RU2718772C1 - Композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена - Google Patents
Композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена Download PDFInfo
- Publication number
- RU2718772C1 RU2718772C1 RU2019134479A RU2019134479A RU2718772C1 RU 2718772 C1 RU2718772 C1 RU 2718772C1 RU 2019134479 A RU2019134479 A RU 2019134479A RU 2019134479 A RU2019134479 A RU 2019134479A RU 2718772 C1 RU2718772 C1 RU 2718772C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- molecular weight
- uhmwpe
- composite material
- mass
- fluoroplastic
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
- C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
- C08K7/02—Fibres or whiskers
- C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
- C08K7/14—Glass
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L27/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L27/02—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C08L27/12—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
Abstract
Изобретение относится к композиционным материалам (КМ) на основе чистых высокомолекулярных соединений и/или их смесей. Композиционный материал (КМ) на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) с молекулярной массой 1-9 млн, имеет следующий состав, мас.%: СВМПЭ с молекулярной массой 1-9 млн - от 40 до 99,799; короткорубленное стекловолокно длиной от 0,1 до 12 мм, аппретированное или без аппрета, - от 0,1 до 30; фторопласт - от 0,1 до 20; глицеринмоностеарат в чистом виде – от 0,001 до 10. Изобретение обеспечивает получение композиционного материала с улучшенными физико-механическими, износостойкими свойствами, а также повысить сопротивление долговременной пластической деформации на холоде при одновременной наименьшей степени влияния на износ контртел при долговременном нахождении КМ в трибосистемах. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 8 пр.
Description
Изобретение относится к композиционным материалам (КМ) на основе чистых высокомолекулярных соединений и/или их смесей.
Традиционной технологией получения КМ, содержащих наполнители различного типа, является метод механического смешения сухих компонентов или в расплаве полимера. Использовать сверхвысокомолекулярный полиэтилен СВМПЭ для смешения в расплаве невозможно из-за очень высокой вязкости его расплава - СВМПЭ плавится, но не течет.
КМ на основе СВМПЭ, полученные методом сухого смешения, известны. Так, в патенте CN1504495A от 29.22.2002 повествуется о высокомолекулярном КМ, состоящего из свехвысокомолекулярного фторированного этилен-пропиленового сополимера с добавлением полиэтилена. Данный КМ получают путем совместного мокрого измельчения в коллоидной мельнице всех компонентов до 40-80 мкм., далее полученный порошок сушат и подвергают последующей переработке. Причем содержание фторированного этилен-пропиленового сополимера в патенте достигает не менее 40 масс. %. Данный КМ имеет повышенные характеристики механической прочности и твердости, что положительно влияет на расширение его области применения. К недостаткам данного материала можно отнести высокую хладотекучесть, о чем говорят и сами авторы, а также недостаточную износостойкость материала. Также к недостаткам можно отнести низкий предел текучести материала из-за высокого содержания фракции сомономеров, а также производительность метода коллоидного смешения/дробления, данный метод подходит для лабораторного применения и очень плохо масштабируется до больших объемов, что приведет к значительному повышению себестоимости материалов.
В патенте CN85100490B от 10.10.1985 предложено добавление перфторированного сополимера тетрафторэтилена и гексафторпропилена к политетрафторэтилену в количестве от 0,1 до 99 масс. %. Добавлением сополимеров к обычному фторопласту авторы снижают начальную хладотекучесть фторопласта, а для повышения износостойкости конечного КМ в примерах показана возможность добавления сверхвысокомолекулярного полиэтилена в количестве 40 массовых процентов. Представленные КМ получают путем совместного мокрого измельчения в коллоидной мельнице всех компонентов до 40-80 мкм., далее полученный порошок сушат и направляют на переработку. Несмотря на попытку авторов снизить начальную хладотекучесть фторопласта путем введения в него методом смешения фторированных этилен-пропиленовых сополимеров, недостатком данного материала все также является несоизмеримо большая пластическая деформация КМ из-за свойств исходной матрицы полимера. Данные сополимеры необходимо входить в полимер на этапе начального синтеза, а не механического смешения. Еще одним недостатком будет являться низкая ударная вязкость материала, особенно при содержании любого из наполнителей свыше 10 масс. %. Так, при содержании СВМПЭ в матрице КМ в количестве 40 % удастся значительно повысить износостойкость, но, поскольку отсутствует физико-химическое взаимодействие между матрицами полимеров, то такое повышение содержания СВМПЭ приведет к понижению ударной вязкости общей матрицы КМ.
В патенте USO05577777A от 26 ноября 1996 года авторы предлагают рецептуру КМ для обжимного фитинга на шланги сверхвысокого давления. Полимерный обжимной фитинг состоит из основы - фторопласта и различных наполнителей, в данном случае стекловолокна различной природы в количестве от 5 до 25 масс. %. В приведенных в патенте примерах и описаниях материала на основе фторопласта отсутствует добавление СВМПЭ в качестве третьего наполнителя. И, напротив, авторы патента утверждают, что в случае использования их детали из СВМПЭ, деталь лучше использовать из чистого СВМПЭ без какого-либо наполнителя. Недостатком предложенных формул КМ в случае с фторопластовой матрицей является низкая характеристики ударная вязкость, износостойкость, обусловленные высоким содержанием стекловолокна и низкой износоустойчивостью начальной матрицы полимера, а, в случае с чистым СВМПЭ, недостатком будет являться повышенная ползучесть материала, так как в системе на данную деталь будет воздействовать постоянное распирающее давление.
В работе российских ученых «Wear Resistance of Composites Based on Hybrid UHMWPE-PTFE Matrix: Mechanical and Tribotechnical Properties of the Matrix» комплексно исследованы КМ на основе СВМПЭ с добавлением фторопласта в количестве от 1 до 40 масс. %. Несмотря на большую проделанную работу и полученные положительные результаты по увеличению физико-механических и трибологических характеристик, недостатками представленных материалов будет являться низкая хладотекучесть материала, величина которой будет возрастать с увеличением степени наполнения матрицы СВМПЭ фторопластом.
Наиболее близким к предлагаемому способу получения, заявляемого КМ на основе СВМПЭ является способ получения КМ описанный в работе Китайских ученых «Friction and wear characteristics of ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) composites containing glass fibers and carbon fibers under dry and water-lubricated conditions». В способе-прототипе получали КМ с 10 масс. % молотого стекловолокна длиной 40 мкм (толщина 10 мкм, соотношение L\D = 4). Наполнитель смешивали с полимерной матрицей СВМПЭ в высокоскоростной ножевой мельнице, полученный порошок подвергался сначала компактированию при давлении 40 МПа при комнатной температуре, а затем полученную таблетку прессовали при 200°С с приложенным давлением 10 МПа/см2. Недостатком материала является возросший коэффициент трения при сухом трении-скольжении по сравнению с ненаполненным СВМПЭ. Еще одним недостатком КМ является его недостаточная прочность, так как молотое стекловолокно оказывает недостаточное модифицирующее влияние на комплекс физико-механических характеристик, а при долговременном истирании КМ в трибосистеме частички наполнителя окажутся оголенными на поверхности полимерной матрицы, что отрицательно скажется на износе контактирующего с КМ контртела, что в некоторых случаях полностью недопустимо.
Недостатком ранее известных композиций является низкое сопротивление долговременной пластической деформации на холоде.
Задачей изобретения является разработка предлагаемого КМ на основе СВМПЭ (вариантов) обладающего улучшенными физико-механическими, износостойкими свойствами, а также материала, имеющего повышенное сопротивление долговременной пластической деформации на холоде, при одновременной наименьшей степени влияния на износ контртел при долговременном нахождении КМ в трибосистемах. Предложенный состав КМ объединяет весь комплекс свойств разработанных ранее композитов.
Технический результат изобретения состоит в улучшении физико-механических, износостойких свойств, а также получении материала, имеющего повышенное сопротивление долговременной пластической деформации на холоде, при одновременной наименьшей степени влияния на износ контртел при долговременном нахождении КМ в трибосистемах.
Указанный технический результат достигается за счет следующего состава КМ. Получение заявляемого продукта ведется путем смешения исходного полимера/полимеров с неорганическими наполнителями. В основу КМ входит сверхвысокомолекулярный полиэтилен с молекулярной массой 1-9 млн, к основе КМ добавляются наполнители в следующих концентрациях: короткорубленное стекловолокно длиной от 0,1 до 12 мм аппретированное или без аппрета в количестве от 0,1 до 30 масс. %.; фторопласт в количестве от 0,1 до 20 масс. % и все его разновидности, глицеринмоностеарат в чистом виде в количестве от 0,001 до 10 масс. %. Основа - сверхвысокомолекулярный полиэтилен, количество варьируется в пределах от 40 до 99,799 массовых %.
Использование именно сверхвысокомолекулярного полиэтилена в качестве основного матричного полимера позволяет улучшить такие характеристики КМ, как: износостойкость, ударопрочность, коэффициент трения, а разнообразие неорганических материалов и добавки других полимерных матриц позволяют создавать КМ с заданными, еще более улучшенными функциональными свойствами. Изобретение может быть использовано при производстве полимерных материалов широкого назначения, применяемых в машиностроении, горнодобывающей, автомобильной, химической, аэрокосмической отраслях.
СВМПЭ имеет молекулярную массу не менее 1·106.
Смешение компонентов системы возможно любыми полупромышленными и промышленными методами получения КМ, которыми можно получить равномерное распределение наполнителей в матрице СВМПЭ.
Пример 1. (наполнители: стекловолокно, фторопласт, глицеринмоностеарат).
В высокоскоростной смеситель гравитационного типа загружаются 80 кг - 80 масс. % СВМПЭ с молекулярной массой 9 млн., рубленое стекловолокно длиной 5 мм в количестве 10 кг - 10 масс. %, порошок фторопласта в количестве 8 кг - 8 масс. %, порошок глицеринмоностеарата 2 кг - 2 масс. %. После загрузки компонентов смеситель закрывается и включается на перемешивание. После перемешивания смесь выгружают и засыпают в пресс-форму для дальнейшей переработки.
Пример 2 (наполнители: стекловолокно, фторопласт, глицеринмоностеарат).
В высокоскоростной смеситель гравитационного типа загружаются 65 кг - 69,15 масс. % СВМПЭ с молекулярной массой 4 млн, рубленое стекловолокно длиной 1 мм в количестве 21 кг - 22,34 масс. % , порошок фторопласта в количестве 1 кг - 1,06 масс. %, порошок глицеринмоностеарата 7 кг - 7,45 масс. %. После загрузки компонентов смеситель закрывается и включается на перемешивание. После перемешивания смесь выгружают и засыпают в пресс-форму для дальнейшей переработки.
Пример 3 (наполнители: стекловолокно, фторопласт, глицеринмоностеарат).
В высокоскоростной жидкостный смеситель 78 кг - 78 масс. % СВМПЭ с молекулярной массой 7,5 млн, рубленое стекловолокно длиной 12 мм в количестве 2 кг - 2 масс. %, порошок фторопласта в количестве 10 кг - 10 масс. %, порошок глицеринмоностеарата 10 кг - 10 масс. %. После загрузки компонентов смеситель закрывается и включается на перемешивание. После перемешивания смесь выливают из смесителя, просушивают в вакуумном шкафу и засыпают в пресс-форму для дальнейшей переработки.
Пример 4 (наполнители: стекловолокно, фторопласт, глицеринмоностеарат).
В высокоскоростной смеситель гравитационного типа загружаются 65 кг - 76,12 масс. % СВМПЭ с молекулярной массой 3 млн, рубленое стекловолокно длиной 3 мм в количестве 0,2 кг - 0,23 масс. %, порошок фторопласта в количестве 20 кг - 23,42 масс. %, порошок глицеринмоностеарата 0,2 кг - 0,23 масс. %. После загрузки компонентов смеситель закрывается и включается на перемешивание. После перемешивания смесь выгружают и засыпают в пресс-форму для дальнейшей переработки.
Пример 5 (наполнители: стекловолокно, фторопласт, глицеринмоностеарат).
В высокоскоростной жидкостный смеситель загружаются 42 кг - 42 масс. % СВМПЭ с молекулярной массой 3 млн, рубленое стекловолокно длиной 3 мм в количестве 28 кг - 28 масс. %, порошок фторопласта в количестве 20 кг - 20 масс. %, порошок глицеринмоностеарата 10 кг - 10 масс. %. После загрузки компонентов смеситель закрывается и включается на перемешивание. После перемешивания смесь выливают из смесителя, просушивают в вакуумном шкафу и засыпают в пресс-форму для дальнейшей переработки.
Примеры 6-8
Образцы КМ на основе СВМПЭ, содержащего в качестве наполнителя стекловолокно, фторопласт, глицеринмоностеарат получают аналогично примерам 1, 2.
Таким образом, заявляемый состав КМ состоит из основной полимерной матрицы и трех различных наполнителей. КМ с заявленными процентами введения наполнителей обеспечивает высокие характеристики по сопротивлению долговременной статической нагрузке на образец, а также гарантирует высокий уровень физико-механических, морозостойких, ударопрочных, триботехнических и износостойких свойств получаемого композиционного материала.
Свойства Образцов КМ, полученные заявленными методами 1-8 представлены в таблице 1.
Таблица 1. Физико-механические, износостойкие, триботехнические свойства заявляемых композиционных материалов, полученных способом 1-8.
| Композит получаемый по примеру | Линейная интенсивность износа мкм/км | Коэффициент трения, сталь 09Г2С, сила давления 600Н | Сопротивление пластической на деформации на холоду (2 часа, 28 МПа/ см2), % |
| 1 | 203,15 | 0,201 | 16,6 |
| 2 | 211,72 | 0,246 | 17,4 |
| 3 | 175,64 | 0.207 | 15,5 |
| 4 | 162,3 | 0,188 | 14,1 |
| 5 | 216,31 | 0,220 | 15,2 |
| 6 | 200,92 | 0,198 | 16,1 |
| 7 | 165,34 | 0,202 | 15,2 |
| 8 | 162,0 | 0,177 | 14,9 |
Claims (2)
1. Композиционный материал (КМ) на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) для использования в трибосистемах, отличающийся тем, что в основу КМ входит СВМПЭ с молекулярной массой 1-9 млн, при этом композиционный материал имеет следующий состав, мас.%: СВМПЭ с молекулярной массой 1-9 млн от 40 до 99,799; короткорубленное стекловолокно длиной от 0,1 до 12 мм, аппретированное или без аппрета, от 0,1 до 30; фторопласт - от 0,1 до 20; глицеринмоностеарат в чистом виде от 0,001 до 10.
2. Композиционный материал по п. 1, отличающийся тем, что СВМПЭ имеет молекулярную массу не менее 1⋅106.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019134479A RU2718772C1 (ru) | 2019-10-28 | 2019-10-28 | Композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019134479A RU2718772C1 (ru) | 2019-10-28 | 2019-10-28 | Композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2718772C1 true RU2718772C1 (ru) | 2020-04-14 |
Family
ID=70277724
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019134479A RU2718772C1 (ru) | 2019-10-28 | 2019-10-28 | Композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2718772C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2766332C1 (ru) * | 2021-05-31 | 2022-03-15 | Общество с ограниченной ответственностью «ПРОММЕТЭКС» | Биозащитная полимерная порошковая композиция |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN85100490A (zh) * | 1985-04-01 | 1985-10-10 | 中国科学院上海有机化学研究所 | 氟塑料合金，制造及应用 |
| CN1504495A (zh) * | 2002-11-29 | 2004-06-16 | 上海纯青实业有限公司 | 一种氟塑料合金的制造工艺 |
| RU2532477C2 (ru) * | 2009-12-29 | 2014-11-10 | Сэнт-Гобен Перформанс Пластикс Корпорейшн | Уплотнение (варианты) и способ его формирования |
| RU2540572C2 (ru) * | 2013-03-14 | 2015-02-10 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Антифрикционный композиционный полимерный материал |
| RU2580722C1 (ru) * | 2014-11-20 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Способ обработки поверхности фторсодержащей резины |
-
2019
- 2019-10-28 RU RU2019134479A patent/RU2718772C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN85100490A (zh) * | 1985-04-01 | 1985-10-10 | 中国科学院上海有机化学研究所 | 氟塑料合金，制造及应用 |
| CN1504495A (zh) * | 2002-11-29 | 2004-06-16 | 上海纯青实业有限公司 | 一种氟塑料合金的制造工艺 |
| RU2532477C2 (ru) * | 2009-12-29 | 2014-11-10 | Сэнт-Гобен Перформанс Пластикс Корпорейшн | Уплотнение (варианты) и способ его формирования |
| RU2540572C2 (ru) * | 2013-03-14 | 2015-02-10 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Антифрикционный композиционный полимерный материал |
| RU2580722C1 (ru) * | 2014-11-20 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Способ обработки поверхности фторсодержащей резины |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2766332C1 (ru) * | 2021-05-31 | 2022-03-15 | Общество с ограниченной ответственностью «ПРОММЕТЭКС» | Биозащитная полимерная порошковая композиция |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9085695B2 (en) | Polymer compound as well as structural parts produced using the compound | |
| Scaffaro et al. | Comparison of different processing methods to prepare poly (lactid acid)–hydrotalcite composites | |
| RU2718772C1 (ru) | Композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена | |
| Panin et al. | Extrudable UHMWPE-based composites: prospects of application in additive technologies | |
| Panin et al. | Extrudable polymer-polymer composites based on ultra-high molecular weight polyethylene | |
| Banerjee et al. | Electron-induced reactive processing of polyamide 6/polypropylene blends: Morphology and properties | |
| Sepehr et al. | Polystyrenes with macro-intercalated organoclay. Part II. Rheology and mechanical performance | |
| Xu et al. | Interface self‐reinforcing ability and antibacterial effect of natural chitosan modified polyvinyl chloride‐based wood flour composites | |
| Ou et al. | Effects of chemical modification of wood flour on the rheological properties of high‐density polyethylene blends | |
| Beztout et al. | Effects of acetylation process and cellulose content on the mechanical, thermal, morphological and rheological properties of poly (vinyl chloride)/cellulose composites | |
| Levytskyj et al. | The influence of polystyrene modifier and plasticizer nature on the properties of poly (vinyl chloride) | |
| Dehbari et al. | Neutralisation and compatibilisation effects on novel water-swellable rubber composites | |
| JP7247331B2 (ja) | ポリケトンコンパウンド | |
| Ono et al. | Influence of addition of PTFE on the tribological properties of CF reinforced plant-derived semi-aromatic polyamide (PA10T) biomass composites | |
| Mukaida et al. | Effect of addition of plants-derived polyamide 11 elastomer on the mechanical and tribological properties of hemp fiber reinforced polyamide 1010 composites | |
| RU2688134C1 (ru) | Полимерная композиция триботехнического назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и 2-меркаптобензотиазола | |
| Nishitani et al. | Effect of addition of PP-g-MA on the tribological properties of hemp fiber reinforced plant-derived Polyamide1010 biomass composites | |
| RU2675520C1 (ru) | Полимерный материал триботехнического назначения на основе политетрафторэтилена | |
| Vitske et al. | Influence of filling agent quantity on characteristics of polymeric composites | |
| RU2791530C1 (ru) | Экструдируемый антифрикционный композит на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена | |
| Takenaka et al. | Tribological properties of PTFE filled plants-derived semi-aromatic polyamide (PA10T) and GF reinforced PTFE/PA10T composites | |
| Krishna et al. | Role of fillers on physico-mechanical properties of POM based hybrid composites | |
| RU2674258C1 (ru) | Иерархически армированный гетеромодульный экструдируемый твердосмазочный нанокомпозит на основе СВМПЭ и способ его получения | |
| Panin et al. | The role of permolecular structure in the tribomechanical performance of extrudable polymer components of ultrahigh molecular weight polyethylene | |
| Liu et al. | Performance enhancement of poly (lactic acid)/soy protein concentrate blends by promoting formation of network structure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: PLEDGE FORMERLY AGREED ON 20210329 Effective date: 20210329 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: SUBSEQUENT PLEDGE FORMERLY AGREED ON 20210712 Effective date: 20210712 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: SUBSEQUENT PLEDGE FORMERLY AGREED ON 20211001 Effective date: 20211001 |