RU2803471C1 - Полимерный нанокомпозиционный материал и способ его получения - Google Patents
Полимерный нанокомпозиционный материал и способ его получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2803471C1 RU2803471C1 RU2023101542A RU2023101542A RU2803471C1 RU 2803471 C1 RU2803471 C1 RU 2803471C1 RU 2023101542 A RU2023101542 A RU 2023101542A RU 2023101542 A RU2023101542 A RU 2023101542A RU 2803471 C1 RU2803471 C1 RU 2803471C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polyoxymethylene
- carbon nanotubes
- lubricant
- dispersion
- tuball
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к области разработки полимерных нанокомпозитов и производства на их основе деталей машиностроительного назначения, например подшипников скольжения, направляющих втулок, изделий для тормозной системы. Описан полимерный нанокомпозиционный материал, включающий полиоксиметилен с ПТР 27 гр/10 мин, углеродные нанотрубки и смазывающее вещество, отличающийся тем, что в качестве углеродных нанотрубок используется дисперсия TUBALL MATRIX 815, а в качестве смазывающего вещества может использоваться вазелиновое масло при следующем соотношении компонентов, масс.%: полиоксиметилен 94-99, дисперсия TUBALL MATRIX 815 1-5, вазелиновое масло 0-1. Также описан способ получения указанного выше полимерного нанокомпозиционного материала, включающий компаундирование на двухшнековом экструдере сонаправленного вращения полиоксиметилена, углеродных нанотрубок и смазывающего вещества, а также литье под давлением, отличающийся тем, что компоненты предварительно смешиваются в смесителе типа «пьяная бочка», компаундирование на двухшнековом экструдере сонаправленного вращения проводят при температуре 175°С, скорости вращения шнеков 200 об/мин, а литье под давлением проводят при температуре 175-180°С и скорости впрыска 12,9 мл/с. Технический результат – улучшение упруго-прочностных характеристик, а именно увеличение прочности и модуля упругости при растяжении материала, а также улучшение технологичности изготовления. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.
Description
Изобретение относится к области разработки полимерных нанокомпозитов и производства на их основе деталей машиностроительного назначения, например подшипников скольжения, направляющих втулок, изделий для тормозной системы.
Известен полимерный композиционный материал на основе полиоксиметилена с многослойными углеродными нанотрубками (L. Lin, A.K. Schlarb Improved Weld Strength of Vibration Welded Polyoxymethylene/Multiwalled Carbon Nanotubes Hybrid Nanocomposites // Polymer Engineering and Science. Volume 56, Issue 6. 2016. pp. 636-642).
Недостатком данного материала является низкая технологичность изготовления.
Известен полиацетальный нанокомпозит, содержащий полиацеталь, нанонаполнитель, диизоцианат, стабилизатор и смазывающее вещество (ЕПВ 024002 МПК C08L 59/00, C08K 3/04, C08K 5/29, C08K 9/04, B82Y 30/00 опубл. 31.08.2016).
Недостатком данного композиционного материала являются низкие значения упруго-прочностных характеристик.
Известны полимерные композиции, содержащие углеродные нанотрубки (RU 2389739 МПК C08K 3/04, B82B 1/00, опубл. 20.05.2010).
Недостатком данного композиционного материала являются низкие значения упруго-прочностных характеристик.
Известен способ получения полимерной нанокомпозиции, в котором мастербатч с содержанием по объему 4% углеродных нанотрубок, разбавляли чистым полиоксиметиленом в экструдере сонаправленного вращения при температуре 195°С и скорости вращения шнеков 150 об/мин, образцы композита получали литьем под давлением (L. Lin, A. K. Schlarb Investigation on morphology and properties of melt compounded polyoxymethylene/carbon nanotube composites // Journal of Applied Polymer Science. Volume 132, Issue 40. 2015. 42639).
Недостатком данного способа является низкая технологичность, отсутствуют данные показателя текучести расплава (ПТР) и вязкости композиции.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является полимерная композиция, содержащая полиоксиметилен, углеродные нанотрубки и парафиновое масло (S. Yousef, A.M. Visco, G. Galtieri, J. Njuguna Wear Characterizations of Polyoxymethylene (POM) Reinforced with Carbon Nanotubes (POM/CNTs) Using the Paraffin Oil Dispersion Technique. JOM: the journal of the Minerals, Metals & Materials Society 68. 2015. pp. 288-299).
Недостатком прототипа являются низкие упруго-прочностные характеристики, а также отсутствие значения вязкости композиции.
Технический результат, при использовании заявленного изобретения, заключается в улучшении упруго-прочностных характеристик, а именно в увеличении прочности и модуля упругости при растяжении, а также в улучшении технологичности изготовления.
Сущность изобретения заключается в том, что полимерный нанокомпозиционный материал включает полиоксиметилен с ПТР 27 гр/10 мин, дисперсию углеродных нанотрубок TUBALL MATRIX 815, а в качестве смазывающего вещества может использоваться вазелиновое масло при следующем соотношении компонентов
Полиоксиметилен | 94-99 |
Дисперсия TUBALL MATRIX 815 | 1-5 |
Вазелиновое масло | 0-1 |
Способ получения полимерного нанокомпозиционного материала включает компаундирование на двухшнековом экструдере сонаправленного вращения полиоксиметилена. углеродных нанотрубок и смазывающего вещества, а также литье под давлением. Компоненты предварительно смешиваются в смесителе типа «пьяная бочка», компаундирование на двухшнековом экструдере сонаправленного вращения проводят при температуре 175°С, скорости вращения шнеков 200 об/мин, а литье под давлением проводят при температуре 175…180°С и скорости впрыска 12,9 мл/с.
В табл. 1 приведены составы и значения упруго-прочностных характеристик полимерного нанокомпозиционного материала.
Для получения материала использовались следующие компоненты:
полиоксиметилен (ПОМ) низковязкой марки общего назначения MASCON POM 27, предназначенный для литья под давлением тонкостенных изделий с ПТР 27 гр/10 мин;
дисперсия TUBALL MATRIX 815, содержащая 90% полиэтиленового воска и 10% одностенных углеродных нанотрубок, производства ООО OCSiAl;
вазелиновое масло по ГОСТ 3164-78 производства ОАО «Ивановская фармацевтическая фабрика».
Способ получения полимерного нанокомпозиционного материала заключается в следующем. Предварительно высушенные гранулы ПОМ и дисперсии TUBALL MATRIX 815 смешивают, согласно рецептуре, в смесителе типа «пьяная бочка» до однородного распределения дисперсии на гранулах. Двухшнековый экструдер сонаправленного вращения HAAKE Rheomex OS PTW 16 с диаметром шнека 16 мм и L/D=40:1 нагревается по всем зонам до 175°С, устанавливается скорость вращения шнека 200 об/мин. Полученная смесь через объемный дозатор подается во входное отверстие экструдера, в котором происходит перемешивание смеси с получением экструдата в виде стренга. Стренг охлаждается в водяной ванне и нарезается на гранулы.
Полученные гранулы высушиваются до остаточной влажности не более 0,5%. Из полученных гранул на литьевой машине Babyplast 6/10VP получены образцы в виде двухсторонних лопаток согласно ГОСТ 33693-2015 (параметры литьевого формования: температура пресс-формы - 30°С; температура пластикатора - 175°С; температура инжекционного цилиндра - 175°С; температура сопла - 180°С; усилие смыкания полуформ - 50 кН; давление впрыска - 56 МПа; скорость впрыска составляла 12, 9 мл/с).
Предел прочности при растяжении и относительное удлинение определяют по ГОСТ 11262-2017, модуль упругости при растяжении по ГОСТ 9550-81. Значения водопоглощения образцов определяют по ГОСТ 4650-2014 (метод А, выдержка в воде в течение 24 ч), плотность полимерной композиции по ГОСТ 15139-69, показатель текучести расплава по ГОСТ 11645-2021.
Из табл. 1 следует, что оптимальной дозировкой дисперсии TUBALL MATRIX 815 является 1-5%. Введение дисперсии более 5% не приводит к увеличению упруго-прочностных характеристик из-за образования агломератов нанотрубок, а также увеличивает стоимость материала. Введение менее 1% дисперсии не оказывают существенного влияния на свойства материала. Выбор вазелинового масла обусловлен низкой вязкостью, хорошей смачиваемостью гранул и экологичностью.
По сравнению с известным решением заявленное изобретение позволяет повысить значения упруго-прочностных характеристик, а также повысить технологичность изготовления изделий.
Таблица 1 | |||||
Компоненты | Составы полимерных композиций, % по массе | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | Прототип | |
Полиоксиметилен, ПТР 27 г/10 мин, |
98 | 96 | 94 | 99 | 98,99 |
Дисперсия TUBALL MATRIX 815 | 1 | 3 | 5 | 1 | - |
Вазелиновое масло по ГОСТ 3164-78 | 1 | 1 | 1 | - | - |
Углеродные нанотрубки | 0,01 | ||||
Парафиновое масло | - | - | - | - | 1 |
Физико-механические свойства полимерных композиций | |||||
Предел прочности при растяжении, МПа | 59,5 | 57,7 | 56,1 | 59,7 | 55,6 |
Модуль упругости при растяжении, МПа | 1860 | 1840 | 1835 | 1890 | 1834 |
Относительное удлинение, % | 56 | 62 | 89 | 51 | 7,0 |
Водопоглощение за сутки, % | 0,46 | 0,47 | 0,48 | 0,45 | - |
Плотность, кг/м3 | 1406 | 1388 | 1361 | 1410 | 1400 |
ПТР, гр/10 мин | 28,5 | 28,1 | 27,6 | 27,9 | - |
Claims (3)
1. Полимерный нанокомпозиционный материал, включающий полиоксиметилен с ПТР 27 гр/10 мин, углеродные нанотрубки и смазывающее вещество, отличающийся тем, что в качестве углеродных нанотрубок используется дисперсия TUBALL MATRIX 815, а в качестве смазывающего вещества может использоваться вазелиновое масло при следующем соотношении компонентов, мас.%:
2. Способ получения полимерного нанокомпозиционного материала по п.1, включающий компаундирование на двухшнековом экструдере сонаправленного вращения полиоксиметилена, углеродных нанотрубок и смазывающего вещества, а также литье под давлением, отличающийся тем, что компоненты предварительно смешиваются в смесителе типа «пьяная бочка», компаундирование на двухшнековом экструдере сонаправленного вращения проводят при температуре 175°С, скорости вращения шнеков 200 об/мин, а литье под давлением проводят при температуре 175-180°С и скорости впрыска 12,9 мл/с.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2803471C1 true RU2803471C1 (ru) | 2023-09-13 |
Family
ID=
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101717540A (zh) * | 2009-12-16 | 2010-06-02 | 沈阳建筑大学 | 一种碳纳米管/聚合物复合材料的混杂制备方法 |
RU2784232C1 (ru) * | 2022-05-24 | 2022-11-23 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Композиционный износостойкий материал |
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101717540A (zh) * | 2009-12-16 | 2010-06-02 | 沈阳建筑大学 | 一种碳纳米管/聚合物复合材料的混杂制备方法 |
RU2784232C1 (ru) * | 2022-05-24 | 2022-11-23 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Композиционный износостойкий материал |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
SAMY YOUSEF et al., "wear Characterization of Polyoxymethylene (POM) Reinforced with Carbon Nanotubes (POM/CNTs) Using the Paraffin Oil Dispertion Technique" JOM: the journal of the Minerals, Metals & Materials Society 68, 2015, pp. 288-299. Leyu Lin et al., "Investigation on morphology and properties of melt compounded polyoxymethylene/carbon nanotube composites", Journal of Applied Polymer Science, 2015, Issue 40, 42639. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kato et al. | Development and applications of polyolefin–and rubber–clay nanocomposites | |
US7897681B2 (en) | Hybrid PVC/wood-reinforcement nanocomposites and method of manufacture | |
Teh et al. | Physical properties of natural rubber/organoclay nanocomposites compatibilized with epoxidized natural rubber | |
Hemati et al. | Compatibilised LDPE/LLDPE/nanoclay nanocomposites: I. Structural, mechanical, and thermal properties | |
Basurto et al. | Nanocomposites of ABS and sepiolite: Study of different clay modification processes | |
Rasana et al. | Polypropylene/short glass fiber/nanosilica hybrid composites: evaluation of morphology, mechanical, thermal, and transport properties | |
Baatti et al. | DMA analysis, thermal study and morphology of polymethylsilsesquioxane nanoparticles-reinforced HDPE nanocomposite | |
Wang et al. | Surface modification of sepiolite: Effects on thermomechanical properties of PP/PA6 blends | |
RU2803471C1 (ru) | Полимерный нанокомпозиционный материал и способ его получения | |
Pascual et al. | Influence of the compatibilizer/nanoclay ratio on final properties of polypropylene matrix modified with montmorillonite-based organoclay | |
Avazverdi et al. | Evaluation of the effect of clay nanoparticles on mechanical properties of recycled polyethylene | |
Razavi-Nouri et al. | Effect of organoclay content on mechanical and rheological properties of dynamically cross-linked acrylonitrile-butadiene rubber/poly (ethylene-co-vinyl acetate)/organoclay nanocomposites | |
Gonzalez et al. | New clay‐reinforced nanocomposites based on a polycarbonate/polycaprolactone blend | |
Wahit et al. | The effect of polyethylene-octene elastomer on the morphological and mechanical properties of polyamide 6/polypropylene nanocomposites | |
García-López et al. | Effect of the amount and funtionalization grade of PPgMA compatibilization agent in polypropylene/clay nanocomposites | |
Jankong et al. | Preparation of polypropylene/hydrophobic silica nanocomposites | |
Al-Shalchy et al. | Mechanical Properties of Polyvinyl Chloride and Polypropylene Hybrid Polymeric Nanocomposites for Structural Applications. | |
Ramírez-Vargas et al. | Effect of processing conditions on the structural morphology of PP–EP/EVA/organoclay ternary nanocomposites | |
RU2791530C1 (ru) | Экструдируемый антифрикционный композит на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена | |
Yadav et al. | Preparation and characterization of wood plastic composite reinforced by organoclay | |
Jantachum et al. | Curing characteristics and mechanical properties of nanocomposites based on acrylonitrile-butadiene rubber/natural rubber blends: effect of cellulose nanocrystal loading | |
Abdrakhmanova et al. | Efficiency of carbon nanostructures in the composition of wood-polymer composites based on polyvinyl chloride | |
Santamaría et al. | Dispersion and mechanical properties of a nanocomposite with an organoclay in an ionomer‐compatibilized LDPE matrix | |
Saitarly et al. | Influence of Filler on the Structure, Thermal Stability, and Mechanical Properties of Compositions Based on a Modified Polypropylene | |
Dabrowska et al. | Compounding and spinning of polypropylene nanocomposites with kaolinite |