RU2654948C2 - Composite material based on a thermoplastic polymer and a method for its production - Google Patents
Composite material based on a thermoplastic polymer and a method for its production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2654948C2 RU2654948C2 RU2016145531A RU2016145531A RU2654948C2 RU 2654948 C2 RU2654948 C2 RU 2654948C2 RU 2016145531 A RU2016145531 A RU 2016145531A RU 2016145531 A RU2016145531 A RU 2016145531A RU 2654948 C2 RU2654948 C2 RU 2654948C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite material
- carbon nanotubes
- thermoplastic polymer
- mixture
- production
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 title claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 24
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 60
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 59
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 58
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 claims description 10
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 7
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 7
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 6
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 6
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 6
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 claims description 5
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 3
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 25
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 16
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 14
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 10
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 10
- 229920000092 linear low density polyethylene Polymers 0.000 description 9
- 239000004707 linear low-density polyethylene Substances 0.000 description 9
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 8
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 8
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 3
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 229920006351 engineering plastic Polymers 0.000 description 2
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 2
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 description 2
- 229920010126 Linear Low Density Polyethylene (LLDPE) Polymers 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000002113 nanodiamond Substances 0.000 description 1
- 239000012758 reinforcing additive Substances 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
- Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к композиционным материалам на основе термопластичных полимеров, наполненных нанотрубками, и технологиям их получения, и может использоваться для производства конструкционных материалов с повышенными физико-механическими характеристиками.The invention relates to composite materials based on thermoplastic polymers filled with nanotubes, and technologies for their preparation, and can be used for the production of structural materials with enhanced physical and mechanical characteristics.
Один из методов повышения физико-механических характеристик термопластичных полимеров основан на использовании различных наполнителей и добавок, в том числе добавок на основе углерода.One of the methods for increasing the physicomechanical characteristics of thermoplastic polymers is based on the use of various fillers and additives, including carbon-based additives.
Например, известны композиционные материалы на основе термопластичных полимеров, где в качестве упрочняющей добавки используют наноалмазы, полученные методом детонационного синтеза [Патент РФ №2114874, МПК C08J 5/16, C08L 27/18, C08K 3/04, C09K 3/10 и Патент РФ №2446187, МПК C08J 3/2, В82В 3/00]. Однако композиционные материалы на основе термопластичных полимеров, содержащие такие наполнители, не достигают прочности, многократно превышающей прочность исходного термопластичного полимера.For example, composite materials based on thermoplastic polymers are known where nanodiamonds obtained by detonation synthesis are used as a hardening additive [RF Patent No. 2111474, IPC C08J 5/16, C08L 27/18, C08K 3/04, C09K 3/10 and Patent RF №2446187, IPC C08J 3/2, В82В 3/00]. However, composite materials based on thermoplastic polymers containing such fillers do not achieve a strength many times greater than the strength of the original thermoplastic polymer.
Особого внимания заслуживают композиционные материалы на основе термопластичных полимеров, содержащие в качестве упрочняющей добавки углеродные нанотрубки, поскольку углеродные нанотрубки представляют собой наиболее перспективный наполнитель для повышения физико-механических характеристик термопластичных полимеров благодаря своим высоким прочностным характеристикам.Particular attention should be paid to composites based on thermoplastic polymers containing carbon nanotubes as a reinforcing additive, since carbon nanotubes are the most promising filler for increasing the physicomechanical characteristics of thermoplastic polymers due to their high strength characteristics.
В литературе описано большое количество подходов к введению углеродных нанотрубок в термопластичные полимеры с целью повышения физико-механических характеристик этих материалов. Однако эти методы основаны на физической или химической функционализации поверхности углеродных нанотрубок для обеспечения более прочного механического сопряжения углеродных нанотрубок с матрицей полимера. Как правило, функционализация поверхности углеродных нанотрубок связана с введением дополнительной технологической стадии в процесс производства конечного композиционного материала. Также эта стратегия подразумевает использование небольшого процентного соотношения углеродные нанотрубки - полимер в конечном композите.The literature describes a large number of approaches to the introduction of carbon nanotubes into thermoplastic polymers in order to increase the physicomechanical characteristics of these materials. However, these methods are based on the physical or chemical functionalization of the surface of carbon nanotubes to provide a more durable mechanical interface between carbon nanotubes and the polymer matrix. As a rule, the functionalization of the surface of carbon nanotubes is associated with the introduction of an additional technological stage in the production process of the final composite material. Also, this strategy involves the use of a small percentage of carbon nanotubes - the polymer in the final composite.
Например, описан способ, основанный на получении концентрата углеродных нанотрубок с использованием ультразвуковой обработки, и дальнейшее введение этого концентрата в расплав термопластичного полимера [Патент РФ №2547103, МПК C08J 3/20, В82В 3/00].For example, a method is described based on the preparation of a carbon nanotube concentrate using ultrasonic treatment and the further introduction of this concentrate into a thermoplastic polymer melt [RF Patent No. 2547103, IPC C08J 3/20, B82B 3/00].
Известен другой способ получения композиционного материала на основе термопластичного полимера, требующий предварительного модифицирования поверхности углеродных нанотрубок [Патент США №6426134, МПК C08J 3/20]. В основе этого метода лежит химическое взаимодействие полимера и модифицированных углеродных нанотрубок, где количество углеродных нанотрубок в составе композиционного материала составляет 0.1-5 масс. %.There is another method for producing a composite material based on a thermoplastic polymer, requiring preliminary modification of the surface of carbon nanotubes [US Patent No. 6426134, IPC C08J 3/20]. The basis of this method is the chemical interaction of the polymer and modified carbon nanotubes, where the number of carbon nanotubes in the composition of the composite material is 0.1-5 mass. %
Данный композиционный материал и способ его получения приняты за прототип изобретения. Недостатком прототипа является низкая прочность получаемого композиционного материала на основе термопластичного полимера и сложная технология его изготовления, обусловленная необходимостью модифицирования углеродных нанотрубок.This composite material and the method for its preparation are taken as a prototype of the invention. The disadvantage of the prototype is the low strength of the obtained composite material based on a thermoplastic polymer and the complex technology of its manufacture, due to the need to modify carbon nanotubes.
Изобретение решает задачу повышения прочностных характеристик композиционного материала на основе термопластичных полимеров и упрощения технологии его изготовления.The invention solves the problem of increasing the strength characteristics of a composite material based on thermoplastic polymers and simplifying the technology for its manufacture.
Поставленная задача решается тем, что предлагается композиционный материал, содержащий термопластичный полимер и углеродные нанотрубки, при содержании последних не менее 5 масс. %.The problem is solved in that a composite material is proposed containing a thermoplastic polymer and carbon nanotubes, with a content of the latter of at least 5 masses. %
Также композиционный материал по может содержать не менее 10 масс. %, или 20 масс. %, или 30 масс. % углеродных нанотрубок.Also, the composite material may contain at least 10 mass. %, or 20 mass. %, or 30 mass. % carbon nanotubes.
В предлагаемом композиционном материале углеродные нанотрубки распределены в термопластичном полимере таким образом, что значение его удельного объемного электрического сопротивления составляет не менее 104 Ом⋅см и разница упомянутого сопротивления на масштабе 1 мм составляет не более 10%.In the proposed composite material, carbon nanotubes are distributed in a thermoplastic polymer in such a way that the value of its specific volume electric resistance is not less than 10 4 Ohm⋅cm and the difference of the mentioned resistance on a scale of 1 mm is not more than 10%.
Углеродные нанотрубки, содержащиеся в материале, взяты после их синтеза и измельчения до размера агломератов не более 1 мм.The carbon nanotubes contained in the material were taken after their synthesis and grinding to an agglomerate size of not more than 1 mm.
Термопластичный полимер, содержащийся в композиционном материале, относится к промышленным, или конструкционным или высокотемпературным пластмассам из ряда: полиолефины, полистирол, АБС-пластик, поликарбонаты, полиамиды, полиэфирэфиркетоны, полисульфоны.The thermoplastic polymer contained in the composite material refers to industrial, or structural or high-temperature plastics from the series: polyolefins, polystyrene, ABS plastic, polycarbonates, polyamides, polyetheretherketones, polysulfones.
Прочность композиционного материала не менее чем в 2 раза превышает прочность содержащегося в нем термопластичного полимера.The strength of the composite material is not less than 2 times the strength of the thermoplastic polymer contained in it.
Содержащиеся в композиционном материале углеродные нанотрубки, преимущественно, одностенные.The carbon nanotubes contained in the composite material are mainly single-walled.
В качестве термопластичных полимеров могут использоваться любые термопластичные полимеры из ряда промышленных (полиэтилен, полипропилен, полистирол, АБС-пластик и другие), конструкционных (полиэтилентерефталат, поликарбонаты, полиамиды и другие), а также из ряда термопластичных полимеров высокого уровня (полиэфирэфиркетоны, полифениленсульфид и другие).As thermoplastic polymers can be used any thermoplastic polymers from a number of industrial (polyethylene, polypropylene, polystyrene, ABS plastic and others), structural (polyethylene terephthalate, polycarbonates, polyamides and others), as well as from a number of high-level thermoplastic polymers (polyetheretherketones, polyphenylene sulfide and others).
Для решения поставленной задачи также предлагается способ получения композиционного материала, описанного выше, в соответствии с которым термопластичный полимер смешивают с углеродными нанотрубками таким образом, чтобы их содержание в полученной смеси составляло не менее 5 масс. %, и экструдируют эту смесь при температуре переработки термопластичного полимера. Температура экструзии смеси углеродных нанотрубок и термопластичного полимера зависит от природы полимера и варьируется в пределах 160-500°С.To solve this problem, a method for producing a composite material described above is also proposed, according to which a thermoplastic polymer is mixed with carbon nanotubes so that their content in the resulting mixture is at least 5 masses. %, and extruding this mixture at the processing temperature of the thermoplastic polymer. The extrusion temperature of a mixture of carbon nanotubes and a thermoplastic polymer depends on the nature of the polymer and varies between 160-500 ° C.
В способе используют преимущественно одностенные углеродные нанотрубки.The method uses predominantly single-walled carbon nanotubes.
Перемешивание и экструзию смеси полимера и углеродных нанотрубок осуществляют таким образом, чтобы значение его удельного объемного электрического сопротивления составляло не менее 104 Ом⋅см и разница упомянутого сопротивления на масштабе 1 мм составляла не более 10%.Mixing and extrusion of the mixture of polymer and carbon nanotubes is carried out in such a way that the value of its specific volume electric resistance is not less than 10 4 Ohm⋅cm and the difference of the mentioned resistance on a scale of 1 mm is not more than 10%.
Для получения предлагаемого композиционного материала, содержащего в своем составе одностенные углеродные нанотрубки и термопластичный полимер, могут использоваться любые термопластичные полимеры из ряда промышленных (полиэтилен, полипропилен, полистирол, АБС-пластик и другие), конструкционных, (полиэтилентерефталат, поликарбонаты, полиамиды и другие), а также из ряда термопластичных полимеров высокого уровня (полиэфирэфиркетоны, полифениленсульфид и другие).To obtain the proposed composite material containing single-walled carbon nanotubes and a thermoplastic polymer, any thermoplastic polymers from a number of industrial (polyethylene, polypropylene, polystyrene, ABS plastic and others), structural, (polyethylene terephthalate, polycarbonates, polyamides and others) can be used , as well as from a number of high-level thermoplastic polymers (polyetheretherketones, polyphenylene sulfide and others).
Синтезированные углеродные нанотрубки, измельченные до размера агрегатов не более 1 мм, смешивают с термопластичным материалом в высокоскоростном смесителе при скорости 300 об./мин в течение, например, 2 минут. Концентрация углеродных нанотрубок в смеси может составлять не менее 5 масс. %, или 10, или 20, или 30 масс. %. Полученную смесь термопластичного полимера и углеродных нанотрубок далее подвергают экструзии. Экструзия может осуществляться с использованием различного экструзионного оборудования такого, как одно-, двухшнековый экструдер при температурах, соответствующих температурам переработки термопластичных полимеров.The synthesized carbon nanotubes, crushed to an aggregate size of not more than 1 mm, are mixed with thermoplastic material in a high-speed mixer at a speed of 300 rpm for, for example, 2 minutes. The concentration of carbon nanotubes in the mixture can be at least 5 mass. %, or 10, or 20, or 30 mass. % The resulting mixture of thermoplastic polymer and carbon nanotubes is then extruded. Extrusion can be carried out using various extrusion equipment such as single-, twin-screw extruder at temperatures corresponding to the processing temperatures of thermoplastic polymers.
В процессе экструзии углеродные нанотрубки распределяются в объеме термопластичного полимера.During the extrusion process, carbon nanotubes are distributed in the volume of a thermoplastic polymer.
Из гранул композиционного материала, состоящего из термопластичного полимера, наполненного углеродными нанотрубками, приготавливались образцы методом литья под давлением для измерения физико-механических характеристик этого композита. Такие физико-механические характеристики, как прочность при растяжении и прочность на разрыв, измеряются при помощи разрывной машины. Прочность модифицированного углеродными нанотрубками композиционного материала значительно увеличивается по сравнению с исходным термопластичным полимером. Например, прочность при растяжении линейного полиэтилена низкого давления, наполненного 15 масс. % углеродных нанотрубок, выросла в 5 раз и составила 52 МПа по сравнению с прочностью при растяжении исходного линейного полиэтилена низкого давления, равной 9 МПа. Таким образом, новый композиционный материал по своим прочностным показателям перешел из класса промышленных термопластичных полимеров в класс инженерных пластиков.From granules of a composite material consisting of a thermoplastic polymer filled with carbon nanotubes, samples were prepared by injection molding to measure the physicomechanical characteristics of this composite. Physical and mechanical characteristics such as tensile strength and tensile strength are measured using a tensile testing machine. The strength of the carbon nanotube modified composite material is significantly increased compared to the original thermoplastic polymer. For example, the tensile strength of linear low pressure polyethylene filled with 15 mass. % of carbon nanotubes increased by 5 times and amounted to 52 MPa compared with the tensile strength of the initial linear low-pressure polyethylene equal to 9 MPa. Thus, the new composite material in its strength characteristics has moved from the class of industrial thermoplastic polymers to the class of engineering plastics.
Отличительной особенностью предлагаемого композиционного материала также является простота его производства, основанная на использовании хорошо известного и применяемого оборудования для переработки термопластичных материалов такого, как экструзионная техника, а также отсутствие стадии очистки и модификации углеродных нанотрубок.A distinctive feature of the proposed composite material is also the simplicity of its production, based on the use of well-known and used equipment for the processing of thermoplastic materials such as extrusion technology, as well as the absence of a stage of cleaning and modification of carbon nanotubes.
Особенности представленного изобретения описаны более подробно в следующих примерах, которые иллюстрируют, но не ограничивают собой предлагаемое изобретение.Features of the presented invention are described in more detail in the following examples, which illustrate, but do not limit the invention.
Пример 1Example 1
Изготовление композиционного материала на основе линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПЭНП) с высоким содержанием углеродных нанотрубок.Production of a composite material based on linear low density polyethylene (LLDPE) with a high content of carbon nanotubes.
Для изготовления композиционного материала на основе ЛПЭНП, содержащего 5 масс. % углеродных нанотрубок, гранулы ЛПЭНП (950 г) смешивают с порошком углеродных нанотрубок (50 г) в высокоскоростном смесителе при 300 об/мин в течение 2 мин. Смесь подают в двухшнековый экструдер через загрузочную емкость, оборудованную транспортирующим шнеком. Экструзию смеси осуществляют при производительности 1400 г/час, скорости вращения шнеков экструдера 250 об/мин и температуре 210°С. Стренгу, выходящую из экструдера, охлаждают водой и нарезают на гранулы размером 2 мм с помощью вращающегося ножа. Из гранул полученного композиционного материала отливают лопатки для измерения его физико-механических характеристик. Прирост значений прочности при растяжении и прочности на разрыв составил 245.3 и 200.6%, соответственно, относительно исходного ЛПЭНП, не содержащего углеродные нанотрубки.For the manufacture of composite material based on LLDPE containing 5 mass. % carbon nanotubes, LLDPE granules (950 g) are mixed with carbon nanotube powder (50 g) in a high-speed mixer at 300 rpm for 2 min. The mixture is fed into a twin-screw extruder through a loading tank equipped with a conveying screw. The extrusion of the mixture is carried out at a productivity of 1400 g / h, the rotational speed of the screws of the extruder 250 rpm and a temperature of 210 ° C. The strand exiting the extruder is cooled with water and cut into 2 mm granules using a rotating knife. Blades are cast from the granules of the obtained composite material to measure its physical and mechanical characteristics. The increase in tensile strength and tensile strength amounted to 245.3 and 200.6%, respectively, relative to the initial LLDPE that does not contain carbon nanotubes.
Пример 2Example 2
Для изготовления композиционного материала на основе ЛПЭНП, содержащего 10 масс. % углеродных нанотрубок, гранулы ЛПЭНП (900 г) смешивают с порошком углеродных нанотрубок (100 г) в высокоскоростном смесителе при 300 об/мин в течение 2 мин. Смесь подают в двухшнековый экструдер через загрузочную емкость, оборудованную транспортирующим шнеком. Экструзию смеси осуществляют при производительности 1400 г/час, скорости вращения шнеков экструдера 250 об/мин и температуре 210°С. Стренгу, выходящую из экструдера, охлаждают водой и нарезают на гранулы размером 2 мм с помощью вращающегося ножа. Из гранул композиционного материала отливают лопатки для измерения физико-механических характеристик композита. Прирост значений прочности при растяжении и прочности на разрыв составил 392.5 и 361.8%, соответственно, относительно исходного ЛПЭНП, не содержащего углеродные нанотрубки.For the manufacture of composite material based on LLDPE containing 10 mass. % carbon nanotubes, LLDPE granules (900 g) are mixed with carbon nanotube powder (100 g) in a high-speed mixer at 300 rpm for 2 min. The mixture is fed into a twin-screw extruder through a loading tank equipped with a conveying screw. The extrusion of the mixture is carried out at a productivity of 1400 g / h, the rotational speed of the screws of the extruder 250 rpm and a temperature of 210 ° C. The strand exiting the extruder is cooled with water and cut into 2 mm granules using a rotating knife. Blades are cast from the granules of the composite material to measure the physicomechanical characteristics of the composite. The increase in tensile strength and tensile strength amounted to 392.5 and 361.8%, respectively, relative to the initial LLDPE that does not contain carbon nanotubes.
Пример 3Example 3
Для изготовления композиционного материала на основе ЛПЭНП, содержащего 15 масс. % углеродных нанотрубок, гранулы ЛПЭНП (850 г) смешивают с порошком углеродных нанотрубок (150 г) в высокоскоростном смесителе при 300 об/мин в течение 2 мин. Смесь подают в двухшнековый экструдер через загрузочную емкость, оборудованную транспортирующим шнеком. Экструзию смеси осуществляют при производительности 1400 г/час, скорости вращения шнеков экструдера 250 об/мин и температуре 210°С. Стренгу, выходящую из экструдера, охлаждают водой и нарезают на гранулы размером 2 мм с помощью вращающегося ножа. Из гранул композиционного материала отливают лопатки для измерения физико-механических характеристик композита. Прирост значений прочности при растяжении и прочности на разрыв составил 453.7 и 416.7%, соответственно, относительно исходного ЛПЭНП, не наполненного углеродными нанотрубками.For the manufacture of composite material based on LLDPE containing 15 mass. % carbon nanotubes, LLDPE granules (850 g) are mixed with carbon nanotube powder (150 g) in a high-speed mixer at 300 rpm for 2 min. The mixture is fed into a twin-screw extruder through a loading tank equipped with a conveying screw. The extrusion of the mixture is carried out at a productivity of 1400 g / h, the rotational speed of the screws of the extruder 250 rpm and a temperature of 210 ° C. The strand exiting the extruder is cooled with water and cut into 2 mm granules using a rotating knife. Blades are cast from the granules of the composite material to measure the physicomechanical characteristics of the composite. The increase in tensile strength and tensile strength amounted to 453.7 and 416.7%, respectively, relative to the initial LLDPE not filled with carbon nanotubes.
Таким же образом композиционный материал может быть получен для всех видов полиэтилена, включая линейный полиэтилен низкого давления, полиэтилен низкого давления, полиэтилен высокого давления и др.In the same way, a composite material can be obtained for all types of polyethylene, including linear low-pressure polyethylene, low-pressure polyethylene, high-pressure polyethylene, etc.
Пример 4Example 4
Изготовление композиционного материала на основе полипропилена (ПП) с высоким содержанием углеродных нанотрубок.Fabrication of a composite material based on polypropylene (PP) with a high content of carbon nanotubes.
Для изготовления композиционного материала на основе ПП, содержащего 6 масс. % углеродных нанотрубок, гранулы ПП (940 г) смешивают с порошком углеродных нанотрубок (60 г) в высокоскоростном смесителе при 300 об/мин в течение 2 мин. Смесь подают в двухшнековый экструдер через загрузочную емкость, оборудованную транспортирующим шнеком. Экструзию смеси осуществляют при производительности 1500 г/час, скорости вращения шнеков экструдера 250 об/мин и температуре 260°С. Стренгу, выходящую из экструдера, охлаждают водой и нарезают на гранулы размером 2 мм с помощью вращающегося ножа. Из гранул композиционного материала отливают лопатки для измерения физико-механических характеристик. Прирост значений прочности при растяжении и прочности на разрыв составил 73.6 и 265.2%, соответственно, относительно исходного ПП, не наполненного углеродными нанотрубками.For the manufacture of composite material based on PP containing 6 mass. % carbon nanotubes, PP granules (940 g) are mixed with carbon nanotube powder (60 g) in a high-speed mixer at 300 rpm for 2 min. The mixture is fed into a twin-screw extruder through a loading tank equipped with a conveying screw. The extrusion of the mixture is carried out at a productivity of 1500 g / h, an extruder screw rotational speed of 250 rpm and a temperature of 260 ° C. The strand exiting the extruder is cooled with water and cut into 2 mm granules using a rotating knife. Blades are cast from the granules of the composite material to measure physical and mechanical characteristics. The increase in tensile strength and tensile strength amounted to 73.6 and 265.2%, respectively, relative to the original PP, not filled with carbon nanotubes.
Пример 5Example 5
Для изготовления композиционного материала на основе ПП, содержащего 12 масс. % углеродных нанотрубок, гранулы ПП (880 г) смешивают с порошком углеродных нанотрубок (120 г) в высокоскоростном смесителе при 300 об/мин в течение 2 мин. Смесь подают в двухшнековый экструдер через загрузочную емкость, оборудованную транспортирующим шнеком. Экструзию смеси осуществляют при производительности 1500 г/час, скорости вращения шнеков экструдера 250 об/мин и температуре 260°С. Стренгу, выходящую из экструдера, охлаждают водой и нарезают на гранулы размером 2 мм с помощью вращающегося ножа. Из гранул композиционного материала отливают лопатки для измерения физико-механических характеристик. Прирост значений прочности при растяжении и прочности на разрыв составил 108 и 338.6%, соответственно, относительно исходного ПП, не наполненного УНТ.For the manufacture of composite material based on PP containing 12 mass. % carbon nanotubes, PP granules (880 g) are mixed with carbon nanotube powder (120 g) in a high-speed mixer at 300 rpm for 2 min. The mixture is fed into a twin-screw extruder through a loading tank equipped with a conveying screw. The extrusion of the mixture is carried out at a productivity of 1500 g / h, an extruder screw rotational speed of 250 rpm and a temperature of 260 ° C. The strand exiting the extruder is cooled with water and cut into 2 mm granules using a rotating knife. Blades are cast from the granules of the composite material to measure physical and mechanical characteristics. The increase in tensile strength and tensile strength amounted to 108 and 338.6%, respectively, relative to the original PP, not filled with CNTs.
Таким же образом композиционный материал может быть получен для всех видов полиолефинов, включая, полиэтиленвинилацетат, полиэтиленбутилакрилат, полиэтилентерефталат и др.In the same way, a composite material can be obtained for all types of polyolefins, including polyethylene vinyl acetate, polyethylene butyl acrylate, polyethylene terephthalate, etc.
Пример 6Example 6
Изготовление композиционного материала на основе АБС-пластика с высоким содержанием углеродных нанотрубок.Fabrication of a composite material based on ABS plastic with a high content of carbon nanotubes.
Для изготовления композиционного материала на основе АБС-пластика, содержащего 4 масс. % углеродных нанотрубок, гранулы АБС-пластика (960 г) смешивают с порошком углеродных нанотрубок (40 г) в высокоскоростном смесителе при 300 об/мин в течение 2 мин. Смесь подают в двухшнековый экструдер через загрузочную емкость, оборудованную транспортирующим шнеком. Экструзию смеси осуществляют при производительности 400 г/час, скорости вращения шнеков экструдера 150 об/мин и температуре 260°С. Стренгу, выходящую из экструдера, охлаждают водой и нарезают на гранулы размером 2 мм с помощью вращающегося ножа. Из гранул композиционного материала отливают лопатки для измерения физико-механических характеристик. Прирост значения прочности на разрыв составил 22%, соответственно, относительно исходного АБС-пластика, не наполненного углеродными нанотрубками.For the manufacture of a composite material based on ABS plastic containing 4 mass. % carbon nanotubes, ABS plastic granules (960 g) are mixed with carbon nanotube powder (40 g) in a high-speed mixer at 300 rpm for 2 minutes The mixture is fed into a twin-screw extruder through a loading tank equipped with a conveying screw. The extrusion of the mixture is carried out at a productivity of 400 g / hour, the rotational speed of the screws of the extruder 150 rpm and a temperature of 260 ° C. The strand exiting the extruder is cooled with water and cut into 2 mm granules using a rotating knife. Blades are cast from the granules of the composite material to measure physical and mechanical characteristics. The increase in tensile strength was 22%, respectively, relative to the original ABS plastic, not filled with carbon nanotubes.
Пример 7Example 7
Изготовление композиционного материала на основе ПА-6 с высоким содержанием углеродных нанотрубок.Production of a composite material based on PA-6 with a high content of carbon nanotubes.
Для изготовления композиционного материала на основе ПА-6, содержащего 6 масс. % углеродных нанотрубок, гранулы ПА-6 (940 г) смешивают с порошком углеродных нанотрубок (60 г) в высокоскоростном смесителе при 300 об/мин в течение 2 мин. Смесь подают в двухшнековый экструдер через загрузочную емкость, оборудованную транспортирующим шнеком. Экструзию смеси осуществляют при производительности 400 г/час, скорости вращения шнеков экструдера 60 об/мин и температуре 330-255°С. Стренгу, выходящую из экструдера, охлаждают водой и нарезают на гранулы размером 2 мм с помощью вращающегося ножа. Из гранул композиционного материала отливают лопатки для измерения физико-механических характеристик. Прирост значений прочности при растяжении и прочности на разрыв составил 78.7 и 91.3%, соответственно, относительно исходного ПА-6, не наполненного углеродными нанотрубками.For the manufacture of composite material based on PA-6, containing 6 mass. % carbon nanotubes, PA-6 granules (940 g) are mixed with carbon nanotube powder (60 g) in a high-speed mixer at 300 rpm for 2 min. The mixture is fed into a twin-screw extruder through a loading tank equipped with a conveying screw. The extrusion of the mixture is carried out at a productivity of 400 g / h, the rotational speed of the screws of the extruder 60 rpm and a temperature of 330-255 ° C. The strand exiting the extruder is cooled with water and cut into 2 mm granules using a rotating knife. Blades are cast from the granules of the composite material to measure physical and mechanical characteristics. The increase in tensile strength and tensile strength amounted to 78.7 and 91.3%, respectively, relative to the original PA-6, not filled with carbon nanotubes.
Пример 8Example 8
Для изготовления композиционного материала на основе ПА-6, содержащего 12 масс. % углеродных нанотрубок, гранулы ПА-6 (880 г) смешивают с порошком углеродных нанотрубок (120 г) в высокоскоростном смесителе при 300 об/мин в течение 2 мин. Смесь подают в двухшнековый экструдер через загрузочную емкость, оборудованную транспортирующим шнеком. Экструзию смеси осуществляют при производительности 400 г/час, скорости вращения шнеков экструдера 60 об/мин и температуре 330-255°С. Стренгу, выходящую из экструдера, охлаждают водой и нарезают на гранулы размером 2 мм с помощью вращающегося ножа. Из гранул композиционного материала отливают лопатки для измерения физико-механических характеристик. Прирост значений прочности при растяжении и прочности на разрыв составил 109.1 и 123.9%, соответственно, относительно исходного ПА-6, не наполненного углеродными нанотрубками.For the manufacture of composite material based on PA-6 containing 12 mass. % carbon nanotubes, PA-6 granules (880 g) are mixed with carbon nanotube powder (120 g) in a high-speed mixer at 300 rpm for 2 min. The mixture is fed into a twin-screw extruder through a loading tank equipped with a conveying screw. The extrusion of the mixture is carried out at a productivity of 400 g / h, the rotational speed of the screws of the extruder 60 rpm and a temperature of 330-255 ° C. The strand exiting the extruder is cooled with water and cut into 2 mm granules using a rotating knife. Blades are cast from the granules of the composite material to measure physical and mechanical characteristics. The increase in tensile strength and tensile strength amounted to 109.1 and 123.9%, respectively, relative to the initial PA-6, not filled with carbon nanotubes.
Таким же образом композиционный материал может быть получен для всех видов инженерных пластиков, включая полиамиды, поликарбонаты, поликарбонат/АБС-пластик, полистиролы и др.In the same way, a composite material can be obtained for all types of engineering plastics, including polyamides, polycarbonates, polycarbonate / ABS plastic, polystyrenes, etc.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016145531A RU2654948C2 (en) | 2016-11-21 | 2016-11-21 | Composite material based on a thermoplastic polymer and a method for its production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016145531A RU2654948C2 (en) | 2016-11-21 | 2016-11-21 | Composite material based on a thermoplastic polymer and a method for its production |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016145531A RU2016145531A (en) | 2018-05-21 |
| RU2016145531A3 RU2016145531A3 (en) | 2018-05-21 |
| RU2654948C2 true RU2654948C2 (en) | 2018-05-23 |
Family
ID=62202156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016145531A RU2654948C2 (en) | 2016-11-21 | 2016-11-21 | Composite material based on a thermoplastic polymer and a method for its production |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2654948C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2708583C1 (en) * | 2019-04-12 | 2019-12-09 | МСД Текнолоджис С.а.р.л. | Method of producing high-strength composite material based on a thermoplastic polymer, a modifier for preparing a composite material and a method of producing a modifier for preparing composite material (versions) |
| RU2744404C1 (en) * | 2019-12-20 | 2021-03-09 | Сергей Васильевич Моторин | Composite polymer material based on polyarylene ether ketone |
| RU2804721C1 (en) * | 2022-05-20 | 2023-10-04 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Политим Инновации" | Polymer composition with electrical conductive properties, method for its production and application |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1431342A (en) * | 2003-01-28 | 2003-07-23 | 东华大学 | Super high molecular mass polythylene/carbon nano tube composite fiber used in jelly glue spinning and its preparation |
| US20030213939A1 (en) * | 2002-04-01 | 2003-11-20 | Sujatha Narayan | Electrically conductive polymeric foams and elastomers and methods of manufacture thereof |
| US20110039089A1 (en) * | 2005-04-27 | 2011-02-17 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Polymer-based cellular structure comprising carbon nanotubes, method for its production and uses thereof |
| RU2490204C1 (en) * | 2011-12-19 | 2013-08-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) Федеральный Университет" (ФГАОУ ВПО КФУ) | Method of obtaining compositions based on carbon nanotubes and polyolefins |
-
2016
- 2016-11-21 RU RU2016145531A patent/RU2654948C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030213939A1 (en) * | 2002-04-01 | 2003-11-20 | Sujatha Narayan | Electrically conductive polymeric foams and elastomers and methods of manufacture thereof |
| CN1431342A (en) * | 2003-01-28 | 2003-07-23 | 东华大学 | Super high molecular mass polythylene/carbon nano tube composite fiber used in jelly glue spinning and its preparation |
| US20110039089A1 (en) * | 2005-04-27 | 2011-02-17 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Polymer-based cellular structure comprising carbon nanotubes, method for its production and uses thereof |
| RU2490204C1 (en) * | 2011-12-19 | 2013-08-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) Федеральный Университет" (ФГАОУ ВПО КФУ) | Method of obtaining compositions based on carbon nanotubes and polyolefins |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| МАРИНО КСАНТОС "Функциональные наполнители для пластмасс", "Издательство НОТ", Санкт-Петербург, 2010, стр.205-223. * |
| Э.Р.БАДАМШИНА и др., "Модифицирование углеродных нанотрубок и синтез полимерных композитов с их участием", Успехи химии, 79 (11), 2010, стр. 1049-1055. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2708583C1 (en) * | 2019-04-12 | 2019-12-09 | МСД Текнолоджис С.а.р.л. | Method of producing high-strength composite material based on a thermoplastic polymer, a modifier for preparing a composite material and a method of producing a modifier for preparing composite material (versions) |
| WO2020209755A1 (en) * | 2019-04-12 | 2020-10-15 | МСД Текнолоджис С.а.р.л. | Method for producing a modifier for preparing a composite material based on a thermoplastic polymer |
| EP3954726A4 (en) * | 2019-04-12 | 2023-04-26 | MCD Technologies S.a.r.l | Method for producing a modifier for preparing a composite material based on a thermoplastic polymer |
| RU2744404C1 (en) * | 2019-12-20 | 2021-03-09 | Сергей Васильевич Моторин | Composite polymer material based on polyarylene ether ketone |
| RU2804721C1 (en) * | 2022-05-20 | 2023-10-04 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Политим Инновации" | Polymer composition with electrical conductive properties, method for its production and application |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016145531A (en) | 2018-05-21 |
| RU2016145531A3 (en) | 2018-05-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Awad et al. | Investigation of improvement of properties of polypropylene modified by nano silica composites | |
| Xie et al. | Plasticizer combinations and performance of wood flour–poly (lactic acid) 3D printing filaments | |
| Salleh et al. | Effects of extrusion temperature on the rheological, dynamic mechanical and tensile properties of kenaf fiber/HDPE composites | |
| Hamad et al. | Melt rheology of poly (lactic acid)/low density polyethylene polymer blends | |
| CN104479205B (en) | A kind of injection molding forming method of graphene modified poly ethylene high-strength composite thin products | |
| KR101197288B1 (en) | Carbon nano-material pellets and a method for preparing the pellets from powder of carbon nano-material | |
| CN111253677B (en) | Low-density polypropylene bead foam, and preparation method and application thereof | |
| CA3021622C (en) | Molecular modification of polyethylene resin | |
| Xin et al. | Study of microcellular injection-molded polypropylene/waste ground rubber tire powder blend | |
| JP6386114B2 (en) | Method for producing conductive resin composition | |
| KR101211134B1 (en) | A method for preparing carbon nano material/polymer composites | |
| CN101962470B (en) | Biodegradable polypropylene carbonate composite material and preparation method thereof | |
| Ding et al. | The effects of extrusion parameters and blend composition on the mechanical, rheological and thermal properties of LDPE/PS/PMMA ternary polymer blends | |
| RU2654948C2 (en) | Composite material based on a thermoplastic polymer and a method for its production | |
| KR20190062906A (en) | 3d printing polylactic acid filament composition for improving surface property | |
| CN108219349A (en) | A kind of 3D printing modified ABS resin and preparation method thereof | |
| Nikmatin et al. | Properties of oil palm empty fruit bunch-filled recycled acrylonitrile butadiene styrene composites: Effect of shapes and filler loadings with random orientation | |
| JP2021137979A (en) | Kneading device | |
| KR101685761B1 (en) | 3d printer filament using biodegradable resin composition having improved whiteness and mechanical properties | |
| CN109721928B (en) | Polypropylene composition and preparation method and application thereof | |
| CN107075199A (en) | High resiliency rigid composite material, its application and production method | |
| Jafarian Jam et al. | Challenge to the Production of Fine Wood—Plastic Injection Molded Composites | |
| Oniszczuk et al. | Biodegradation of TPS mouldings enriched with natural fillers | |
| CN103951919A (en) | Polyvinyl alcohol composite master batch and preparation method thereof | |
| CN111286164B (en) | Biodegradable plastic and preparation method thereof |