposites
Meng et al. Preparation, microstructure and performance of poly (lactic acid)-Poly (butylene succinate-co-butyleneadipate)-starch hybrid composites
Essabir et al. Fabrication and characterization of apricot shells particles reinforced high density polyethylene based bio-composites: mechanical and thermal properties
Vlasveld et al. A comparison of the temperature dependence of the modulus, yield stress and ductility of nanocomposites based on high and low MW PA6 and PA66
Nuñez et al. Poly (lactic acid)/low‐density polyethylene blends and its nanocomposites based on sepiolite
Correa et al. Biodegradable PLA/PBAT/clay nanocomposites: Morphological, rheological and thermomechanical behavior
Bose et al. Influence of multiwall carbon nanotubes on the mechanical properties and unusual crystallization behavior in melt‐mixed co‐continuous blends of polyamide6 and acrylonitrile butadiene styrene
Kelnar et al. Complex effect of graphite nanoplatelets on performance of HDPE/PA66 microfibrillar composites
US4415699A (en) Extruded profiles
Buasri et al. Thermal and mechanical properties of modified CaCO3/PP nanocomposites
PL242258B1 (pl) Kompozyty poliamidowe z aerożelowym napełniaczem hybrydowym
Azizi et al. An investigation on the mechanical and dynamic rheological properties of single and hybrid filler/polypropylene composites based on talc and calcium carbonate
CN110079077B (zh) 一种耐磨性能优异的尼龙6组合物及其制备方法
Maghamirad et al. Effect of compatibilizer and polyhedral oligomeric silsesquioxane on mechanical, thermal, and morphological properties of polyamide6/poly (ethylene-co-vinyl acetate) composites
JP7171548B2 (ja) 押出による強化ポリアミドの製造方法
CN118772632B (zh) 一种减速机用高强耐磨复合材料及其制备方法
CN109943062A (zh) 一种高强耐热长玻纤尼龙复合材料的制备方法
PL242257B1 (pl) Kompozyty poliamidowe z hybrydowym napełniaczem krzemionkowym modyfikowanym tlenkiem grafenu
Erkoc et al. Effect of Screw Speed, Drawing Ratio and PET Concentration on the Properties of PET/PP Blends
Kaymakci et al. In-situ microfibrillar recycled PET/glass fiber PP/hybrid thermoplastic composites
PL243874B1 (pl) Wzmocniona kompozycja poliamidowa
Cai et al. Toughening Poly (lactic acid) by Melt Blending with Poly (ether-block-amide) Copolymer