RU2699219C1 - Composite material based on ultrahigh molecular weight polyethylene (versions) and method for production thereof - Google Patents

Composite material based on ultrahigh molecular weight polyethylene (versions) and method for production thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2699219C1
RU2699219C1 RU2019102052A RU2019102052A RU2699219C1 RU 2699219 C1 RU2699219 C1 RU 2699219C1 RU 2019102052 A RU2019102052 A RU 2019102052A RU 2019102052 A RU2019102052 A RU 2019102052A RU 2699219 C1 RU2699219 C1 RU 2699219C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
filler
uhmwpe
ethylene
molecular weight
ultrasound
Prior art date
Application number
RU2019102052A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Сергеевич Заболотнов
Original Assignee
Александр Сергеевич Заболотнов
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 Александр Сергеевич Заболотнов filed Critical Александр Сергеевич Заболотнов
Priority to RU2019102052A priority Critical patent/RU2699219C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2699219C1 publication Critical patent/RU2699219C1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F292/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to inorganic materials
    • 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
    • C08K3/08—Metals
    • 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
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • 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
    • C08K3/34—Silicon-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/04—Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08L23/06—Polyethene

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)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention relates to composite materials (CM) based on high-molecular compounds and to a method for production thereof. Disclosed is a method for producing CM based on UHMWPE polymerisation of ethylene on the surface of filler particles in the presence of a catalyst immobilized thereon, consisting of a transition metal compound VCl4 and an organoaluminium compound Al(i-Bu)3. Filler used is particles of powdered filler of nano- or micro-size or mixture thereof, which are pre-evacuated while heated in a small preparatory reactor, cooled to room temperature, a hydrocarbon solvent is added, obtained suspension is treated with ultrasound, VCl4 is added in amount of 10-5–10-3 g per 1 g of filler, without stopping treatment with ultrasound, feeding ethylene to excess pressure of 0.1–0.4 atm., after 15–30 minutes, while stirring with ultrasound, adding Al(i-Bu)3. Then reaction mixture is diluted with hydrocarbon solvent with Al(i-Bu)3 pre-added thereto, and transferred under pressure of inert gas into main polymerisation reactor, involves intense stirring, feeding ethylene to excess pressure of 1–9 atm., increasing temperature to 40–60 °C and ethylene is polymerised on surface of filler particles. Filler particle size range is 10-8–10-3 m.
EFFECT: disclosed method provides CM (versions) based on UHMWPE, containing as filler nanoparticles of molybdenum disulphide and microparticles of schungite, having improved deformation-strength characteristics and high wear resistance.
7 cl, 2 tbl, 13 ex

Description

Изобретение относится к композиционным материалам (КМ) на основе высокомолекулярных соединений, полученных полимеризацией мономеров на неорганических материалах, а именно к КМ на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и к способу его получения). Выбор СВМПЭ в качестве матричного полимера приводит к улучшению таких характеристик КМ, как износостойкость, ударопрочность, коэффициент трения, а разнообразие неорганических материалов позволяет создавать КМ с заданными функциональными свойствами. Изобретение может быть использовано при производстве полимерных материалов широкого назначения, применяемых в машиностроении, горнодобывающей, автомобильной, химической отраслях, а также в медицине.The invention relates to composite materials (CM) based on high molecular weight compounds obtained by the polymerization of monomers on inorganic materials, namely, CM based on ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) and to a method for its production). The choice of UHMWPE as a matrix polymer leads to an improvement in such characteristics of CM as wear resistance, impact resistance, coefficient of friction, and a variety of inorganic materials allows the creation of CM with specified functional properties. The invention can be used in the production of polymeric materials for a wide range of applications used in mechanical engineering, mining, automotive, chemical industries, as well as in medicine.

Традиционной технологией получения КМ, содержащих наполнители различного типа, является метод механического смешения сухих компонентов или в расплаве полимера. Использовать СВМПЭ для смешения в расплаве невозможно из-за очень высокой вязкости его расплава - СВМПЭ плавится, но не течет.The traditional technology for producing CMs containing various types of fillers is the method of mechanical mixing of dry components or in a polymer melt. It is impossible to use UHMWPE for mixing in the melt because of the very high viscosity of its melt - UHMWPE melts, but does not flow.

КМ на основе СВМПЭ, полученные методом сухого смешения, известны. Так, в патенте РФ №2476461, опубл. 27.02.2013, предложен износостойкий материал, содержащий в качестве наполнителя Al2O3 модификации корунд двух фракций: размером 0,1 мм и 0,3 мм при соотношении 1:2 и в общем количестве 18% от массы СВМПЭ. Материал получали в две стадии: сначала СВМПЭ активируют в шаровом механоактиваторе, а затем добавляют порошок оксида алюминия двух фракций и перемешивают в дезинтеграторе. Данный КМ отличается высокими показателями истираемости и прочности при разрыве и может быть использован для защиты поверхностей ковшей экскаваторов, бункеров, кузовов самосвалов и других механизмов от абразивного износа. Однако из-за высокого наполнения материал имеет недостаточное сопротивление удару и относительно низкий предел текучести при растяжений.CMs based on UHMWPE obtained by dry mixing are known. So, in the patent of the Russian Federation No. 2476461, publ. 02/27/2013, a wear-resistant material is proposed that contains, as a filler, Al 2 O 3 modifications of corundum of two fractions: 0.1 mm and 0.3 mm in size, with a ratio of 1: 2 and a total of 18% by weight of UHMWPE. The material was obtained in two stages: first, UHMWPE is activated in a ball mechanical activator, and then aluminum oxide powder of two fractions is added and mixed in a disintegrator. This KM is characterized by high abrasion and tensile strength and can be used to protect the surfaces of excavator buckets, silos, dump truck bodies and other mechanisms from abrasive wear. However, due to the high filling, the material has insufficient impact resistance and a relatively low tensile yield strength.

В патенте RU 2478111, опубл. 27.03.2013 г., предложен износостойкий КМ на основе СВМПЭ, полученный методом двухстадийного горячего прессования: сначала при температуре t1=80÷100°C в течение 30 мин, затем при температуре t2=110÷130°C в течение 60 мин (давление 7,5 МПа). Материал содержит в качестве наполнителя Al2O3 в количестве 5-20 мас. %, который перед смешением с порошком СВМПЭ предварительно плакируют поливиниловым спиртом. За счет плакирования порошка оксида алюминия поливиниловым спиртом достигается более равномерное распределение частиц оксида алюминия в порошке СВМПЭ, и улучшается взаимная адгезия частиц СВМПЭ и оксида алюминия. Это обеспечивает снижение пористости получаемого материала, и, как следствие, повышение плотности, твердости и износостойкости получаемого КМ. Данный материал можно использовать в машиностроении при изготовлении износостойких футеровочных элементов для защиты бункеров, кузовов автотранспорта, транспортеров. К недостаткам данного КМ можно отнести пониженные физико-механические свойства при отрицательных температурах, так как поливиниловый спирт переходит в стеклообразное состояние при температуре ниже +5°С, что непременно скажется как на износостойких свойствах, так и на ударной вязкости композита.In patent RU 2478111, publ. 03/27/2013, a wear-resistant CM based on UHMWPE was proposed, obtained by the two-stage hot pressing method: first at a temperature of t 1 = 80 ÷ 100 ° C for 30 minutes, then at a temperature of t 2 = 110 ÷ 130 ° C for 60 minutes (pressure 7.5 MPa). The material contains as a filler Al 2 O 3 in an amount of 5-20 wt. %, which before mixing with UHMWPE powder is pre-clad with polyvinyl alcohol. By cladding the alumina powder with polyvinyl alcohol, a more uniform distribution of alumina particles in the UHMWPE powder is achieved, and the mutual adhesion of the UHMWPE and alumina particles is improved. This ensures a decrease in the porosity of the obtained material, and, as a consequence, an increase in the density, hardness, and wear resistance of the obtained CM. This material can be used in mechanical engineering in the manufacture of wear-resistant lining elements for the protection of bunkers, truck bodies, conveyors. The disadvantages of this CM include reduced physical and mechanical properties at low temperatures, since polyvinyl alcohol goes into a glassy state at temperatures below + 5 ° C, which will certainly affect both the wear-resistant properties and the impact strength of the composite.

Общим недостатком методов сухого механического смешения является невозможность достичь равномерного распределения наполнителя в полимерной матрице, особенно при больших его количествах или при использовании наполнителей наноразмеров, что сильно сказывается на комплексе физико-механических свойств материалов.A common drawback of dry mechanical mixing methods is the inability to achieve a uniform distribution of the filler in the polymer matrix, especially when its large quantities or when using fillers of nanoscale, which greatly affects the complex of physical and mechanical properties of materials.

Помимо традиционных технологий получения полимерных композитов методом механического смешения известен метод полимеризационного наполнения. Суть метода заключается в закреплении компонентов катализатора на поверхности носителя-наполнителя и последующей полимеризации этилена на носителе в газовой фазе или в среде углеводородного растворителя, в результате полимер образуется на частицах носителя-наполнителя в виде равномерного полимерного покрытия, что обеспечивает равномерное распределение наполнителя в полимерной матрице при любых степенях наполнения (см., например, US 4151126, опубл. 24.04.1979; Авт. свид. СССР №763379, опубл. 15.09.80; US 3503785, опубл. 31.03.1970; Авт. свид. СССР №1004407, опубл. 15.03.1983; Новокшонова Л.А., Мешкова И.Н. Высокомолек. соед., сер. А, 1994, т. 36, №4, с. 629; Grinev V.G., Kudinova O.I., Novokshonova L.A., Shevchenko V.G., Tchmutin I.A. «New aluminum-filled polyolefins combining heat-conducting dielectrical properties», Ext. Abstr. Conf. on Filled Polymers and Fillers "Eurofillers 97", Manchester, UK. 1997, p. 439; RU 2368629, опубл. 27.09.2009; RU 2643985, опубл. 06.02.2018; RU 2671407, опубл. 31.10.2018).In addition to traditional technologies for producing polymer composites by mechanical mixing, a polymerization filling method is known. The essence of the method is to fix the components of the catalyst on the surface of the carrier-filler and the subsequent polymerization of ethylene on the carrier in the gas phase or in the medium of a hydrocarbon solvent, as a result, the polymer is formed on the particles of the carrier-filler in the form of a uniform polymer coating, which ensures uniform distribution of the filler in the polymer matrix at any degree of filling (see, for example, US 4151126, publ. 04.24.1979; Authentic. USSR No. 763379, publ. 15.09.80; US 3503785, publ. 03/31/1970; Authentic. USSR No. 1004407, publ. 03/15/98 3; Novokshonova L.A., Meshkova I.N. Vysokomolek. Conn., Ser. A, 1994, v. 36, No. 4, p. 629; Grinev VG, Kudinova OI, Novokshonova LA, Shevchenko VG, Tchmutin IA " New aluminum-filled polyolefins combining heat-conducting dielectrical properties ", Ext. Abstr. Conf. On Filled Polymers and Fillers" Eurofillers 97 ", Manchester, UK. 1997, p. 439; RU 2368629, published September 27, 2009; RU 2643985 , publ. 02/06/2018; RU 2671407, publ. 10/31/2018).

Наиболее близким к предлагаемому способу получения заявляемого КМ на основе СВМПЭ является способ получения высоконаполненного теплопроводящего электроизоляционного КМ полимеризацией этилена на поверхности частиц наполнителя в присутствии иммобилизованного на них катализатора, состоящего из соединения переходного металла (VCl4 или TiCl4) и алюминийорганического соединения (АОС). Наполнитель нано- или микроразмера вакуумируют при 80-100°С, охлаждают до комнатной температуры, обрабатывают тетрахлоридом ванадия или титана в количестве 10-5-10-4 г на 1 г наполнителя из паровой фазы или в среде углеводородного растворителя, выдерживают 20-30 минут, добавляют углеводородный растворитель, обрабатывают полученную суспензию ультразвуком, повышают температуру до 25-30°С, вводят АОС, подают этилен до давления 0,2-0,4 ата, через 5-6 мин повышают давление этилена до 2-3 ата, температуру до 40-60°С и продолжают полимеризацию этилена (RU 2600110, опубл. 20.10.2016 - прототип).Closest to the proposed method for producing the inventive CM based on UHMWPE is a method for producing a highly filled heat-conducting electrical insulating CM by polymerization of ethylene on the surface of filler particles in the presence of a catalyst immobilized on them, consisting of a transition metal compound (VCl 4 or TiCl 4 ) and an organoaluminum compound (AOC). The nano- or micro-sized filler is evacuated at 80-100 ° C, cooled to room temperature, treated with vanadium or titanium tetrachloride in an amount of 10 -5 -10 -4 g per 1 g of filler from the vapor phase or in a hydrocarbon solvent, withstand 20-30 minutes, add a hydrocarbon solvent, treat the resulting suspension with ultrasound, raise the temperature to 25-30 ° C, introduce AOC, supply ethylene to a pressure of 0.2-0.4 ata, after 5-6 minutes increase the pressure of ethylene to 2-3 ata, temperature up to 40-60 ° C and continue polymerization of ethylene (RU 2600110, opu L 10.20.2016 -. prototype).

В способе-прототипе обработку ультразвуком проводят только спустя 20-30 минут после добавления VCl4 или TiCl4 к наполнителю, за это время катализатор успевает закрепиться на поверхности наполнителя, состоящего из крупных агломератов, что при последующем дезагрегировании ультразвуком приводит, с одной стороны, к отсутствию закрепленного катализатора на отдельных частицах наполнителя, и с другой - к наличию свободного VCl4 в среде углеводородного растворителя. Неравномерное распределение катализатора на частицах наполнителя отрицательно сказывается на комплексе физико-механических свойств получаемого КМ. Свободный VCl4, остающийся в реакционной среде, приводит к образованию свободного низкомолекулярного полимера, не закрепленного на поверхности наполнителя, что при промышленном синтезе категорически неприемлемо, так как этот полимер будет нарастать на стенках реактора и лопастях мешалки и приведет к скорой остановке процесса для очистки реактора.In the prototype method, ultrasonic treatment is carried out only 20-30 minutes after adding VCl 4 or TiCl 4 to the filler, during which time the catalyst manages to fix on the surface of the filler, consisting of large agglomerates, which, with subsequent ultrasonic disaggregation, leads, on the one hand, to the absence of a fixed catalyst on individual particles of the filler, and on the other hand, the presence of free VCl 4 in a hydrocarbon solvent medium. The uneven distribution of the catalyst on the filler particles adversely affects the complex of physicomechanical properties of the obtained CM. The free VCl 4 remaining in the reaction medium leads to the formation of a free low molecular weight polymer that is not fixed on the surface of the filler, which is unacceptable during industrial synthesis, since this polymer will grow on the walls of the reactor and the stirrer blades and will lead to an immediate shutdown of the process for cleaning the reactor .

Задачей изобретения является разработка способа получения предлагаемого КМ на основе СВМПЭ методом полимеризационного наполнения, который позволит использовать порошкообразные наполнители с любым размером частиц и степенью агломерации и обеспечит равномерное распределение катализатора на частицах наполнителя, что будет способствовать более равномерному распределению полимера на частицах наполнителя и улучшению комплекса физико-механических свойств.The objective of the invention is to develop a method for producing the proposed CM based on UHMWPE by polymerization filling, which will allow the use of powdery fillers with any particle size and degree of agglomeration and will provide a uniform distribution of the catalyst on the filler particles, which will contribute to a more uniform distribution of the polymer on the filler particles and to improve the physic - mechanical properties.

Задачей изобретения является также получение заявляемым способом КМ на основе СВМПЭ (вариантов), обладающего улучшенными физико-механическими свойствами.The objective of the invention is also to obtain the inventive method of CM based on UHMWPE (options) with improved physical and mechanical properties.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемым способом получения КМ на основе СВМПЭ полимеризацией этилена на поверхности частиц наполнителя в присутствии иммобилизованного на них катализатора, состоящего из соединения переходного металла VCl4 и АОС Al(i-Bu)3, в котором, согласно изобретению, в качестве наполнителя используют частицы порошкообразного наполнителя нано- или микроразмера или их смесь, которые предварительно вакуумируют при 60-150°С в течение 10-80 минут в малой подготовительной емкости или в малом реакторе, охлаждают до комнатной температуры, добавляют углеводородный растворитель, обрабатывают полученную суспензию ультразвуком, добавляют тетрахлорид ванадия в количестве 10-5-10-3 г на 1 г наполнителя, не прекращая обработку ультразвуком, подают в систему этилен до избыточного давления 0,1-0,4 атм, через 15-30 минут, продолжая перемешивание ультразвуком, добавляют Al(i-Bu)3, затем реакционную смесь разбавляют углеводородным растворителем с предварительно добавленным к нему Al(1-Bu)3 и переносят под давлением инертного газа в основной реактор полимеризации, включают интенсивное перемешивание, подают этилен до избыточного давления 1-9 атм, повышают температуру до 40-60°С и проводят полимеризацию этилена на поверхности частиц наполнителя до образования на них покрытия из СВМПЭ.The solution to this problem is achieved by the proposed method for producing CMs based on UHMWPE by ethylene polymerization on the surface of filler particles in the presence of a catalyst immobilized on them, consisting of a transition metal compound VCl 4 and AOC Al (i-Bu) 3 , in which, according to the invention, as a filler use particles of a powdery filler of nano- or microsize or a mixture thereof, which are pre-vacuum at 60-150 ° C for 10-80 minutes in a small preparation tank or in a small reactor, cooled to room temperature, add a hydrocarbon solvent, treat the resulting suspension with ultrasound, add vanadium tetrachloride in an amount of 10 -5 -10 -3 g per 1 g of filler, without stopping the treatment with ultrasound, feed ethylene to an overpressure of 0.1-0.4 atm , after 15-30 minutes, while stirring with ultrasound, Al (i-Bu) 3 is added, then the reaction mixture is diluted with a hydrocarbon solvent with Al (1-Bu) 3 previously added to it and transferred under inert gas pressure to the main polymerization reactor, include intensive mixing, ethylene is fed to an overpressure of 1-9 atm, the temperature is raised to 40-60 ° C, and ethylene is polymerized on the surface of the filler particles to form a UHMWPE coating on them.

Полимеризацию этилена можно проводить при интенсивном перемешивании и одновременном воздействии ультразвука.The polymerization of ethylene can be carried out with vigorous stirring and simultaneous exposure to ultrasound.

СВМПЭ имеет молекулярную массу не менее 1⋅106.UHMWPE has a molecular weight of at least 1 × 10 6 .

Решение поставленной задачи достигается также предлагаемым КМ на основе СВМПЭ (вариантами), получаемым заявленным способом:The solution to this problem is also achieved by the proposed CM based on UHMWPE (options) obtained by the claimed method:

- композиционным материалом на основе СВМПЭ, характеризующимся тем, что он получен методом полимеризационного наполнения и содержит в качестве наполнителя наночастицы дисульфида молибдена среднего размера 180-200 нм в количестве от 0,5 до 30 мас. % и имеет следующие характеристики: модуль упругости при разрыве (Ер) 650-1100 МПа, разрывная прочность (σр) не менее 33 МПа, относительное удлинение при разрыве (εр) 200-260%, объемный износ по наждачной бумаге не более 60 мм3.- a composite material based on UHMWPE, characterized in that it is obtained by polymerization filling and contains as a filler nanoparticles of molybdenum disulfide of an average size of 180-200 nm in an amount of from 0.5 to 30 wt. % and has the following characteristics: tensile modulus of elasticity (E p ) 650-1100 MPa, tensile strength (σ p ) not less than 33 MPa, elongation at break (ε p ) 200-260%, volume wear on sandpaper not more 60 mm 3 .

СВМПЭ имеет молекулярную массу не менее 1⋅106.UHMWPE has a molecular weight of at least 1 × 10 6 .

- композиционным материалом на основе СВМПЭ, характеризующимся тем, что он получен методом полимеризационного наполнения и содержит в качестве наполнителя микрочастицы шунгита среднего размера 6 мкм в количестве от 0,8 до 30 мас. % и имеет следующие характеристики: модуль упругости при разрыве (Ер) 650-1150 МПа, разрывная прочность (σр) не менее 35 МПа, относительное удлинение при разрыве (εр) по меньшей мере 230%, объемный износ по наждачной бумаге не более 53 мм3.- a composite material based on UHMWPE, characterized in that it is obtained by polymerization filling and contains as a filler microparticles of schungite of an average size of 6 microns in an amount of from 0.8 to 30 wt. % and has the following characteristics: tensile modulus of elasticity (E p ) 650-1150 MPa, tensile strength (σ p ) of at least 35 MPa, elongation at break (ε p ) of at least 230%, volumetric wear on sandpaper does not more than 53 mm 3 .

СВМПЭ имеет молекулярную массу не менее 1⋅106.UHMWPE has a molecular weight of at least 1 × 10 6 .

В качестве дисперсных наполнителей в предлагаемом способе можно применять щирокий спектр порошковых материалов: металлы и их оксиды, сульфиды, фториды, галогениды, керамические материалы, наноглины, углеродные наполнители и др. В качестве углеводородного растворителя можно использовать любой нефтехимический растворитель: нефрас, гептан, толуол и др. В качестве АОС возможно применение веществ с общей формулой: AlRCl2, AlR2Cl, AlR3, AlR2H, где R - алкильный радикал. Использовать можно как концентрированные, так и разбавленные растворы АОС в углеводородном растворителе.A wide range of powder materials can be used as dispersed fillers in the proposed method: metals and their oxides, sulfides, fluorides, halides, ceramic materials, nanoclay, carbon fillers, etc. Any petrochemical solvent can be used as a hydrocarbon solvent: nefras, heptane, toluene and others. As AOS, it is possible to use substances with the general formula: AlRCl 2 , AlR 2 Cl, AlR 3 , AlR 2 H, where R is an alkyl radical. Both concentrated and diluted solutions of AOC in a hydrocarbon solvent can be used.

При создании предлагаемого изобретения были проведены экспериментальные исследования влияния разных видов наполнителей, их размерного ряда и содержания в КМ на комплекс физико-механических свойств. Исследование процесса полимеризации было направлено на поиск условий, которые обеспечат наиболее равномерное распределение наполнителя в полимерной матрице, так как физико-механические показатели наполненных полимеров очень чувствительны к характеру распределения наполнителя в полимерной матрице и наличию или отсутствию в композитах агломератов частиц наполнителя. Было установлено, что для преодоления агрегации частиц наполнителя на стадии полимеризации и достижения равномерного их распределения в полимерной матрице композита, оптимальным режимом является обработка наполнителя ультразвуком в растворителе сначала до нанесения соединения переходного металла и затем после нанесения VCl4. Кроме того, количество подаваемого тетрахлорида ванадия было подобрано таким образом, чтобы соединение переходного металла полностью закреплялось на поверхности частиц наполнителя и полимеризация этилена происходила только на поверхности частиц наполнителя. Экспериментально выбранные режимы процесса полимеризации позволяют достичь равномерного распределения наполнителя в полимерной матрице композита и полностью избежать налипания полимера на стенках реакторной зоны и на перемешивающем устройстве.When creating the invention, experimental studies were conducted of the influence of different types of fillers, their size range and content in CM on the complex of physico-mechanical properties. The study of the polymerization process was aimed at finding conditions that would ensure the most uniform distribution of the filler in the polymer matrix, since the physical and mechanical properties of the filled polymers are very sensitive to the nature of the distribution of the filler in the polymer matrix and the presence or absence of agglomerates of filler particles in the composites. It was found that in order to overcome aggregation of the filler particles at the polymerization stage and to achieve their uniform distribution in the polymer matrix of the composite, the optimal mode is to treat the filler with ultrasound in a solvent, first before applying the transition metal compound and then after applying VCl 4 . In addition, the amount of vanadium tetrachloride supplied was selected so that the transition metal compound was completely fixed on the surface of the filler particles and ethylene polymerized only on the surface of the filler particles. The experimentally selected modes of the polymerization process make it possible to achieve a uniform distribution of the filler in the polymer matrix of the composite and to completely avoid the sticking of the polymer on the walls of the reactor zone and on the mixing device.

Приводим примеры осуществления заявляемого способа и получения предлагаемого КМ (вариантов).We give examples of the implementation of the proposed method and obtain the proposed KM (options).

Пример 1 (сравнительный, наполнитель - смесь микро- и наночастиц Al).Example 1 (comparative, filler is a mixture of micro - and nanoparticles of Al).

В малый (подготовительный) металлический реактор помещают 10 г порошка дисперсного алюминия, содержащего 80 мас. % микрочастиц алюминия со средним размером 10 мкм (с величиной оксидного покрытия 7 мас. %) и 20 мас. % наночастиц алюминия со средним размером 80 нм (с величиной оксидного покрытия 7 мас. %), откачивают при температуре 80°С при остаточном давлении 10-1 мм рт.ст. в течение 30 мин, охлаждают реактор до комнатной температуры, после чего приливают 150 мл сухого гептана и включают обработку ультразвуком. Через 5 мин, продолжая перемешивание системы ультразвуком, в реактор через дозирующее устройство подают жидкий VCl4 в количестве 0,0008 г, соотношение VCl4 и наполнителя составляет 8⋅10-5 г VCl4 на 1 г порошка дисперсного алюминия. Далее в систему, не прекращая ультразвуковую обработку, подают этилен до избыточного давления 0,1 атм и через 15 минут добавляют одномолярный раствор Al(i-Bu)3. После вкалывания АОС происходит мгновенная полимеризация этилена на поверхности частиц наполнителя, обработанных ультразвуком, с образованием тонкого слоя полимера, препятствующего их агрегации. Далее реакционную смесь разбавляют 50 мл сухого гептана с предварительно добавленным к нему одномолярным раствором Al(i-Bu)3 (суммарное количество АОС составляет 0,0016 г) и переносят под давлением аргона в основной полимеризационный реактор, включают интенсивное перемешивание, подают этилен до избыточного давления 2 атм, повышают температуру до 40°С и проводят полимеризацию этилена на поверхности частиц наполнителя до образования КМ, содержащего 26 мас. % СВМПЭ и 74 мас. % наполнителя. Молекулярная масса образовавшегося полимера составляет 1,5⋅106. В таблице 1 приведены данные испытаний деформационно-прочностных свойств КМ, полученного по примеру 1, в сравнении с КМ, полученным по способу-прототипу. Как видно из приведенных данных, предлагаемый способ позволяет повысить (по сравнению с прототипом) такую важную характеристику КМ, как модуль упругости, и сохранить высокое значение прочности при сжатии.In a small (preparatory) metal reactor, 10 g of dispersed aluminum powder containing 80 wt. % aluminum microparticles with an average size of 10 μm (with an oxide coating of 7 wt.%) and 20 wt. % aluminum nanoparticles with an average size of 80 nm (with an oxide coating of 7 wt.%) are pumped out at a temperature of 80 ° C with a residual pressure of 10 -1 mm Hg. for 30 min, cool the reactor to room temperature, then pour 150 ml of dry heptane and include sonication. After 5 minutes, while stirring the system with ultrasound, liquid VCl 4 in the amount of 0.0008 g is fed into the reactor through a metering device, the ratio of VCl 4 and filler is 8⋅10 -5 g VCl 4 per 1 g of dispersed aluminum powder. Then, without stopping the ultrasonic treatment, ethylene is fed to an overpressure of 0.1 atm, and after 15 minutes a unimolar solution of Al (i-Bu) 3 is added. After injecting AOC, ethylene instantly polymerizes on the surface of the ultrasonic-treated filler particles to form a thin polymer layer that prevents their aggregation. Next, the reaction mixture is diluted with 50 ml of dry heptane with a pre-added one-molar solution of Al (i-Bu) 3 (the total amount of AOC is 0.0016 g) and transferred under argon pressure to the main polymerization reactor, include vigorous stirring, ethylene is fed to excess pressure 2 atm, increase the temperature to 40 ° C and carry out the polymerization of ethylene on the surface of the filler particles to form a CM containing 26 wt. % UHMWPE and 74 wt. % filler. The molecular weight of the resulting polymer is 1.5 × 10 6 . Table 1 shows the test data of the deformation-strength properties of KM obtained in example 1, in comparison with KM obtained by the prototype method. As can be seen from the above data, the proposed method allows to increase (compared with the prototype) such an important characteristic of the CM as the modulus of elasticity, and to maintain a high value of compressive strength.

Figure 00000001
Figure 00000001

Пример 2 (наполнитель - наночастицы γ-Al2O3).Example 2 (filler - nanoparticles of γ-Al 2 O 3 ).

В малый (подготовительный) металлический реактор помещают 20 г нанодисперсного гамма оксида алюминия со средним размером частиц 15 нм, с удельной поверхностью 160 м2/г, откачивают при температуре 80°С при остаточном давлении 10-1 мм рт.ст. в течение 30 мин, охлаждают реактор до комнатной температуры, после чего приливают 500 мл сухого нефраса и включают обработку ультразвуком. Через 5 мин, продолжая перемешивание системы ультразвуком, в реактор через дозирующее устройство подают жидкий VCl4 в количестве 0,0008 г, соотношение VCl4 и наполнителя составляет 4⋅10-5 г VCl4 на 1 г нанопорошка γ-Al2O3. Далее в систему, не прекращая ультразвуковую обработку, подают этилен до избыточного давления 0,1 атм и через 15 минут добавляют одномолярный раствор Al(i-Bu)3. После вкалывания АОС происходит мгновенная полимеризация этилена на поверхности частиц наполнителя, обработанных ультразвуком, с образованием тонкого слоя полимера, препятствующего их агрегации. Далее реакционную смесь разбавляют 1000 мл сухого нефраса с предварительно добавленным к нему одномолярным раствором Al(i-Bu)3 (суммарное количество АОС составляет 0,2 г) и переносят под давлением азота в основной полимеризационный реактор, включают интенсивное перемешивание, подают этилен до избыточного давления 2 атм, повышают температуру до 60°С и проводят полимеризацию этилена на поверхности частиц наполнителя до образования КМ, содержащего 94 мас. % СВМПЭ и 6 мас. % γ-Al2O3. Молекулярная масса образовавшегося полимера составляет 4,6⋅106. Износостойкие и физико-механические свойства КМ растяжении (разрыве) приведены в таблице 2.In a small (preparatory) metal reactor, 20 g of nano-dispersed gamma alumina with an average particle size of 15 nm, with a specific surface area of 160 m 2 / g are placed, pumped out at a temperature of 80 ° C with a residual pressure of 10 -1 mm Hg. for 30 min, cool the reactor to room temperature, after which 500 ml of dry nefras are poured and include sonication. After 5 minutes, while continuing to mix the system with ultrasound, liquid VCl 4 in the amount of 0.0008 g is fed into the reactor through a dosing device; the ratio of VCl 4 and filler is 4⋅10 -5 g VCl 4 per 1 g of γ-Al 2 O 3 nanopowder. Then, without stopping the ultrasonic treatment, ethylene is fed to an overpressure of 0.1 atm, and after 15 minutes a unimolar solution of Al (i-Bu) 3 is added. After injecting AOC, ethylene instantly polymerizes on the surface of the ultrasonic-treated filler particles to form a thin polymer layer that prevents their aggregation. Next, the reaction mixture is diluted with 1000 ml of dry nephras with previously added unipolar solution of Al (i-Bu) 3 (the total amount of AOC is 0.2 g) and transferred under nitrogen pressure to the main polymerization reactor, include vigorous stirring, ethylene is fed to excess pressure of 2 atm, increase the temperature to 60 ° C and carry out the polymerization of ethylene on the surface of the filler particles to form a CM containing 94 wt. % UHMWPE and 6 wt. % γ-Al 2 O 3 . The molecular weight of the resulting polymer is 4.6 × 10 6 . Wear-resistant and physico-mechanical properties of CM tensile (tear) are shown in table 2.

Пример 3 (наполнитель - наночастицы MoS2, вариант 1 материала).Example 3 (filler - nanoparticles of MoS 2 , option 1 material).

В малый (подготовительный) металлический реактор помещают 8 г нанодисперсного порошка MoS2 со средним размером частиц 180-200 нм, с удельной поверхностью 46 м2/г, откачивают при температуре 120°С при остаточном давлении 10-1 мм рт.ст. в течение 20 мин, охлаждают реактор до комнатной температуры, после чего приливают 250 мл сухого нефраса и включают обработку ультразвуком. Через 5 мин, продолжая перемешивание системы ультразвуком, в реактор через дозирующее устройство подают жидкий VCl4 в количестве 0,06 г, соотношение VCl4 и наполнителя составляет 7,5⋅10-3 г VCl4 на 1 г MoS2. Далее в систему, не прекращая ультразвуковую обработку, подают этилен до избыточного давления 0,1 атм и через 15 минут добавляют одномолярный раствор Al(i-Bu)3. После вкалывания АОС происходит мгновенная полимеризация этилена на поверхности частиц наполнителя, обработанных ультразвуком, с образованием тонкого слоя полимера, препятствующего их агрегации. Далее реакционную смесь разбавляют 1250 мл сухого нефраса с предварительно добавленным к нему одномолярным раствором Al(i-Bu)3 (суммарное количество АОС составляет 1 г) и переносят под давлением аргона в основной полимеризационный реактор, включают интенсивное перемешивание, подают этилен до избыточного давления 9 атм, повышают температуру до 60°С и проводят полимеризацию этилена на поверхности частиц наполнителя до образования КМ, содержащего 95,5 мас. % СВМПЭ и 0,5 мас. % MoS2. Молекулярная масса образовавшегося полимера составляет 4,6⋅106. Износостойкие и физико-механические свойства КМ растяжении (разрыве) приведены в таблице 2.In a small (preparatory) metal reactor, 8 g of MoS 2 nanosized powder with an average particle size of 180-200 nm, with a specific surface area of 46 m 2 / g are placed, pumped out at a temperature of 120 ° C at a residual pressure of 10 -1 mm Hg. within 20 min, cool the reactor to room temperature, after which 250 ml of dry nefras are poured and include sonication. After 5 minutes, while stirring the system with ultrasound, liquid VCl 4 in the amount of 0.06 g is fed into the reactor through a metering device; the ratio of VCl 4 and filler is 7.5–10 -3 g VCl 4 per 1 g MoS 2 . Then, without stopping the ultrasonic treatment, ethylene is fed to an overpressure of 0.1 atm, and after 15 minutes a unimolar solution of Al (i-Bu) 3 is added. After injecting AOC, ethylene instantly polymerizes on the surface of the ultrasonic-treated filler particles to form a thin polymer layer that prevents their aggregation. Next, the reaction mixture is diluted with 1250 ml of dry nefras with a pre-added one-molar solution of Al (i-Bu) 3 (the total amount of AOS is 1 g) and transferred under argon pressure to the main polymerization reactor, include vigorous stirring, ethylene is fed to overpressure 9 atm, increase the temperature to 60 ° C and carry out the polymerization of ethylene on the surface of the filler particles to form a CM containing 95.5 wt. % UHMWPE and 0.5 wt. % MoS 2 . The molecular weight of the resulting polymer is 4.6 × 10 6 . Wear-resistant and physico-mechanical properties of CM tensile (tear) are shown in table 2.

Пример 4 (наполнитель - наночастицы MoS2, вариант 1 материала).Example 4 (filler - nanoparticles of MoS 2 , option 1 material).

КМ, содержащий в качестве наполнителя наночастицы MoS2, получают аналогично примеру 3. Отличие заключается в давлении полимеризации, которое в данном примере составляет 6 атм. Состав КМ, его физико-механические и износостойкие свойства приведены в таблице 2.CM containing MoS 2 nanoparticles as a filler is obtained analogously to Example 3. The difference is in the polymerization pressure, which in this example is 6 atm. The composition of the CM, its physico-mechanical and wear-resistant properties are shown in table 2.

Примеры 5 и 6 (наполнитель - наночастицы MoS2, вариант 1 материала).Examples 5 and 6 (filler - nanoparticles of MoS 2 , option 1 material).

Образцы КМ, содержащего в качестве наполнителя наночастицы MoS2, получают аналогично примеру 3. Отличие заключается в давлении полимеризации, которое в данном примере составляет 1 атм. Состав КМ, его физико-механические и износостойкие свойства приведены в таблице 2.KM samples containing MoS 2 nanoparticles as a filler are prepared analogously to Example 3. The difference is in the polymerization pressure, which in this example is 1 atm. The composition of the CM, its physico-mechanical and wear-resistant properties are shown in table 2.

Пример 7 (наполнитель - частицы органомодифицированного монтмориллонита среднего размера 8 мкм с межплоскостным расстоянием в частицах 2,46 нм, вариант 2 материала).Example 7 (the filler is an organ-modified montmorillonite particle of medium size 8 μm with an interplanar spacing of 2.46 nm in particles, option 2 of the material).

В малый (подготовительный) металлический реактор помещают 4 г органомодифицированного монтмориллонита, откачивают при температуре 80°С при остаточном давлении 10-1 мм рт.ст. в течение 80 мин, охлаждают реактор до комнатной температуры, после чего приливают 250 мл сухого нефраса и включают обработку ультразвуком. Через 5 мин, продолжая перемешивание системы ультразвуков, в реактор через дозирующее устройство подают жидкий VCl4 в количестве 0,008 г, соотношение VCl4 и наполнителя составляет 2⋅10-3 г VCl4 на 1 г наполнителя. Далее в систему, не прекращая ультразвуковую обработку, подают этилен до избыточного давления 0,4 атм и через 30 минут добавляют одномолярный раствор Al(i-Bu)3. После вкалывания АОС происходит мгновенная полимеризация этилена на поверхности частиц наполнителя, обработанных ультразвуком, с образованием тонкого слоя полимера, препятствующего их агрегации. Далее реакционную смесь разбавляют 250 мл сухого нефраса с предварительно добавленным к нему одномолярным раствором Al(i-Bu)3 (суммарное количество АОС составляет 0,5 г) и переносят под давлением аргона в основной полимеризационный реактор, включают интенсивное перемешивание, подают этилен до избыточного давления 4 атм, повышают температуру до 40°С и проводят полимеризацию этилена на поверхности частиц наполнителя до образования КМ, содержащего 95,5 мас. % СВМПЭ и 0,5 мас. % монтмориллонита. Износостойкие и физико-механические свойства КМ при растяжении (разрыве) приведены в таблице 2.In a small (preparatory) metal reactor, 4 g of organomodified montmorillonite are placed, pumped out at a temperature of 80 ° C with a residual pressure of 10 -1 mm Hg. for 80 min, cool the reactor to room temperature, after which 250 ml of dry nefras are poured and include sonication. After 5 minutes, while continuing to mix the ultrasound system, liquid VCl 4 in the amount of 0.008 g is fed into the reactor through a dosing device, the ratio of VCl 4 and filler is 2⋅10 -3 g VCl 4 per 1 g of filler. Then, without stopping the ultrasonic treatment, ethylene is supplied to an overpressure of 0.4 atm and after 30 minutes a unimolar solution of Al (i-Bu) 3 is added. After injecting AOC, ethylene instantly polymerizes on the surface of the ultrasonic-treated filler particles to form a thin polymer layer that prevents their aggregation. Next, the reaction mixture is diluted with 250 ml of dry nephras with previously added unipolar solution of Al (i-Bu) 3 (the total amount of AOC is 0.5 g) and transferred under argon pressure to the main polymerization reactor, include vigorous stirring, ethylene is fed to excess pressure 4 atm, increase the temperature to 40 ° C and carry out the polymerization of ethylene on the surface of the filler particles to form a CM containing 95.5 wt. % UHMWPE and 0.5 wt. % montmorillonite. The wear-resistant and physicomechanical properties of KM under tension (rupture) are given in table 2.

Примеры 8-10 (наполнитель - частицы органомодифицированного монтмориллонита среднего размера 8 мкм с межплоскостным расстоянием в частицах 2,46 нм, вариант 2 материала).Examples 8-10 (the filler is an organ-modified montmorillonite particle of medium size 8 μm with an interplanar spacing of 2.46 nm in particles, option 2 of the material).

Образцы КМ, содержащего в качестве наполнителя органомодифицированный монтмориллонит, получают аналогично примеру 7. Состав КМ, его физико-механические и износостойкие свойства приведены в таблице 2.KM samples containing organomodified montmorillonite as a filler are prepared analogously to Example 7. The composition of KM, its physico-mechanical and wear-resistant properties are shown in Table 2.

Примеры 11-13 (наполнитель - микрочастицы шунгита среднего размера 6 мкм, вариант 3 материала).Examples 11-13 (filler - shungite microparticles of an average size of 6 microns, option 3 of the material).

Образцы КМ, содержащего в качестве наполнителя микрочастицы шунгита среднего размера 6 мкм, в состав которого входит углерод в аллотропной модификации фуллерена, получают аналогично примеру 7. Состав КМ, его физико-механические и износостойкие свойства приведены в таблице 2.KM samples containing as a filler microparticles of schungite of an average size of 6 μm, which includes carbon in the allotropic modification of fullerene, are obtained analogously to example 7. The composition of KM, its physico-mechanical and wear-resistant properties are shown in table 2.

Таким образом, заявляемый способ получения КМ на основе СВМПЭ методом полимеризационного наполнения позволяет использовать порошкообразные наполнители с размером частиц в широком диапазоне, в случае наночастиц - с высокой степенью агломерации, и обеспечивает равномерное распределение катализатора на частицах наполнителя, что способствует равномерному распределению полимера на частицах наполнителя и приводит к улучшению комплекса физико-механических свойств получаемого КМ. Благодаря осуществлению процесса синтеза в среде алифатического растворителя в режиме суспензионной полимеризации способ является высоко технологичным. Предлагаемый КМ (варианты), получаемый заявляемым способом, обладает улучшенными деформационно-прочностными характеристиками и высокой износостойкостью.Thus, the inventive method for producing CMs based on UHMWPE by polymerization filling allows the use of powdered fillers with a particle size in a wide range, in the case of nanoparticles with a high degree of agglomeration, and ensures uniform distribution of the catalyst on the filler particles, which contributes to a uniform distribution of the polymer on the filler particles and leads to an improvement in the complex of physicomechanical properties of the obtained CM. Due to the implementation of the synthesis process in an aliphatic solvent in suspension polymerisation mode, the method is highly technological. The proposed KM (options) obtained by the claimed method has improved deformation and strength characteristics and high wear resistance.

Figure 00000002
Figure 00000002

Claims (7)

1. Способ получения композиционного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) полимеризацией этилена на поверхности частиц наполнителя в присутствии иммобилизованного на них катализатора, состоящего из соединения переходного металла VCl4 и алюминийорганического соединения Al(i-Bu)3, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют частицы порошкообразного наполнителя нано- или микроразмера или их смесь, которые предварительно вакуумируют при 80-120°С в течение 20-80 минут в малом подготовительном реакторе, охлаждают до комнатной температуры, добавляют углеводородный растворитель, обрабатывают полученную суспензию ультразвуком, добавляют тетрахлорид ванадия в количестве 10-5-10-3 г на 1 г наполнителя, не прекращая обработку ультразвуком, подают этилен до избыточного давления 0,1-0,4 атм, через 15-30 минут, продолжая перемешивание ультразвуком, добавляют Al(i-Bu)3, затем реакционную смесь разбавляют углеводородным растворителем с предварительно добавленным к нему Al(i-Bu)3 и переносят под давлением инертного газа в основной реактор полимеризации, включают интенсивное перемешивание, подают этилен до избыточного давления 1-9 атм, повышают температуру до 40-60°С и проводят полимеризацию этилена на поверхности частиц наполнителя до образования на них покрытия из СВМПЭ.1. A method of obtaining a composite material based on ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) by polymerizing ethylene on the surface of filler particles in the presence of a catalyst immobilized on them, consisting of a transition metal compound VCl 4 and an organoaluminum compound Al (i-Bu) 3 , characterized in that as filler particles of a nano- or micro-sized powder filler or a mixture thereof are used, which are pre-vacuum at 80-120 ° C for 20-80 minutes in a small preparatory reactor, cooled wait to room temperature, add a hydrocarbon solvent, treat the resulting suspension with ultrasound, add vanadium tetrachloride in an amount of 10 -5 -10 -3 g per 1 g of filler, without stopping the treatment with ultrasound, ethylene is fed to an overpressure of 0.1-0.4 atm , after 15-30 minutes, while stirring with ultrasound, Al (i-Bu) 3 is added, then the reaction mixture is diluted with a hydrocarbon solvent with Al (i-Bu) 3 previously added to it and transferred under inert gas pressure to the main polymerization reactor, include intensive mixing, ethylene is fed to an overpressure of 1-9 atm, the temperature is raised to 40-60 ° C, and ethylene is polymerized on the surface of the filler particles to form a UHMWPE coating on them. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полимеризацию этилена проводят при интенсивном перемешивании и одновременном воздействии ультразвука.2. The method according to claim 1, characterized in that the polymerization of ethylene is carried out with vigorous stirring and simultaneous exposure to ultrasound. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что СВМПЭ имеет молекулярную массу не менее 1⋅106.3. The method according to claim 1, characterized in that UHMWPE has a molecular weight of at least 1 × 10 6 . 4. Композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), характеризующийся тем, что он получен способом по пп.1-3 методом полимеризационного наполнения и содержит в качестве наполнителя наночастицы дисульфида молибдена среднего размера 180-200 нм в количестве от 0,5 до 30 мас. % и имеет следующие характеристики: модуль упругости при разрыве (Ер) 650-1100 МПа, разрывная прочность (σр) не менее 33 МПа, относительное удлинение при разрыве (εp) 200-260%, объемный износ по наждачной бумаге не более 60 мм3.4. A composite material based on ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE), characterized in that it is obtained by the method according to claims 1 to 3 by the method of polymerization filling and contains as a filler nanoparticles of molybdenum disulfide of an average size of 180-200 nm in an amount of from 0.5 to 30 wt. % and has the following characteristics: tensile modulus of elasticity (E p ) 650-1100 MPa, tensile strength (σ p ) not less than 33 MPa, elongation at break (ε p ) 200-260%, volume wear on sandpaper not more 60 mm 3 . 5. Композиционный материал по п.4, отличающийся тем, что СВМПЭ имеет молекулярную массу не менее 1⋅106.5. The composite material according to claim 4, characterized in that the UHMWPE has a molecular weight of at least 1 × 10 6 . 6. Композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), характеризующийся тем, что он получен способом по пп.1-3 методом полимеризационного наполнения и содержит в качестве наполнителя микрочастицы шунгита среднего размера 6 мкм в количестве от 0,8 до 30 мас. % и имеет следующие характеристики: модуль упругости при разрыве (Ер) 650-1150 МПа, разрывная прочность (σр) не менее 35 МПа, относительное удлинение при разрыве (εp) по меньшей мере 230%, объемный износ по наждачной бумаге не более 53 мм3.6. A composite material based on ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE), characterized in that it is obtained by the method according to claims 1 to 3 by the method of polymerization filling and contains as filler microparticles of schungite of an average size of 6 microns in an amount of from 0.8 to 30 wt. % and has the following characteristics: tensile modulus of elasticity (E p ) 650-1150 MPa, tensile strength (σ p ) of at least 35 MPa, elongation at break (ε p ) of at least 230%, volumetric wear on sandpaper does not more than 53 mm 3 . 7. Композиционный материал по п.6, отличающийся тем, что СВМПЭ имеет молекулярную массу не менее 1⋅106.7. The composite material according to claim 6, characterized in that the UHMWPE has a molecular weight of at least 1 × 10 6 .
RU2019102052A 2019-01-25 2019-01-25 Composite material based on ultrahigh molecular weight polyethylene (versions) and method for production thereof RU2699219C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019102052A RU2699219C1 (en) 2019-01-25 2019-01-25 Composite material based on ultrahigh molecular weight polyethylene (versions) and method for production thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019102052A RU2699219C1 (en) 2019-01-25 2019-01-25 Composite material based on ultrahigh molecular weight polyethylene (versions) and method for production thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2699219C1 true RU2699219C1 (en) 2019-09-04

Family

ID=67851339

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019102052A RU2699219C1 (en) 2019-01-25 2019-01-25 Composite material based on ultrahigh molecular weight polyethylene (versions) and method for production thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2699219C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2761336C1 (en) * 2020-12-15 2021-12-07 Общество с ограниченной ответственностью "ИНЖЕНЕРНЫЕ ПОЛИМЕРЫ" Technology for producing workpieces from powders of composite materials based on ultra-high molecular weight polyethylene
RU2817083C1 (en) * 2023-04-19 2024-04-09 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ФИЦ ХФ РАН) Powdered composite material based on ultrahigh molecular weight polyethylene for 3d printing by selective laser sintering (embodiments) and method of manufacturing thereof (embodiments)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010079173A1 (en) * 2009-01-09 2010-07-15 Teijin Aramid B.V. Ultra-high molecular weight polyethylene comprising refractory particles
RU2478111C1 (en) * 2011-08-10 2013-03-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ) Method of producing composite material
RU2600110C1 (en) * 2015-06-29 2016-10-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ИХФ РАН) Heat conducting electric insulating composite material (versions) and method for production thereof
RU2671407C1 (en) * 2017-12-29 2018-10-31 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ИХФ РАН) Nanocomposite on the basis of super-high-molecular polyethylene and method of its obtaining

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010079173A1 (en) * 2009-01-09 2010-07-15 Teijin Aramid B.V. Ultra-high molecular weight polyethylene comprising refractory particles
RU2478111C1 (en) * 2011-08-10 2013-03-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ) Method of producing composite material
RU2600110C1 (en) * 2015-06-29 2016-10-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ИХФ РАН) Heat conducting electric insulating composite material (versions) and method for production thereof
RU2671407C1 (en) * 2017-12-29 2018-10-31 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ИХФ РАН) Nanocomposite on the basis of super-high-molecular polyethylene and method of its obtaining

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЖИГАЧ А.Н. и др. Получение наноразмерных порошков алюминия и их использование в качестве наполнителя композиционных материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, Известия РАН. Серия физическая, 2011, т.75. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2761336C1 (en) * 2020-12-15 2021-12-07 Общество с ограниченной ответственностью "ИНЖЕНЕРНЫЕ ПОЛИМЕРЫ" Technology for producing workpieces from powders of composite materials based on ultra-high molecular weight polyethylene
RU2817083C1 (en) * 2023-04-19 2024-04-09 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ФИЦ ХФ РАН) Powdered composite material based on ultrahigh molecular weight polyethylene for 3d printing by selective laser sintering (embodiments) and method of manufacturing thereof (embodiments)
RU2817083C9 (en) * 2023-04-19 2024-05-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ФИЦ ХФ РАН) Powdered composite material based on ultrahigh molecular weight polyethylene for 3d printing by selective laser sintering (embodiments) and method of manufacturing thereof (embodiments)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rastin et al. Transparent nanocomposite coatings based on epoxy and layered double hydroxide: Nonisothermal cure kinetics and viscoelastic behavior assessments
CN113024692B (en) Process for preparing a catalyst
Scott et al. Polymer-inorganic hybrid colloids for ultraviolet-assisted direct ink write of polymer nanocomposites
Haaj et al. Starch nanoparticles produced via ultrasonication as a sustainable stabilizer in Pickering emulsion polymerization
Elmabrouk et al. Preparation of poly (styrene‐co‐hexylacrylate)/cellulose whiskers nanocomposites via miniemulsion polymerization
JPWO2009011231A1 (en) Ultra-high molecular weight polyolefin fine particles, production method thereof and molded article thereof
Haddadi et al. In-situ preparation and characterization of ultra-high molecular weight polyethylene/diamond nanocomposites using Bi-supported Ziegler-Natta catalyst: Effect of nanodiamond silanization
JPS60163935A (en) Spherical powder of ultra-high-molecular-weight polyolefin
JP2015503009A (en) Catalyst system for the production of ultra high molecular weight polyethylene.
RU2699219C1 (en) Composite material based on ultrahigh molecular weight polyethylene (versions) and method for production thereof
EP2565210B1 (en) Resin fine powder consisting of 4-methyl-1-pentene polymer, composition containing same, and process for production thereof
Park et al. Wear behavior of in situ polymerized carbon nanotube/ultra high molecular weight polyethylene composites
Spasevska et al. Crosslinked reduced graphene oxide/polymer composites via in situ synthesis by semicontinuous emulsion polymerization
Makwana et al. Propylene polymerization using supported Ziegler–Natta catalyst systems with mixed donors
RU2600110C1 (en) Heat conducting electric insulating composite material (versions) and method for production thereof
Amini et al. Effect of exfoliated molybdenum disulfide oxide on friction and wear properties of ultra high molecular weight polyethylene
Halbach et al. Boehmite nanorod‐reinforced‐polyethylenes and ethylene/1‐octene thermoplastic elastomer nanocomposites prepared by in situ olefin polymerization and melt compounding
Errezma et al. Waterborne acrylic–cellulose nanofibrils nanocomposite latexes via miniemulsion polymerization
CN115710394A (en) Antistatic polyethylene composite material and preparation method and application thereof
Xalter et al. New polyolefin nanocomposites and catalyst supports based on organophilic boehmites
Rahim-Abadi et al. Chemical modification of TiO2 nanoparticles as an effective way for encapsulation in polyacrylic shell via emulsion polymerization
CN112321759B (en) Polyolefin with low shear modulus and application thereof
RU2610071C1 (en) Method of composite material production on basis of polyolefins and carbon nanotubes
Abedini et al. Preparation and enhancing of materials using ultrasound technique: polymers, catalysts and nanostructure particles
JPS60203673A (en) Encapsulation of fine solid particles and stable suspension