RU2804721C1

RU2804721C1 - Polymer composition with electrical conductive properties, method for its production and application

Info

Publication number: RU2804721C1
Application number: RU2022113582A
Authority: RU
Inventors: Александр Маркович Рубинов; Михаил Михайленко
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Политим Инновации"
Filing date: 2022-05-20
Publication date: 2023-10-04

Abstract

FIELD: polymeric products.

SUBSTANCE: production of polymeric products with electrically conductive properties for storage and transportation of flammable liquids. A polymer composition for the production of containers with electrically conductive properties is proposed, containing, in wt.%: 99.9-99.99 of linear type thermoplastic polymer and 0.01-0.1 of concentrate of single-walled carbon nanotubes, a method for obtaining the proposed polymer composition is proposed, which consists in introducing a linear type thermoplastic polymer into the system, followed by heating to a melting temperature, then a concentrate of carbon nanotubes is introduced into the melt, followed by mixing of the components, after which the formation and cooling of threads from the resulting mixture of components takes place, followed by formation of cylindrical granules, the method of using the proposed polymer composition for the production of a container with electrically conductive properties by grinding the obtained cylindrical granules into powder and subsequent formation from the powder polymer composition by rotational casting of containers with electrically conductive properties is also proposed.

EFFECT: providing specific volume resistance in the range of 10¹ -10⁶ Ohm⋅cm polymer capacity while maintaining its high strength.

20 cl, 3 ex

Description

Область техникиField of technology

[1] Настоящее изобретение относится к электропроводным полимерным композициям, содержащим в составе смесь концентрата одностенных углеродных нанотрубок и термопластичного полимера, и может быть использовано при производстве полимерных изделий с электропроводными свойствами для хранения и транспортировки легковоспламеняющихся жидкостей (керосин, ацетон, бензин и т.д.).[1] The present invention relates to electrically conductive polymer compositions containing a mixture of a concentrate of single-walled carbon nanotubes and a thermoplastic polymer, and can be used in the production of polymer products with electrically conductive properties for storing and transporting flammable liquids (kerosene, acetone, gasoline, etc.) .).

Уровень техникиState of the art

[2] Зачастую для хранения и транспортировки легковоспламеняющихся жидкостей таких, как бензин, керосин, ацетон, применяют металлические емкости (тары). Однако металлические емкости для описанных выше целей применения обладают рядом недостатков: срок службы металлической емкости составляет максимум 5 лет, они подвержены коррозии и быстрой деформации. Полимерные изделия по сравнению с металлическими обладают множеством преимуществ, а именно: они более легкие, дешевые, а также не подвержены коррозии и быстрой деформации, устойчивы к агрессивным средам. Стоит отметить, что срок службы полимерного изделия достигает 50 лет. Полимер является диэлектриком, и во избежание угрозы возникновения искры и возгорания производители применяют различные проводящие добавки, в качестве которых могут быть использованы технический углерод или алюминиевый порошок. Тем не менее они не способны обеспечить равномерную и постоянную проводимость, оказывают негативное влияние на прочность и внешний вид изделий. К настоящему времени активно развивается производство электропроводных полимерных емкостей с сохранением физико-механических свойств полимеров с добавлением одностенных и/или многостенных углеродных нанотрубок.[2] Often, metal containers (containers) are used for storing and transporting flammable liquids such as gasoline, kerosene, and acetone. However, metal containers for the applications described above have a number of disadvantages: the service life of a metal container is a maximum of 5 years, they are susceptible to corrosion and rapid deformation. Polymer products have many advantages over metal ones, namely: they are lighter, cheaper, and are not subject to corrosion and rapid deformation, and are resistant to aggressive environments. It is worth noting that the service life of the polymer product reaches 50 years. The polymer is a dielectric, and to avoid the risk of sparks and fire, manufacturers use various conductive additives, which can be carbon black or aluminum powder. However, they are not able to provide uniform and constant conductivity and have a negative impact on the strength and appearance of products. Currently, the production of electrically conductive polymer containers is actively developing while maintaining the physical and mechanical properties of polymers with the addition of single-walled and/or multi-walled carbon nanotubes.

[3] В патенте WO2008041965A2 (опубл. 10.04.2008; МПК: H01B 3/441, B82Y 30/00, C01B 32/159, C01B 32/17, C08J 5/005, C08K 3/04, C08K 3/041, C01B 2202/02, C01B 2202/06, C08J 2323/08, C08L 23/0869, Y10T 428/1352) описано изобретение, относящееся к полимерным композициям, содержащим углеродные нанотрубки, которые могут быть использованы в качестве электрических кабелей, для рассеивания статического электричества, в автомобильной промышленности и в областях, где требуется проводящая полимерная композиция; также указанное изобретение относится к автомобильному изделию, подобному компоненту автомобильной топливной системы или окрашенному изделию, содержащему одну или несколько полимерных композиций; указанное изобретение относится к способу электростатического окрашивания. Технический результат аналога заключается в создании композиций углеродных нанотрубок, обеспечивающих приемлемые или более высокие диапазоны проводимости, высокую адгезию применяемых компонентов при создании полимерной композиции, содержащей углеродные нанотрубки. В аналоге описана полимерная композиция, содержащая по крайней мере один полимер и углеродные нанотрубки, которые представляют собой многостенные и/или одностенные углеродные нанотрубки, указанная композиция также может содержать сажу. Также в аналоге описаны различные изделия из полимерных композиций, включая кабели и другие изделия. Первым отличием указанной полимерной композиции является использование в ее составе одностенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в количестве от 0.05 до 60 мас.%. Недостатком и отличием указанной полимерной композиции является использование в ее составе этиленсодержащего полимера в количестве от 40 до 99.95 мас.%, указанный полимер ограничивает сферу применения композиции. Следующим недостатком и отличием аналога является использование циклического смешивания компонентов, а именно: загрузка, смешивание, выгрузка - которые представляют собой один цикл, что затрудняет производство материала в больших объемах. Недостатком и отличием аналога является использование двух циклов смешивания компонентов указанной полимерной композиции, причем первый цикл смешивания применяется для включения проводящего наполнителя (углеродных нанотрубок) в полимер, а второй - для обеспечения хорошего диспергирования наполнителя и гомогенности смеси, что усложняет процесс получения электропроводной полимерной композиции.[3] In patent WO2008041965A2 (published 04/10/2008; IPC: H01B 3/441, B82Y 30/00, C01B 32/159, C01B 32/17, C08J 5/005, C08K 3/04, C08K 3/041, C01B 2202/02, C01B 2202/06, C08J 2323/08, C08L 23/0869, Y10T 428/1352) describes an invention relating to polymer compositions containing carbon nanotubes, which can be used as electrical cables to dissipate static electricity , in the automotive industry and in areas where a conductive polymer composition is required; This invention also relates to an automobile product, like a component of an automobile fuel system or a painted product, containing one or more polymer compositions; This invention relates to a method of electrostatic painting. The technical result of the analogue is to create compositions of carbon nanotubes that provide acceptable or higher conductivity ranges, high adhesion of the components used when creating a polymer composition containing carbon nanotubes. The analogue describes a polymer composition containing at least one polymer and carbon nanotubes, which are multi-walled and/or single-walled carbon nanotubes, this composition may also contain carbon black. The analogue also describes various products made from polymer compositions, including cables and other products. The first difference of this polymer composition is the use of single-walled and/or multi-walled carbon nanotubes in its composition in an amount from 0.05 to 60 wt.%. The disadvantage and difference of this polymer composition is the use of ethylene-containing polymer in its composition in an amount from 40 to 99.95 wt.%; this polymer limits the scope of application of the composition. The next disadvantage and difference of the analogue is the use of cyclic mixing of components, namely: loading, mixing, unloading - which represent one cycle, which makes it difficult to produce material in large volumes. The disadvantage and difference of the analogue is the use of two cycles of mixing the components of the specified polymer composition, and the first mixing cycle is used to incorporate a conductive filler (carbon nanotubes) into the polymer, and the second is used to ensure good dispersion of the filler and homogeneity of the mixture, which complicates the process of obtaining an electrically conductive polymer composition.

[4] В патенте RU2735321C1 (опубл. 30.10.2020; МПК: D01F 6/06, D01F 1/10) описано изобретение, относящееся к способу получения антистатического полипропиленового волокна с улучшенными механическими свойствами, которое может быть использовано в машиностроении, химической, электротехнической и мелкой промышленности. Технический результат аналога заключается в обеспечении повышения износоустойчивости антистатических полипропиленовых волокон. В указанном способе смешивают в экструдере расплав полипропилена и углеродных наночастиц и осуществляют экструзию волокон из этой смеси. Смешивание в экструдере осуществляют в течение 10 - 15 мин при температуре 195 - 205°С. Углеродные частицы используют в количестве 0.3 мас.% от количества полипропилена. В аналоге экструзию осуществляют с охлаждением смеси до комнатной температуры и нарезкой гранулята размером 2 - 3 мм, после чего формируют мононить с использованием фильеры с диаметром выходного отверстия 1 мм, которую подают на вытяжные ролики и подвергают ориентационной вытяжке и намотке на бобины. Первым недостатком и отличием указанного состава является использование углеродных одностенных нанотрубок в количестве 0.3 мас.% от количества полипропилена. Настоящий способ в отличие от аналога позволяет получить полимерное изделие, обладающее высокой коррозионностойкостью, электропроводностью, прочностью при меньшей концентрации углеродных нанотрубок в составе композиции. Другим недостатком и отличием указанного состава является использование полипропилена для получения антистатического волокна, указанный полимер ограничивает область применения композиции. Следующим недостатком и отличием аналога является применение лабораторного способа введения углеродных нанотрубок в полимер, а именно сухое смешивание в шаровой мельнице гранул полимера с заданным количеством углеродных нанотрубок, что приводит к неравномерному распределению углеродных нанотрубок в полимере и, соответственно, ухудшению физико-механических свойств полимерного материала, наполненного углеродными нанотрубками; а также лабораторный способ введения углеродных нанотрубок в полимер затрудняет получение композиции в больших объемах.[4] Patent RU2735321C1 (published 10.30.2020; IPC: D01F 6/06, D01F 1/10) describes an invention related to a method for producing antistatic polypropylene fiber with improved mechanical properties, which can be used in mechanical engineering, chemical, electrical and small industry. The technical result of the analogue is to ensure increased wear resistance of antistatic polypropylene fibers. In this method, a melt of polypropylene and carbon nanoparticles is mixed in an extruder and fibers are extruded from this mixture. Mixing in the extruder is carried out for 10 - 15 minutes at a temperature of 195 - 205°C. Carbon particles are used in an amount of 0.3 wt.% of the amount of polypropylene. In an analogue, extrusion is carried out by cooling the mixture to room temperature and cutting granules of 2 - 3 mm in size, after which a monofilament is formed using a spinneret with an outlet diameter of 1 mm, which is fed to drawing rollers and subjected to orientation drawing and winding onto bobbins. The first disadvantage and difference of this composition is the use of single-walled carbon nanotubes in an amount of 0.3 wt.% of the amount of polypropylene. This method, unlike its analogue, makes it possible to obtain a polymer product with high corrosion resistance, electrical conductivity, and strength with a lower concentration of carbon nanotubes in the composition. Another disadvantage and difference of this composition is the use of polypropylene to obtain antistatic fiber; this polymer limits the scope of application of the composition. The next disadvantage and difference of the analogue is the use of a laboratory method for introducing carbon nanotubes into a polymer, namely dry mixing of polymer granules with a given number of carbon nanotubes in a ball mill, which leads to an uneven distribution of carbon nanotubes in the polymer and, accordingly, a deterioration in the physical and mechanical properties of the polymer material , filled with carbon nanotubes; as well as the laboratory method of introducing carbon nanotubes into the polymer makes it difficult to obtain the composition in large volumes.

[5] В патенте RU2585667C2 (опубл. 10.06.2016; МПК: D01F 6/06) описано изобретение, относящееся к способу получения антистатического полипропиленового волокна с улучшенными механическими свойствами, которое может быть использовано в машиностроении, химической, электротехнической и легкой промышленности. Технический результат аналога заключается в получении полипропиленового композиционного волокна с улучшенными физико-механическими свойствами. Сущность указанного способа заключается в том, что экструдированные из расплава волокна на основе полипропилена (ПП), наполненные углеродными наночастицами, подвергают восьмикратной ориентационной вытяжке. Вытяжку осуществляют в два этапа: при температуре 150°С вначале волокно вытягивается в четыре раза, затем еще в два раза. Первым недостатком и отличием аналога является использование полипропилена в составе указанной композиции, что ограничивает области применения материала. Следующим недостатком и отличием аналога является использование многостенных углеродных нанотрубок в количестве 1 - 3 % по массе полимера и/или одностенных углеродных нанотрубок в количестве 0.7 - 1 % по массе полимера в составе указанной композиции. В настоящем составе полимерной композиции применяют только одностенные углеродные нанотрубки, при этом заявляемый способ в отличие от аналога позволяет получить полимерное изделие, обладающее высокой коррозионностойкостью, электропроводностью, прочностью при меньшей концентрации углеродных нанотрубок в составе полимерной композиции. Другим недостатком и отличием аналога является применение лабораторного способа введения нанотрубок в полимер, а именно: гранулы полипропилена измельчают с помощью аналитической мельницы до состояния порошка, затем в аналоге навеску полученного порошка смешивают в вибрационной шаровой мельнице с заданным количеством дисперсного наполнителя (углеродных нанотрубок). Указанный способ введения нанотрубок в полимер приводит к неравномерному распределению углеродных нанотрубок в нем, ухудшая таким образом физико-механические свойства полимерной композиции (прочность, коррозионную стойкость, электропроводность), а также затрудняет ее получение в больших объемах.[5] Patent RU2585667C2 (published June 10, 2016; IPC: D01F 6/06) describes an invention related to a method for producing antistatic polypropylene fiber with improved mechanical properties, which can be used in mechanical engineering, chemical, electrical and light industry. The technical result of the analogue is to obtain a polypropylene composite fiber with improved physical and mechanical properties. The essence of this method is that melt-extruded fibers based on polypropylene (PP), filled with carbon nanoparticles, are subjected to eightfold orientation stretching. The drawing is carried out in two stages: at a temperature of 150°C, first the fiber is drawn four times, then two more times. The first disadvantage and difference of the analogue is the use of polypropylene as part of the specified composition, which limits the scope of application of the material. The next disadvantage and difference of the analogue is the use of multi-walled carbon nanotubes in an amount of 1 - 3% by weight of the polymer and/or single-walled carbon nanotubes in an amount of 0.7 - 1% by weight of the polymer in the composition of the specified composition. In the present composition of the polymer composition, only single-walled carbon nanotubes are used, while the inventive method, unlike its analogue, makes it possible to obtain a polymer product with high corrosion resistance, electrical conductivity, and strength with a lower concentration of carbon nanotubes in the polymer composition. Another disadvantage and difference of the analogue is the use of a laboratory method for introducing nanotubes into the polymer, namely: polypropylene granules are crushed using an analytical mill to a powder state, then in the analogue, a sample of the resulting powder is mixed in a vibrating ball mill with a given amount of dispersed filler (carbon nanotubes). This method of introducing nanotubes into a polymer leads to an uneven distribution of carbon nanotubes in it, thus worsening the physical and mechanical properties of the polymer composition (strength, corrosion resistance, electrical conductivity), and also makes it difficult to obtain in large volumes.

[6] В патенте RU2654948C2 (опубл. 23.05.2018; МПК: C08J 3/00, B28Y 30/00, C08L 101/00, C08K 3/04) описано изобретение, относящееся к композиционным материалам на основе термопластичных полимеров, наполненных нанотрубками, и технологиям их получения, и может использоваться для производства конструкционных материалов с повышенными физико-механическими характеристиками. Технический результат аналога заключается в повышении прочностных характеристик композиционного материала на основе термопластичных полимеров и упрощения технологии его изготовления. Указанный композиционный материал содержит термопластичный полимер и одностенные углеродные нанотрубки при содержании последних не менее 5 мас.%, причем они распределены в термопластичном полимере таким образом, что значение его удельного объемного электрического сопротивления составляет не менее 10⁴ Ом⋅см, а разница упомянутого сопротивления на масштабе 1 мм составляет не более 10 %. Также указанное изобретение относится к способу получения композиционного материала, по которому термопластичный полимер смешивают с углеродными нанотрубками таким образом, чтобы их содержание в полученной смеси составляло не менее 5 мас.%, и экструдируют указанную смесь при температуре переработки термопластичного полимера. Недостатком и отличием указанного композиционного материала является использование одностенных углеродных нанотрубок в количестве не менее 5 мас.% к массе всей смеси. Настоящий способ в отличие от аналога позволяет получить полимерное изделие, обладающее высокой коррозионностойкостью, электропроводностью, прочностью, при меньшей концентрации углеродных нанотрубок. Другим недостатком и отличием указанного способа получения композиционного материала является сухое смешивание углеродных нанотрубок и гранул полимера, это приводит к неравномерному распределению углеродных нанотрубок в полимере, ухудшая таким образом электропроводные и прочностные характеристики материала.[6] Patent RU2654948C2 (published May 23, 2018; IPC: C08J 3/00, B28Y 30/00, C08L 101/00, C08K 3/04) describes an invention related to composite materials based on thermoplastic polymers filled with nanotubes, and technologies for their production, and can be used for the production of structural materials with improved physical and mechanical characteristics. The technical result of the analogue is to increase the strength characteristics of a composite material based on thermoplastic polymers and simplify its manufacturing technology. The specified composite material contains a thermoplastic polymer and single-walled carbon nanotubes with a content of the latter of at least 5 wt.%, and they are distributed in the thermoplastic polymer in such a way that the value of its volumetric electrical resistance is at least 10 ⁴ Ohm⋅cm, and the difference in said resistance is on a scale of 1 mm is no more than 10%. Also, this invention relates to a method for producing a composite material, in which a thermoplastic polymer is mixed with carbon nanotubes so that their content in the resulting mixture is at least 5 wt.%, and the said mixture is extruded at the processing temperature of the thermoplastic polymer. The disadvantage and difference of this composite material is the use of single-walled carbon nanotubes in an amount of at least 5 wt.% by weight of the entire mixture. This method, unlike its analogue, makes it possible to obtain a polymer product with high corrosion resistance, electrical conductivity, and strength, with a lower concentration of carbon nanotubes. Another disadvantage and difference of this method for producing a composite material is the dry mixing of carbon nanotubes and polymer granules, this leads to an uneven distribution of carbon nanotubes in the polymer, thus worsening the electrical conductivity and strength characteristics of the material.

[7] В патенте RU2668037C2 (опубл. 25.09.2018; МПК: C08K 3/04, C08J 3/20, B29C 47/36, H01B 1/24, B28Y 99/00) описано изобретение, относящееся к окрашенным проводящим композиционным материалам и технологии их получения. Технический результат аналога заключается в обеспечении получения окрашенного проводящего термопластичного материала с антистатическими свойствами, обладающего по меньшей мере одним цветовым индексом по RAL и удельным объемным электрическим сопротивлением 10¹⁰ - 10⁶ Ом⋅см. В аналоге предложен окрашенный проводящий термопластичный материал, включающий, мас.%: 79.8 - 99.899 термопластичного полимера, 0.001 - 0.2 одностенных углеродных нанотрубок, 0.1 - 10 красителя и дополнительно - диоксид титана в количестве 1 - 10 мас.% к массе общей смеси указанных полимера, углеродных нанотрубок и красителя. Предложен также способ получения указанного материала, включающий смешивание термопластичного полимера с одностенными углеродными нанотрубками, перемешивание смеси, добавление к ней красителя и диоксида титана, перемешивание и экструдирование при нагревании до температуры переработки полимера. Первым отличием аналога является использование полимера в количестве 79.8 - 99.899 мас.% от массы всей смеси. Следующим отличием аналога является измельчение только гранул красителя в корпусе роторного типа, снабженного решеткой с отверстиями диаметром 3 мм. В настоящем способе получения полимерной композиции измельчению подвергают смесь термопластичного полимера и концентрата одностенных углеродных нанотрубок до состояния порошка с размером частиц 0.3 - 0.6 мм. Недостатком и отличием аналога является сухое смешивание гранул термопластичного полимера с концентратом одностенных углеродных нанотрубок, полученных методом механической обработки смеси углеродных нанотрубок и дисперсионной среды, это приводит к неравномерному распределению углеродных нанотрубок в полимере, что ухудшает электропроводные и прочностные характеристики полимерного материала, наполненного углеродными нанотрубками.[7] Patent RU2668037C2 (published 09.25.2018; IPC: C08K 3/04, C08J 3/20, B29C 47/36, H01B 1/24, B28Y 99/00) describes an invention related to colored conductive composite materials and technologies for their production. The technical result of the analogue is to provide a colored conductive thermoplastic material with antistatic properties, having at least one RAL color index and a specific volumetric electrical resistance of 10 ¹⁰ - 10 ⁶ Ohm⋅cm. The analogue proposes a colored conductive thermoplastic material, including, wt.%: 79.8 - 99.899 thermoplastic polymer, 0.001 - 0.2 single-walled carbon nanotubes, 0.1 - 10 dye and additionally titanium dioxide in an amount of 1 - 10 wt.% by weight of the total mixture of these polymers , carbon nanotubes and dye. A method for producing the specified material is also proposed, including mixing a thermoplastic polymer with single-walled carbon nanotubes, stirring the mixture, adding a dye and titanium dioxide to it, mixing and extruding when heated to the polymer processing temperature. The first difference of the analogue is the use of polymer in an amount of 79.8 - 99.899 wt.% of the mass of the entire mixture. The next difference between the analogue is the grinding of only dye granules in a rotor-type housing equipped with a grid with holes with a diameter of 3 mm. In the present method of producing a polymer composition, a mixture of a thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes is ground to a powder with a particle size of 0.3 - 0.6 mm. The disadvantage and difference of the analogue is the dry mixing of thermoplastic polymer granules with a concentrate of single-walled carbon nanotubes obtained by mechanical processing of a mixture of carbon nanotubes and a dispersion medium, this leads to an uneven distribution of carbon nanotubes in the polymer, which worsens the electrical conductivity and strength characteristics of the polymer material filled with carbon nanotubes.

[8] В полезной модели RU202326U1 (опубл. 11.02.2021; МПК: B65D 1/12) описано изобретение, относящееся к устройствам для хранения и транспортировки легковоспламеняющихся жидкостей, например, горючего, масел, растворителей, а также взрывчатых веществ, в частности пироксилиновых спортивных и охотничьих порохов. Технический результат аналога заключается в повышении безопасности использования устройства за счет повышения ее герметичности путем создания трехуровневой уплотнительной системы в зоне соединения крышки с корпусом антистатической тары с улучшенными антистатическими свойствами. Указанная антистатическая тара включает корпус, съемную крышку и стяжной хомут. Корпус и съемная крышка в аналоге изготовлены методом ротационного формования из термопластичного полимера с добавлением одностенных углеродных нанотрубок. Крышка и горловина корпуса выполнены с кольцевыми фигурными отбортовками. Каждая из них имеет горизонтальный и наклонный участки. На горизонтальных участках и отбортовок крышки и горловины выполнены ответные друг другу кольцевые канавки с размещенным между ними наружным кольцом фигурного уплотнителя. В аналоге наружное кольцо соединено перемычкой с внутренним кольцом фигурного уплотнителя и размещено в кольцевой канавке, выполненной в зоне сопряжения горизонтального участка отбортовки горловины и ее верхней части. Крышка установлена посредством размещения верхней части горловины в выполненной в крышке кольцевой выемке, снабженной кольцевым уплотнителем. Кольцевой уплотнитель выполнен с обеспечением охвата внешней и внутренней поверхностей верхней части горловины. Крышка зафиксирована на горловине с помощью стяжного хомута, имеющего в поперечном сечении боковые части, ориентированные в радиальном направлении внутрь под углом, равным углу наклонных участков отбортовок крышки и горловины. Недостатком и отличием аналога является отсутствие информации о соотношении компонентов композиции: термопластичного полимера и одностенных углеродных нанотрубок, а также отсутствие информации о способе получения полимерного изделия с антистатическими свойствами. Указанная информация напрямую влияет на такие свойства изделия, как прочность, электропроводность, коррозионная стойкость.[8] The utility model RU202326U1 (published 02/11/2021; IPC: B65D 1/12) describes an invention related to devices for storing and transporting flammable liquids, for example, fuel, oils, solvents, as well as explosives, in particular pyroxylin sports and hunting powders. The technical result of the analogue is to increase the safety of using the device by increasing its tightness by creating a three-level sealing system in the area where the lid connects to the body of an antistatic container with improved antistatic properties. The specified antistatic container includes a body, a removable lid and a clamp. The body and removable cover in the analogue are made by rotational molding from a thermoplastic polymer with the addition of single-walled carbon nanotubes. The lid and neck of the body are made with ring-shaped flanges. Each of them has horizontal and inclined sections. On the horizontal sections and flanges of the lid and neck, there are annular grooves in response to each other with an outer ring of a shaped seal placed between them. In the analogue, the outer ring is connected by a jumper to the inner ring of the shaped seal and is placed in an annular groove made in the interface between the horizontal section of the neck flange and its upper part. The lid is installed by placing the upper part of the neck in an annular recess made in the lid, equipped with an annular seal. The ring seal is designed to cover the outer and inner surfaces of the upper part of the neck. The lid is fixed on the neck with the help of a tension clamp, which has side parts in cross section oriented radially inward at an angle equal to the angle of the inclined sections of the flanges of the lid and neck. The disadvantage and difference of the analogue is the lack of information about the ratio of the components of the composition: thermoplastic polymer and single-walled carbon nanotubes, as well as the lack of information about the method for producing a polymer product with antistatic properties. This information directly affects such properties of the product as strength, electrical conductivity, and corrosion resistance.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

[9] Задачей настоящего изобретения является разработка состава и способа получения и применения полимерной композиции с электропроводными свойствами, позволяющих изготавливать изделия (емкости, тары) с улучшенными физико-механическими характеристиками для хранения и транспортировки легковоспламеняющихся веществ.[9] The objective of the present invention is to develop a composition and method for producing and using a polymer composition with electrically conductive properties, allowing the manufacture of products (containers, containers) with improved physical and mechanical characteristics for storing and transporting flammable substances.

[10] Указанная задача достигается благодаря такому техническому результату, как обеспечение удельного объемного сопротивления в диапазоне 10¹⁰ - 10⁶ Ом⋅см полимерной ёмкости при сохранении её высокой прочности. Указанная задача достигается в том числе, но не ограничиваясь, благодаря:[10] This task is achieved thanks to such a technical result as ensuring a specific volume resistance in the range of 10 ¹⁰ - 10 ⁶ Ohm⋅cm of the polymer container while maintaining its high strength. This goal is achieved, including, but not limited to, thanks to:

[11] наличию в составе полимерной композиции с электропроводными свойствами термопластичного полимера линейного типа;[11] the presence of a linear-type thermoplastic polymer in the polymer composition with electrically conductive properties;

[12] наличию в составе полимерной композиции с электропроводными свойствами концентрата одностенных углеродных нанотрубок;[12] the presence of a concentrate of single-walled carbon nanotubes in a polymer composition with electrically conductive properties;

[13] применению дозатора для изготовления полимерной композиции с электропроводными свойствами;[13] the use of a dispenser for the manufacture of a polymer composition with electrically conductive properties;

[14] введению концентрата одностенных углеродных нанотрубок в расплавленный термопластичный полимер линейного типа методом сухого ввода;[14] introducing a concentrate of single-walled carbon nanotubes into a molten linear-type thermoplastic polymer using the dry injection method;

[15] использованию метода ротационного литья для получения полимерного изделия, обладающего электропроводными свойствами.[15] using the rotational casting method to obtain a polymer product with electrically conductive properties.

[16] Более полно, технический результат достигается полимерной композицией с электропроводными свойствами, содержащей термопластичный полимер линейного типа и концентрат одностенных углеродных нанотрубок. При этом концентрат одностенных углеродных нанотрубок введен в расплавленный термопластичный полимер линейного типа методом сухого ввода путем использования дозатора при следующем соотношении компонентов, мас.%: термопластичный полимер линейного типа - 99.9 - 99.99; концентрат одностенных углеродных нанотрубок - 0.01 - 0.1.[16] More fully, the technical result is achieved by a polymer composition with electrically conductive properties containing a linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes. In this case, the concentrate of single-walled carbon nanotubes is introduced into the molten thermoplastic polymer of the linear type by the dry injection method using a dispenser with the following ratio of components, wt.%: thermoplastic polymer of the linear type - 99.9 - 99.99; concentrate of single-walled carbon nanotubes - 0.01 - 0.1.

[17] Сочетание термопластичного полимера линейного типа и концентрата одностенных углеродных нанотрубок обеспечивает электропроводные свойства полимерной композиции, высокую ее прочность и коррозионностойкость. Наличие термопластичного полимера линейного типа в количестве от 99.9 до 99.99 мас.% и концентрата одностенных углеродных нанотрубок в количестве от 0.01 до 0.1 мас.% от общей массы всей смеси позволяет достичь удельного объемного сопротивления в диапазоне 10¹⁰ - 10⁶ Ом⋅см полимерного изделия, изготовленного из полимерной композиции. Метод сухого ввода подразумевает введение в сухом виде концентрата одностенных углеродных нанотрубок в расплавленный термопластичный полимер без использования дополнительного технологического этапа диспергирования (измельчения веществ в жидкости или газе) или химического воздействия. Метод сухого ввода концентрата одностенных углеродных нанотрубок в расплавленный полимер наряду с обеспечением электропроводных свойств и повышением прочностных характеристик полимера сохраняет такие его свойства, как пластичность, устойчивость к воздействию агрессивных сред. Введение в расплавленный термопластичный полимер линейного типа концентрата одностенных углеродных нанотрубок методом сухого ввода путем использования дозатора обеспечивает равномерное распределение углеродных нанотрубок в термопластичном полимере. Также метод сухого ввода обеспечивает более легкую и менее энергозатратную технологию массового производства изделий из полимерной композиции.[17] The combination of a linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes ensures the electrically conductive properties of the polymer composition, its high strength and corrosion resistance. The presence of a linear-type thermoplastic polymer in an amount from 99.9 to 99.99 wt.% and a concentrate of single-walled carbon nanotubes in an amount from 0.01 to 0.1 wt.% of the total mass of the entire mixture makes it possible to achieve a specific volume resistance in the range of 10 ¹⁰ - 10 ⁶ Ohm⋅cm of the polymer product made from a polymer composition. The dry injection method involves introducing a dry concentrate of single-walled carbon nanotubes into a molten thermoplastic polymer without using an additional technological stage of dispersion (grinding substances in a liquid or gas) or chemical exposure. The method of dry introduction of a concentrate of single-walled carbon nanotubes into a molten polymer, along with providing electrical conductive properties and increasing the strength characteristics of the polymer, preserves its properties such as plasticity and resistance to aggressive environments. The introduction of a concentrate of single-walled carbon nanotubes into a molten linear-type thermoplastic polymer by the dry injection method using a dispenser ensures a uniform distribution of carbon nanotubes in the thermoplastic polymer. Also, the dry input method provides an easier and less energy-consuming technology for the mass production of products from a polymer composition.

[18] Концентрат одностенных углеродных нанотрубок могут использовать в виде мелкодисперсного порошка. Мелкодисперсный порошок представляет собой порошок, размер частиц которого достигает 70 - 100 мкм. Использование концентрата углеродных нанотрубок в виде мелкодисперсного порошка обеспечивает равномерное распределение углеродных нанотрубок в термопластичном полимере.[18] The concentrate of single-walled carbon nanotubes can be used in the form of a fine powder. Fine powder is a powder whose particle size reaches 70 - 100 microns. The use of a concentrate of carbon nanotubes in the form of a fine powder ensures uniform distribution of carbon nanotubes in the thermoplastic polymer.

[19] В качестве термопластичного полимера линейного типа могут использовать полиэтилен с плотностью 0.93 - 0.94 г/см³. Это позволяет получить полимерную композицию, устойчивую к щелочам, кислотам и другим агрессивным элементам.[19] Polyethylene with a density of 0.93 - 0.94 g/cm ³ can be used as a linear-type thermoplastic polymer. This makes it possible to obtain a polymer composition that is resistant to alkalis, acids and other aggressive elements.

[20] Температура плавления термопластичного полимера линейного типа может быть равна 125 - 140°С, указанный температурный диапазон применяют для подготовки термопластичного полимера линейного типа к вводу в него концентрата одностенных углеродных нанотрубок в виде мелкодисперсного порошка.[20] The melting point of a linear-type thermoplastic polymer can be equal to 125 - 140°C; the specified temperature range is used to prepare a linear-type thermoplastic polymer for introducing a concentrate of single-walled carbon nanotubes into it in the form of a fine powder.

[21] Количество углеродных нанотрубок в составе концентрата может быть равно 85 - 95 %. Это позволяет достичь удельного объемного сопротивления в диапазоне 10¹⁰ - 10⁶ Ом⋅см полимерного изделия, изготовленного из полимерной композиции, которая содержит термопластичный полимер и концентрат одностенных углеродных нанотрубок.[21] The amount of carbon nanotubes in the concentrate can be 85 - 95%. This makes it possible to achieve a specific volume resistivity in the range of 10 ¹⁰ - 10 ⁶ Ohm⋅cm of a polymer product made from a polymer composition that contains a thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes.

[22] Также технический результат достигается способом получения полимерной композиции с электропроводными свойствами, содержащей термопластичный полимер линейного типа и концентрат одностенных углеродных нанотрубок, при следующем соотношении компонентов, мас.%: термопластичный полимер линейного типа – 99.9 – 99.99; концентрат одностенных углеродных нанотрубок – 0.01 – 0.1, по которому вводят термопластичный полимер линейного типа с использованием дозатора; нагревают термопластичный полимер линейного типа до температуры его плавления; в расплавленный термопластичный полимер линейного типа вводят концентрат одностенных углеродных нанотрубок методом сухого ввода с использованием дозатора; смешивают расплавленный термопластичный полимер линейного типа и концентрат одностенных углеродных нанотрубок; формируют нити, состоящие из смеси термопластичного полимера линейного типа и концентрата одностенных углеродных нанотрубок; охлаждают нити, состоящие из смеси термопластичного полимера линейного типа и концентрата одностенных углеродных нанотрубок; из нитей формируют цилиндрические гранулы.[22] Also, the technical result is achieved by a method for producing a polymer composition with electrically conductive properties, containing a linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes, with the following component ratio, wt.%: linear-type thermoplastic polymer – 99.9 – 99.99; concentrate of single-walled carbon nanotubes – 0.01 – 0.1, through which a linear-type thermoplastic polymer is introduced using a dispenser; a linear-type thermoplastic polymer is heated to its melting temperature; a concentrate of single-walled carbon nanotubes is introduced into the molten thermoplastic linear polymer by the dry injection method using a dispenser; mixing a molten thermoplastic linear polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes; form threads consisting of a mixture of linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes; the threads, consisting of a mixture of a linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes, are cooled; cylindrical granules are formed from the threads.

[23] Ввод термопластичного полимера линейного типа с использованием дозатора позволяет исключить влияние человеческого фактора на процесс производства полимерной композиции, то есть он обеспечивает точность дозирования и качество смешивания компонентов композиции, тем самым улучшая физико-механические характеристики полимерной композиции.[23] Introducing a linear-type thermoplastic polymer using a dispenser eliminates the influence of the human factor on the production process of the polymer composition, that is, it ensures the accuracy of dosing and the quality of mixing the components of the composition, thereby improving the physical and mechanical characteristics of the polymer composition.

[24] Нагрев термопластичного полимера линейного типа до температуры его плавления позволяет придать макромолекулам, содержащимся в полимере, подвижность, таким образом, полимер становится текучим.[24] Heating a linear-type thermoplastic polymer to its melting point makes it possible to impart mobility to the macromolecules contained in the polymer, thus making the polymer fluid.

[25] В расплавленный термопластичный полимер линейного типа вводят концентрат одностенных углеродных нанотрубок методом сухого ввода с использованием дозатора. Метод сухого ввода концентрата одностенных углеродных нанотрубок в расплавленный полимер наряду с обеспечением электропроводных свойств и повышением прочностных характеристик полимера сохраняет такие его свойства, как пластичность, устойчивость к воздействию агрессивных сред. Также метод сухого ввода обеспечивает более легкую и менее энергозатратную технологию массового производства изделий из полимерной композиции. Применение дозатора обеспечивает точность дозирования и качество смешивания компонентов композиции.[25] A concentrate of single-walled carbon nanotubes is introduced into a molten linear-type thermoplastic polymer using a dry injection method using a dispenser. The method of dry introduction of a concentrate of single-walled carbon nanotubes into a molten polymer, along with providing electrical conductive properties and increasing the strength characteristics of the polymer, preserves its properties such as plasticity and resistance to aggressive environments. Also, the dry input method provides an easier and less energy-consuming technology for the mass production of products from a polymer composition. The use of a dispenser ensures the accuracy of dosing and the quality of mixing the components of the composition.

[26] Смешивание расплавленного термопластичного полимера линейного типа и концентрата одностенных углеродных нанотрубок позволяет равномерно распределить концентрат по всему объему расплавленного термопластичного полимера.[26] Mixing molten linear thermoplastic polymer and single-walled carbon nanotube concentrate allows the concentrate to be evenly distributed throughout the entire volume of molten thermoplastic polymer.

[27] Формируют нити, состоящие из смеси термопластичного полимера линейного типа и концентрата одностенных углеродных нанотрубок, которые затем охлаждают и формируют из них цилиндрические гранулы, тем самым изготавливая полимерную композицию, готовую для дальнейшей ее реализации.[27] Threads are formed consisting of a mixture of a linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes, which are then cooled and cylindrical granules are formed from them, thereby producing a polymer composition ready for its further implementation.

[28] Для ввода термопластичного полимера и концентрата одностенных углеродных нанотрубок могут использовать дозатор гравиметрического типа. Это позволяет в заранее заданных пропорциях произвести взвешивание компонентов композиции, обеспечивая точность их дозирования и равномерность распределения по объему смеси.[28] A gravimetric type dispenser can be used to introduce the thermoplastic polymer and single-walled carbon nanotube concentrate. This allows you to weigh the components of the composition in predetermined proportions, ensuring the accuracy of their dosing and uniform distribution throughout the volume of the mixture.

[29] Нагрев термопластичного полимера линейного типа до температуры его плавления могут осуществлять при температуре 125 - 140°С. Нагрев термопластичного полимера до его температуры плавления позволяет придать макромолекулам, содержащимся в полимере, подвижность, таким образом, полимер становится текучим.[29] Heating of a linear-type thermoplastic polymer to its melting point can be carried out at a temperature of 125 - 140°C. Heating a thermoplastic polymer to its melting point allows the macromolecules contained in the polymer to become mobile, thus making the polymer flowable.

[30] Расплавленный термопластичный полимер линейного типа и концентрат одностенных углеродных нанотрубок могут смешивать при температуре 180 - 220°С. Температурный диапазон от 180°С до 220°С обусловлен особенностями работы применяемого оборудования и переработки термопластичного полимера: температура смешивания ниже 180°С приводит к сбоям в работе компаундера в зоне смешивания полимера и концентрата одностенных углеродных нанотрубок; температура смешивания выше 220°С приводит к термодеструкции полимера.[30] Molten linear thermoplastic polymer and single-walled carbon nanotube concentrate can be mixed at a temperature of 180 - 220°C. The temperature range from 180°C to 220°C is determined by the operating features of the equipment used and the processing of thermoplastic polymer: a mixing temperature below 180°C leads to malfunctions of the compounder in the mixing zone of the polymer and the concentrate of single-walled carbon nanotubes; mixing temperature above 220°C leads to thermal destruction of the polymer.

[31] Формирование нитей, состоящих из смеси термопластичного полимера линейного типа и концентрата одностенных углеродных нанотрубок, могут производить путем использования фильеры. Фильера представляет собой высокопрочную форму, содержащую отверстия. Фильеры применяют для разделения потока жидкого вещества на отдельные струи, формируя таким образом нити из полимерной композиции.[31] The formation of threads consisting of a mixture of a linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes can be done by using a spinneret. The die is a high-strength mold containing holes. Spinnerets are used to separate the flow of a liquid substance into separate jets, thus forming threads from a polymer composition.

[32] Охлаждение нитей, состоящих из смеси термопластичного полимера линейного типа и концентрата одностенных углеродных нанотрубок, могут производить путем пропускания их через воду, температура которой 15 - 18°С. Охлаждение таким образом нитей до комнатной температуры позволяет зафиксировать их форму.[32] Cooling of threads consisting of a mixture of a linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes can be done by passing them through water, the temperature of which is 15 - 18 ° C. Cooling the threads to room temperature in this way allows their shape to be fixed.

[33] Формирование из охлажденных нитей цилиндрических гранул, состоящих из смеси термопластичного полимера линейного типа и концентрата одностенных углеродных нанотрубок, могут производить с помощью фрезы. Фреза представляет собой инструмент с одним или несколькими режущими лезвиями. Использование фрезы позволяет из нитей сформировать цилиндрические гранулы полимерной композиции для дальнейшего измельчения ее в порошок и формования методом ротационного литья из композиции емкостей (тар) с электропроводными свойствами.[33] The formation of cylindrical granules from cooled filaments, consisting of a mixture of linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes, can be done using a milling cutter. A milling cutter is a tool with one or more cutting blades. The use of a cutter makes it possible to form cylindrical granules of a polymer composition from threads for further grinding it into powder and molding it by rotational casting from a composition of containers (containers) with electrically conductive properties.

[34] Также технический результат может достигаться способом применения полимерной композиции с электропроводными свойствами. Способ применения полимерной композиции с электропроводными свойствами может содержать следующие этапы: получение полимерной композиции с электропроводными свойствами по описанному выше способу в виде цилиндрических гранул; измельчение цилиндрических гранул в порошок; формирование из порошка полимерной композиции методом ротационного литья изделий с электропроводными свойствами. Это позволяет изготавливать изделия различных объемов и форм, представляющих собой емкости или тары с электропроводными свойствами.[34] Also, the technical result can be achieved by using a polymer composition with electrically conductive properties. The method of using a polymer composition with electrically conductive properties may comprise the following steps: obtaining a polymer composition with electrically conductive properties in the form of cylindrical granules according to the method described above; grinding cylindrical granules into powder; formation of polymer composition powder by rotational casting of products with electrically conductive properties. This makes it possible to produce products of various volumes and shapes, which are containers or containers with electrically conductive properties.

[35] Цилиндрические гранулы могут измельчать в порошок путем использования роторного пульверизатора. Роторные пульверизаторы позволяют измельчать среднетвердые ударопрочные полимерные композиции, при этом входной материал, необходимый для пульверизатора, должен быть с максимальным размером 10 мм. [35] Cylindrical granules can be ground into powder by using a rotary atomizer. Rotary atomizers allow the grinding of medium-hard, impact-resistant polymer compositions, while the input material required for the atomizer must be of a maximum size of 10 mm.

[36] Роторный пульверизатор может быть оснащен просевающим аппаратом, который может представлять собой вибрационное сито с набором фильтрующих решеток. Пропускная способность фильтрующих решеток может достигать 0.3 - 0.6 мм. Это позволяет получить изделие методом ротационного литья с меньшей разнотолщинностью стенок, исключая волны на внутренней стенке, включения нерасплавленной массы и высокое удельное объемное сопротивление.[36] A rotary sprayer can be equipped with a sifting device, which can be a vibrating sieve with a set of filter grids. The throughput of filter grids can reach 0.3 - 0.6 mm. This makes it possible to obtain a product using the rotational casting method with less variation in wall thickness, eliminating waves on the inner wall, inclusions of unmelted mass and high volumetric resistivity.

[37] Формирование из порошка полимерной композиции методом ротационного литья изделий с электропроводными свойствами могут производить следующим образом: смесь измельченных в порошок цилиндрических гранул могут помещать в полую металлическую форму; полую металлическую форму, содержащую измельченные цилиндрические гранулы, могут помещать в печь и совместно производить вращение по двум осям и распределение порошка измельченных цилиндрических гранул по форме в печи. Это позволяет получать изделия сложной формы и различных размеров.[37] The formation of products with electrically conductive properties from a polymer composition powder by rotational casting can be done as follows: a mixture of powdered cylindrical granules can be placed in a hollow metal mold; the hollow metal mold containing the crushed cylindrical granules can be placed in the furnace and jointly rotate in two axes and distribute the powder of the crushed cylindrical granules into the mold in the furnace. This makes it possible to obtain products of complex shapes and various sizes.

[38] Могут совместно производить вращение по двум осям и распределение порошка измельченных цилиндрических гранул по форме в печи при температуре 200 - 250°С. Данный температурный диапазон позволяет придать форме температуру, позволяющую получить плавление и, соответственно, равномерное распределение порошка измельченных цилиндрических гранул по ней. Стоит отметить, что температура формы зависит и от времени нахождения ее в разогретой печи.[38] They can jointly produce rotation along two axes and distribute the powder of crushed cylindrical granules into shape in an oven at a temperature of 200 - 250°C. This temperature range allows you to give the mold a temperature that allows you to obtain melting and, accordingly, uniform distribution of the powder of crushed cylindrical granules over it. It is worth noting that the temperature of the mold also depends on the time it is in the heated oven.

[39] Могут совместно производить вращение по двум осям и распределение порошка измельченных цилиндрических гранул по форме в печи в течение 18 - 23 минут, временной диапазон зависит от размеров получаемого полимерного изделия, то есть чем больше размер, тем больше времени необходимо затратить для получения полимерного изделия.[39] They can jointly produce rotation along two axes and distribution of powder of crushed cylindrical granules into shape in an oven for 18 - 23 minutes, the time range depends on the size of the resulting polymer product, that is, the larger the size, the more time must be spent to obtain the polymer products.

Подробное описаниеDetailed description

[40] В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту очевидно, каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях, хорошо известные методы, процедуры и компоненты не описаны подробно, чтобы не затруднять излишнее понимание особенностей настоящего изобретения.[40] The following detailed description of the invention sets forth numerous implementation details designed to provide a clear understanding of the present invention. However, it will be apparent to one skilled in the art how the present invention can be used with or without these implementation details. In other cases, well-known methods, procedures and components are not described in detail so as not to unduly obscure the features of the present invention.

[41] Кроме того, из приведенного изложения ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, очевидны для квалифицированных в предметной области специалистов.[41] In addition, from the above discussion it is clear that the invention is not limited to the above implementation. Numerous possible modifications, alterations, variations and substitutions, while retaining the spirit and form of the present invention, will be apparent to those skilled in the art.

[42] Наиболее перспективным методом создания полупроводящих и электропроводящих полимерных композиций является использование нанонаполнителей, в качестве которых применяют углеродные нанотрубки. Механические и электрические свойства углеродных нанотрубок позволяют использовать их в качестве нанонаполнителей с целью получения новых материалов с заранее прогнозируемыми свойствами и характеристиками.[42] The most promising method for creating semiconducting and electrically conductive polymer compositions is the use of nanofillers, which are carbon nanotubes. The mechanical and electrical properties of carbon nanotubes make it possible to use them as nanofillers to obtain new materials with pre-predicted properties and characteristics.

[43] Понятие «физико-механические свойства полимера» подразумевает следующие характеристики: электропроводность, прочность, коррозионную стойкость материала и т.д. Понятие «смешивание» подразумевает процесс объединения компонентов полимерной композиции, которыми являются термопластичный полимер линейного типа и концентрат одностенных углеродных нанотрубок, для образования смеси с равномерно распределенными компонентами в ней.[43] The concept of “physical and mechanical properties of a polymer” implies the following characteristics: electrical conductivity, strength, corrosion resistance of the material, etc. The term “mixing” implies the process of combining the components of a polymer composition, which are a linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes, to form a mixture with evenly distributed components in it.

[44] Полимерная композиция с электропроводными свойствами состоит из термопластичного полимера линейного типа и концентрата одностенных углеродных нанотрубок. При этом концентрат одностенных углеродных нанотрубок введен в расплавленный термопластичный полимер линейного типа методом сухого ввода путем использования дозатора при следующем соотношении компонентов, мас.%: термопластичный полимер линейного типа - 99.9 - 99.99; концентрат одностенных углеродных нанотрубок - 0.01 - 0.1. [44] A polymer composition with electrically conductive properties consists of a linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes. In this case, the concentrate of single-walled carbon nanotubes is introduced into the molten thermoplastic polymer of the linear type by the dry injection method using a dispenser with the following ratio of components, wt.%: thermoplastic polymer of the linear type - 99.9 - 99.99; concentrate of single-walled carbon nanotubes - 0.01 - 0.1.

[45] Сочетание термопластичного полимера линейного типа и концентрата одностенных углеродных нанотрубок обеспечивает электропроводные свойства полимерной композиции, высокую ее прочность и коррозионностойкость. Наличие термопластичного полимера линейного типа в количестве от 99.9 до 99.99 мас.% и концентрата одностенных углеродных нанотрубок в количестве от 0.01 до 0.1 мас.% от общей массы всей смеси позволяет обеспечить электропроводность композиции при малой концентрации нанотрубок, практически не влияя на реологические и механические свойства полимера, и достичь удельного объемного сопротивления в диапазоне 10¹⁰ - 10⁶ Ом⋅см полимерного изделия. Метод сухого ввода подразумевает введение в сухом виде концентрата одностенных углеродных нанотрубок в расплавленный термопластичный полимер без использования дополнительного технологического этапа диспергирования (измельчения веществ в жидкости или газе) или химического воздействия. Метод сухого ввода концентрата одностенных углеродных нанотрубок в расплавленный полимер наряду с обеспечением электропроводных свойств и повышением прочностных характеристик полимера сохраняет такие его свойства, как пластичность, устойчивость к воздействию агрессивных сред. Введение в расплавленный термопластичный полимер линейного типа концентрата одностенных углеродных нанотрубок методом сухого ввода путем использования дозатора обеспечивает равномерное распределение углеродных нанотрубок в термопластичном полимере без использования дополнительного технологического этапа диспергирования или химического воздействия. Также метод сухого ввода обеспечивает более легкую и менее энергозатратную технологию массового производства изделий из полимерной композиции.[45] The combination of a linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes provides the electrically conductive properties of the polymer composition, its high strength and corrosion resistance. The presence of a linear-type thermoplastic polymer in an amount from 99.9 to 99.99 wt.% and a concentrate of single-walled carbon nanotubes in an amount from 0.01 to 0.1 wt.% of the total mass of the entire mixture makes it possible to ensure the electrical conductivity of the composition at a low concentration of nanotubes, practically without affecting the rheological and mechanical properties polymer, and achieve a specific volume resistivity in the range of 10 ¹⁰ - 10 ⁶ Ohm⋅cm of the polymer product. The dry injection method involves introducing a dry concentrate of single-walled carbon nanotubes into a molten thermoplastic polymer without using an additional technological stage of dispersion (grinding substances in a liquid or gas) or chemical exposure. The method of dry introduction of a concentrate of single-walled carbon nanotubes into a molten polymer, along with providing electrical conductive properties and increasing the strength characteristics of the polymer, preserves its properties such as plasticity and resistance to aggressive environments. The introduction of a concentrate of single-walled carbon nanotubes into a molten thermoplastic polymer of linear type using the dry injection method using a dispenser ensures uniform distribution of carbon nanotubes in the thermoplastic polymer without the use of an additional technological stage of dispersion or chemical exposure. Also, the dry input method provides an easier and less energy-consuming technology for the mass production of products from a polymer composition.

[46] Концентрат одностенных углеродных нанотрубок могут использовать в виде мелкодисперсного порошка, гранул, хлопьев с пастообразной текстурой. Предпочтительнее использовать концентрат одностенных углеродных нанотрубок в виде мелкодисперсного порошка, поскольку для равномерного распределения гранул или хлопьев с пастообразной текстурой в расплавленном полимере необходимо использовать дополнительные технологические этапы, например, механическое измельчение гранул или диспергирование хлопьев с пастообразной текстурой. Мелкодисперсный порошок представляет собой порошок, размер частиц которого достигает 70 - 100 мкм. Использование мелкодисперсного порошка обеспечивает равномерное распределение концентрата углеродных нанотрубок в термопластичном полимере.[46] The concentrate of single-walled carbon nanotubes can be used in the form of fine powder, granules, or flakes with a pasty texture. It is preferable to use a concentrate of single-walled carbon nanotubes in the form of a fine powder, since additional processing steps, such as mechanical grinding of the granules or dispersion of the paste-like flakes, are necessary to uniformly distribute the granules or flakes with a pasty texture in the molten polymer. Fine powder is a powder whose particle size reaches 70 - 100 microns. The use of fine powder ensures uniform distribution of the carbon nanotube concentrate in the thermoplastic polymer.

[47] В качестве термопластичного полимера линейного типа могут использовать полипропилен, поликарбонат, полиэтилен. Предпочтительнее использовать полиэтилен с плотностью 0.93 - 0.94 г/см³. Использование в качестве термопластичного полимера полиэтилена имеет ряд преимуществ: он нетоксичен, технологичен, то есть поддается экструзии, литью, сочетает в себе такие свойства, как высокая прочность, устойчивость к воздействию агрессивных сред и пластичность. Это позволяет получить полимерную композицию, устойчивую к щелочам, кислотам и другим агрессивным элементам, обладающую коррозионностойкостью, высокой прочностью.[47] Polypropylene, polycarbonate, and polyethylene can be used as a linear-type thermoplastic polymer. It is preferable to use polyethylene with a density of 0.93 - 0.94 g/cm ³ . The use of polyethylene as a thermoplastic polymer has a number of advantages: it is non-toxic, technological, that is, it can be extruded, cast, and combines properties such as high strength, resistance to aggressive environments and plasticity. This makes it possible to obtain a polymer composition that is resistant to alkalis, acids and other aggressive elements, has corrosion resistance, and high strength.

[48] Одной из характеристик полимеров, применяемых для изготовления полимерных композиций, является их температура плавления. В случае термопластичных полимеров она может быть равна 105 - 120°С, 125 - 140°С или 160 - 200°С. Указанный температурный диапазон зависит от вида применяемого термопластичного полимера, в качестве которого предпочтительно использовать полиэтилен с плотностью 0.93 - 0.94 г/см³ и температурой плавления, равной 125 - 140°С, нагрев полимера до температуры его плавления применяют для подготовки к вводу в него концентрата одностенных углеродных нанотрубок в виде мелкодисперсного порошка.[48] One of the characteristics of polymers used for the manufacture of polymer compositions is their melting point. In the case of thermoplastic polymers, it can be equal to 105 - 120°C, 125 - 140°C or 160 - 200°C. The specified temperature range depends on the type of thermoplastic polymer used, for which it is preferable to use polyethylene with a density of 0.93 - 0.94 g/cm ³ and a melting point of 125 - 140 ° C; heating the polymer to its melting temperature is used to prepare for introducing concentrate into it single-walled carbon nanotubes in the form of fine powder.

[49] Основу концентрата углеродных нанотрубок составляют одностенные углеродные нанотрубки, количество которых может быть равно 70 - 90 %, 85 - 95 % в составе концентрата. Предпочтительнее использовать концентрат, в котором количество углеродных нанотрубок в его составе равно 85 - 95 %. К тому же для метода сухого ввода концентрата в расплавленный термопластичный полимер необходимо, чтобы концентрат имел вид мелкодисперсного порошка. Такими характеристиками может обладать концентрат одностенных углеродных нанотрубок марки TUBALL. Использование с описанными характеристиками концентрата углеродных нанотрубок в составе полимерной композиции позволяет достичь удельного объемного сопротивления в диапазоне 10¹⁰ - 10⁶ Ом⋅см полимерного изделия.[49] The basis of the carbon nanotube concentrate is made up of single-walled carbon nanotubes, the amount of which can be 70 - 90%, 85 - 95% in the composition of the concentrate. It is preferable to use a concentrate in which the amount of carbon nanotubes in its composition is 85 - 95%. In addition, for the method of dry introduction of the concentrate into the molten thermoplastic polymer, it is necessary that the concentrate be in the form of a fine powder. A concentrate of TUBALL brand single-walled carbon nanotubes may have these characteristics. The use of a concentrate of carbon nanotubes in a polymer composition with the described characteristics makes it possible to achieve a specific volume resistance in the range of 10 ¹⁰ - 10 ⁶ Ohm⋅cm of a polymer product.

[50] Способ получения полимерной композиции с электропроводными свойствами, содержащей термопластичный полимер линейного типа и концентрат одностенных углеродных нанотрубок, при следующем соотношении компонентов, мас.%: термопластичный полимер линейного типа – 99.9 – 99.99; концентрат одностенных углеродных нанотрубок – 0.01 – 0.1, по которому вводят термопластичный полимер линейного типа с использованием дозатора; нагревают термопластичный полимер линейного типа до температуры его плавления; в расплавленный термопластичный полимер линейного типа вводят концентрат одностенных углеродных нанотрубок методом сухого ввода с использованием дозатора; смешивают расплавленный термопластичный полимер линейного типа и концентрат одностенных углеродных нанотрубок; формируют нити, состоящие из смеси термопластичного полимера линейного типа и концентрата одностенных углеродных нанотрубок; охлаждают нити, состоящие из смеси термопластичного полимера линейного типа и концентрата одностенных углеродных нанотрубок; из нитей формируют цилиндрические гранулы.[50] A method for producing a polymer composition with electrically conductive properties containing a linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes, with the following component ratio, wt.%: linear-type thermoplastic polymer – 99.9 – 99.99; concentrate of single-walled carbon nanotubes – 0.01 – 0.1, through which a linear-type thermoplastic polymer is introduced using a dispenser; a linear-type thermoplastic polymer is heated to its melting temperature; a concentrate of single-walled carbon nanotubes is introduced into the molten thermoplastic linear polymer by the dry injection method using a dispenser; mixing a molten thermoplastic linear polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes; form threads consisting of a mixture of linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes; the threads, consisting of a mixture of a linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes, are cooled; cylindrical granules are formed from the threads.

[51] Для осуществления способа получения полимерной композиции применяют компаундер - экструдер высокой мощности, производительность которого достигает 600 кг/ч. Компаундеры позволяют тщательно перемешивать расплав полимера, гомогенизируя введение добавок, фильтровать расплав, обеспечивая отсутствие посторонних включений. Смешивание происходит благодаря прохождению расплава полимера через перемешивающие группы элементов, расположенных на шнеках, в данном случае применяют двухшнековый компаундер. Ввод термопластичного полимера линейного типа в виде гранул осуществляют с использованием дозатора в охлаждаемую загрузочную зону компаундера. Охлаждение загрузочной зоны необходимо для предотвращения закупоривания этой зоны вследствие налипания гранул термопластичного полимера линейного типа на металлических частях зоны. Использование дозатора позволяет исключить влияние человеческого фактора на процесс производства полимерной композиции, то есть он обеспечивает точность дозирования и качество смешивания компонентов композиции, тем самым повышая стабильность работы компаундера, его производительность и качество полимерной композиции.[51] To implement the method for producing a polymer composition, a compounder is used - a high-power extruder, the productivity of which reaches 600 kg/h. Compounders allow you to thoroughly mix the polymer melt, homogenizing the introduction of additives, and filter the melt, ensuring the absence of foreign inclusions. Mixing occurs due to the passage of the polymer melt through mixing groups of elements located on screws; in this case, a twin-screw compounder is used. The linear type thermoplastic polymer is introduced in the form of granules using a dispenser into the cooled loading zone of the compounder. Cooling of the loading zone is necessary to prevent clogging of this zone due to the adhesion of linear-type thermoplastic polymer granules on the metal parts of the zone. The use of a dispenser eliminates the influence of the human factor on the production process of the polymer composition, that is, it ensures the accuracy of dosing and the quality of mixing the components of the composition, thereby increasing the stability of the compounder, its productivity and the quality of the polymer composition.

[52] Далее, в зоне плавления компаундера с использованием двух, синхронно вращающихся шнеков, производят нагрев полимера до температуры его плавления. Таким образом, нагревая полимер до температуры его плавления, возникает возможность придать макромолекулам, содержащимся в полимере, подвижность, что приводит к текучести полимера.[52] Next, in the melting zone of the compounder, using two synchronously rotating screws, the polymer is heated to its melting temperature. Thus, by heating the polymer to its melting temperature, it becomes possible to impart mobility to the macromolecules contained in the polymer, which leads to the fluidity of the polymer.

[53] После, транспортируют расплавленный термопластичный полимер в зону подачи концентрата одностенных углеродных нанотрубок и вводят концентрат одностенных углеродных нанотрубок методом сухого ввода в расплавленный термопластичный полимер линейного типа с использованием дозатора и бокового питателя. Метод сухого ввода концентрата одностенных углеродных нанотрубок в расплавленный полимер наряду с обеспечением электропроводных свойств и повышением прочностных характеристик полимера сохраняет такие его свойства, как пластичность, устойчивость к воздействию агрессивных сред. Питатель представляет собой устройство для равномерной подачи насыпных грузов, в качестве которых выступает концентрат одностенных углеродных нанотрубок, к транспортирующим и перерабатывающим машинам. Применение бокового питателя позволяет исключить проблему образования агломератов (неравномерных скоплений подаваемого материала). Применение дозатора обеспечивает точность дозирования и качество смешивания компонентов композиции, тем самым повышая стабильность работы компаундера, его производительность, равномерность распределения компонентов и качество полимерной композиции.[53] Afterwards, the molten thermoplastic polymer is transported to the single-walled carbon nanotube concentrate supply zone and the single-walled carbon nanotube concentrate is introduced by dry injection into the molten thermoplastic polymer of a linear type using a dispenser and a side feeder. The method of dry introduction of a concentrate of single-walled carbon nanotubes into a molten polymer, along with providing electrical conductive properties and increasing the strength characteristics of the polymer, preserves its properties such as plasticity and resistance to aggressive environments. The feeder is a device for uniform supply of bulk cargo, which is a concentrate of single-walled carbon nanotubes, to transporting and processing machines. The use of a side feeder eliminates the problem of the formation of agglomerates (uneven accumulations of supplied material). The use of a dispenser ensures the accuracy of dosing and the quality of mixing the components of the composition, thereby increasing the stability of the compounder, its productivity, the uniformity of distribution of the components and the quality of the polymer composition.

[54] Далее, полученная масса поступает в смесительную зону для равномерного распределения углеродных нанотрубок в расплавленном термопластичном полимере и выходит из цилиндра компаундера в виде нитей через фильеру. Смешивание расплавленного термопластичного полимера линейного типа и концентрата одностенных углеродных нанотрубок осуществляют при скорости вращения шнеков 150 - 250 об/мин, это позволяет равномерно распределить концентрат по всему объему расплавленного термопластичного полимера. Формирование нитей, состоящих из смеси термопластичного полимера линейного типа и концентрата одностенных углеродных нанотрубок, охлаждение их и формирование из нитей цилиндрических гранул позволяет изготовить полимерную композицию, готовую для дальнейшей ее реализации.[54] Next, the resulting mass enters the mixing zone to uniformly distribute carbon nanotubes in the molten thermoplastic polymer and exits the compounder cylinder in the form of threads through a spinneret. Mixing of the molten thermoplastic polymer of linear type and the concentrate of single-walled carbon nanotubes is carried out at a screw rotation speed of 150 - 250 rpm, this allows the concentrate to be evenly distributed throughout the entire volume of the molten thermoplastic polymer. Forming threads consisting of a mixture of a linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes, cooling them and forming cylindrical granules from the threads makes it possible to produce a polymer composition ready for its further implementation.

[55] Для ввода термопластичного полимера линейного типа и концентрата одностенных углеродных нанотрубок могут использовать дозатор гравиметрического типа (весовой дозатор), шнековый, объемный дозатор. Предпочтительнее использовать дозатор гравиметрического типа (так называемый весовой дозатор), поскольку его возможно использовать при дозировании твердых сыпучих материалов, он позволяет полностью автоматизировать (исключить влияние человеческого фактора на процесс изготовления композиции) процессы взвешивания и дозирования при подаче материала, при этом управление весами сводится к управлению прибора загрузки. Производительность используемого гравиметрического дозатора достигает 8 - 12 кг/ч, погрешность взвешивания отмеряемых компонентов при его использовании не более 1 %. Такими характеристиками может обладать гравиметрический дозатор фирмы SML производства Китай.[55] To introduce a linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes, a gravimetric type dispenser (weight dispenser), a screw dispenser, or a volumetric dispenser can be used. It is preferable to use a gravimetric type dispenser (the so-called weighing dispenser), since it can be used when dispensing solid bulk materials, it allows you to fully automate (eliminate the influence of the human factor on the composition manufacturing process) the processes of weighing and dispensing when feeding material, while controlling the scales is reduced to loading device control. The productivity of the gravimetric dispenser used reaches 8 - 12 kg/h, the error in weighing the measured components when using it is no more than 1%. A gravimetric dispenser from SML, manufactured in China, may have these characteristics.

[56] Нагрев термопластичного полимера линейного типа могут производить до температуры 110 - 120°С, до температуры плавления полимера в диапазоне температур 125 - 140°С или до температуры 150 - 170°С. Предпочтительнее производить нагрев термопластичного полимера до температуры его плавления в диапазоне температур 125 - 140°С. При нагреве полимера до температуры меньше 125°С не происходит расплава всех гранул полимера, при температуре выше 140°С происходит преждевременное плавление полимера и его налипание на металлические части компаундера. Предпочтительный температурный диапазон позволяет достичь равномерного распределения концентрата одностенных углеродных нанотрубок по всему объему расплавленного полимера.[56] A linear type thermoplastic polymer can be heated to a temperature of 110 - 120°C, to the melting point of the polymer in the temperature range of 125 - 140°C, or to a temperature of 150 - 170°C. It is preferable to heat the thermoplastic polymer to its melting point in the temperature range of 125 - 140°C. When the polymer is heated to a temperature below 125°C, all polymer granules do not melt; at temperatures above 140°C, the polymer prematurely melts and sticks to the metal parts of the compounder. The preferred temperature range allows for uniform distribution of the single-walled carbon nanotube concentrate throughout the entire volume of the molten polymer.

[57] Расплавленный термопластичный полимер линейного типа и концентрат одностенных углеродных нанотрубок могут смешивать при температуре 125 - 140°С, 180 - 220°С или 200 - 240°С. Предпочтительнее расплавленный термопластичный полимер линейного типа и концентрат одностенных углеродных нанотрубок смешивать при температуре 180 - 220°С. Температурный диапазон от 180°С до 220°С обусловлен особенностями работы применяемого оборудования и переработки термопластичного полимера: температура смешивания ниже 180°С приводит к сбоям в работе компаундера в зоне смешивания полимера и концентрата одностенных углеродных нанотрубок; температура смешивания выше 220°С приводит к термодеструкции полимера.[57] The molten linear thermoplastic polymer and the single-walled carbon nanotube concentrate can be mixed at a temperature of 125 - 140°C, 180 - 220°C, or 200 - 240°C. It is preferable to mix the molten linear thermoplastic polymer and the single-walled carbon nanotube concentrate at a temperature of 180 - 220°C. The temperature range from 180°C to 220°C is determined by the operating features of the equipment used and the processing of thermoplastic polymer: a mixing temperature below 180°C leads to malfunctions of the compounder in the mixing zone of the polymer and the concentrate of single-walled carbon nanotubes; mixing temperature above 220°C leads to thermal destruction of the polymer.

[58] Формирование нитей, состоящих из смеси термопластичного полимера линейного типа и концентрата одностенных углеродных нанотрубок, могут производить путем использования формообразующего отверстия в виде профиля различного сечения. Предпочтительнее использовать фильеру, которая представляет собой высокопрочную форму, содержащую круглые отверстия с размером до 3.8 мм. Фильеры применяют для разделения потока жидкого вещества на отдельные струи, формируя таким образом нити из полимерной композиции.[58] The formation of threads consisting of a mixture of a linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes can be produced by using a forming hole in the form of a profile of various sections. It is preferable to use a die, which is a high-strength mold containing round holes with a size of up to 3.8 mm. Spinnerets are used to separate the flow of a liquid substance into separate jets, thus forming threads from a polymer composition.

[59] Охлаждение нитей, состоящих из смеси термопластичного полимера линейного типа и концентрата одностенных углеродных нанотрубок, могут производить путем пропускания их через воду или путем обдува воздухом. Предпочтительнее охлаждение нитей до комнатной температуры производить путем пропускания их через воду, температура которой 15 - 18°С, поскольку это позволяет упростить и сократить время процесса охлаждения, которое позволяет зафиксировать форму нитей.[59] Cooling of the filaments, consisting of a mixture of a linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes, can be done by passing them through water or by blowing air. It is preferable to cool the threads to room temperature by passing them through water, the temperature of which is 15 - 18 ° C, since this simplifies and reduces the time of the cooling process, which allows the shape of the threads to be fixed.

[60] Формирование из охлажденных нитей цилиндрических гранул, состоящих из смеси термопластичного полимера линейного типа и концентрата одностенных углеродных нанотрубок, могут производить с помощью высокопрочного ножа, фрезы, которая представляет собой инструмент с одним или несколькими режущими лезвиями. Предпочтительнее использовать фрезу, которая представляет собой инструмент с одним или несколькими режущими лезвиями. Использование фрезы позволяет из нитей сформировать цилиндрические гранулы полимерной композиции для дальнейшего измельчения ее в порошок и формования методом ротационного литья из композиции емкостей (тар) с электропроводными свойствами.[60] The formation of cylindrical granules from cooled filaments, consisting of a mixture of linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes, can be done using a high-strength knife, a milling cutter, which is a tool with one or more cutting blades. It is preferable to use a milling cutter, which is a tool with one or more cutting blades. The use of a cutter makes it possible to form cylindrical granules of a polymer composition from threads for further grinding it into powder and molding it by rotational casting from a composition of containers (containers) with electrically conductive properties.

[61] Могут использовать такие методы переработки полимерных композиций для получения изделий, как: прессование, ориентационная вытяжка, формование на подложке, внутренней поверхности формы или внешней поверхности формы, ротационное литье. Предпочтительнее использовать ротационное литье для формования изделий, представляющих собой емкости, тары. Способ применения полимерной композиции с электропроводными свойствами может заключаться в получении полимерной композиции с электропроводными свойствами в виде цилиндрических гранул по описанному выше способу; измельчении цилиндрических гранул в порошок; формировании из порошка полимерной композиции методом ротационного литья изделий с электропроводными свойствами. Это позволяет изготавливать изделия различных размеров и форм, представляющих собой емкости или тары с электропроводными свойствами.[61] Such methods of processing polymer compositions to produce products can be used, such as: pressing, orientation drawing, molding on a substrate, the inner surface of the mold or the outer surface of the mold, rotational casting. It is preferable to use rotational casting for molding products that are containers. A method of using a polymer composition with electrically conductive properties may consist in obtaining a polymer composition with electrically conductive properties in the form of cylindrical granules according to the method described above; grinding cylindrical granules into powder; formation of polymer composition powder by rotational casting of products with electrically conductive properties. This makes it possible to produce products of various sizes and shapes, which are containers or containers with electrically conductive properties.

[62] Цилиндрические гранулы полимерной композиции могут измельчать в порошок путем использования шаровых или струйных мельниц, роторного пульверизатора, молотильной дробилки. Предпочтительнее использовать роторный пульверизатор PNMF-600 от компании Wanrooetech. Роторный пульверизатор позволяет измельчать среднетвердые ударопрочные полимерные композиции, при этом входной материал, необходимый для пульверизатора, должен быть с максимальным размером 10 мм.[62] Cylindrical granules of the polymer composition can be crushed into powder by using ball or jet mills, a rotary atomizer, or a threshing crusher. It is preferable to use the PNMF-600 rotary spray gun from Wanrooetech. The rotary atomizer allows the grinding of medium-hard, impact-resistant polymer compositions, while the input material required for the atomizer must be of a maximum size of 10 mm.

[63] Роторный пульверизатор может быть оснащен или не оснащен просевающим аппаратом, который может представлять собой вибрационное сито с набором фильтрующих решеток. Предпочтительнее использовать роторный пульверизатор, оснащенный просеивающим аппаратом, представляющий собой вибрационное сито с набором фильтрующих решеток с пропускной способностью 0.3 - 0.6 мм Это позволяет получить порошок с практически одним гранулометрическим составом, благодаря чему изготавливают изделия с меньшей разнотолщинностью стенок, исключая волны на внутренней стенке, включения не расплавленной массы и высокое удельное объемное сопротивление.[63] A rotary atomizer may or may not be equipped with a screening apparatus, which may be a vibrating sieve with a set of filter grids. It is preferable to use a rotary sprayer equipped with a sieving apparatus, which is a vibrating sieve with a set of filter gratings with a throughput of 0.3 - 0.6 mm. This makes it possible to obtain a powder with almost the same granulometric composition, due to which products are manufactured with less variation in wall thickness, excluding waves on the inner wall, inclusions not molten mass and high volumetric resistivity.

[64] Одним из предпочтительных методов формирования изделий с электропроводными свойствами из порошка полимерной композиции может быть метод ротационного литья, реализуемый следующим образом: смесь измельченных в порошок цилиндрических гранул могут поместить в полую металлическую форму; полую металлическую форму, содержащую измельченные цилиндрические гранулы, могут поместить в печь и совместно производить вращение по двум осям и распределение порошка измельченных цилиндрических гранул по форме в печи. Это позволяет получать изделия сложных форм и различных размеров.[64] One of the preferred methods for forming products with electrically conductive properties from a powder of a polymer composition may be the rotational casting method, implemented as follows: a mixture of powdered cylindrical granules can be placed in a hollow metal mold; the hollow metal mold containing the crushed cylindrical granules can be placed in the furnace and jointly rotate in two axes and distribute the powder of the crushed cylindrical granules into the mold in the furnace. This makes it possible to obtain products of complex shapes and various sizes.

[65] Совместное вращение по двум осям и распределение порошка измельченных цилиндрических гранул по форме в печи могут осуществлять при температуре 170 - 190°С, 200 - 250°С или 160 - 300°С. Предпочтительнее совместное вращение по двум осям и распределение порошка измельченных цилиндрических гранул по форме в печи осуществлять при температуре 200 - 250°С. Предпочтительный температурный диапазон 200 - 250°С позволяет придать форме температуру, позволяющую получить плавление и, соответственно, равномерное распределение порошка измельченных цилиндрических гранул по ней. Стоит отметить, что температура формы зависит и от времени нахождения ее в разогретой печи.[65] Joint rotation along two axes and distribution of powder of crushed cylindrical granules into shape in an oven can be carried out at a temperature of 170 - 190°C, 200 - 250°C or 160 - 300°C. It is preferable to carry out joint rotation along two axes and distribution of the powder of crushed cylindrical granules into shape in an oven at a temperature of 200 - 250°C. The preferred temperature range of 200 - 250°C allows you to give the mold a temperature that allows you to obtain melting and, accordingly, uniform distribution of the powder of crushed cylindrical granules over it. It is worth noting that the temperature of the mold also depends on the time it is in the heated oven.

[66] Совместное вращение по двум осям и распределение порошка измельченных цилиндрических гранул по форме в печи могут осуществлять в течение 10 - 20 минут, 18 - 23 минут или 20 - 40 минут. Предпочтительнее производить совместное вращение и распределение порошка измельченных цилиндрических гранул в течение 18 - 23 минут. Временной диапазон зависит от объема изготавливаемого изделия, который варьируется от 60 до 15000 литров. [66] The combined rotation along two axes and the distribution of the powder of crushed cylindrical granules into a mold in the oven can be carried out for 10 - 20 minutes, 18 - 23 minutes or 20 - 40 minutes. It is preferable to jointly rotate and distribute the powder of crushed cylindrical granules for 18 - 23 minutes. The time range depends on the volume of the product being manufactured, which varies from 60 to 15,000 liters.

[67] Ниже представлены конкретные примеры получения изделий из полимерной композиции, содержащей термопластичный полимер линейного типа и концентрат одностенных углеродных нанотрубок, которые иллюстрируют, но не ограничивают предлагаемое изобретение.[67] Below are specific examples of the production of products from a polymer composition containing a linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes, which illustrate, but do not limit, the present invention.

[68] Пример 1. Для изготовления изделия с электропроводными свойствами из полимерной композиции используют 99.97 мас.% термопластичного полимера и 0.03 мас.% концентрата одностенных углеродных нанотрубок. Сначала первичную гранулу термопластичного полимера с помощью гравиметрического дозатора подают в охлаждаемую загрузочную зону двухшнекового компаундера. С помощью двух, синхронно вращающихся шнеков, дозируемый термопластичный полимер транспортируют в зону плавления при температуре 125 - 140°С. Далее, расплавленный полимер транспортируют в зону подачи концентрата одностенных углеродных нанотрубок в виде мелкодисперсного порошка. После, полученная масса поступает в смесительную зону для равномерного распределения концентрата одностенных углеродных нанотрубок в термопластичном полимере и выходит из цилиндра компаундера в виде нитей через фильеру. Полученные нити, проходя через ванну с проточной водой, охлаждают и с помощью фрезы нарубают на цилиндрические гранулы размера 4 - 8 мм. Затем полученную гранулу цилиндрической формы измельчают в порошок в пластиковом роторном пульверизаторе PNMF-600 от компании Wanrooetech, при этом роторный пульверизатор PNMF-600 оснащают виброситом с набором съемных фильтрующих решеток с пропускной способностью 0.3 - 0.6 мм. После полученный фильтрованный порошок массы 9.3 кг с максимальным размером частиц не более 0.3 - 0.6 мм загружают в полую металлическую форму для ротационного литья и герметично закрывают. Загруженную форму крепят на карусель для двухосного вращения формы и помещают в печь, обогреваемую дизельными горелками до температуры 200 - 250°С, время выдержки в печи составляет 20 минут. Полученное изделие представляет собой емкость объемом 200 литров, при этом его удельное объемное электрическое сопротивление составляет 10⁶ Ом⋅см.[68] Example 1. To manufacture a product with electrically conductive properties from a polymer composition, 99.97 wt.% of a thermoplastic polymer and 0.03 wt.% of a concentrate of single-walled carbon nanotubes are used. First, the primary thermoplastic polymer granule is fed into the cooled feed zone of a twin-screw compounder using a gravimetric dispenser. Using two synchronously rotating screws, the dosed thermoplastic polymer is transported to the melting zone at a temperature of 125 - 140°C. Next, the molten polymer is transported to the supply zone of the concentrate of single-walled carbon nanotubes in the form of a fine powder. Afterwards, the resulting mass enters the mixing zone to uniformly distribute the concentrate of single-walled carbon nanotubes in the thermoplastic polymer and exits the compounder cylinder in the form of threads through a spinneret. The resulting threads, passing through a bath of running water, are cooled and, using a cutter, cut into cylindrical granules measuring 4 - 8 mm. Then the resulting cylindrical granule is ground into powder in a plastic rotary sprayer PNMF-600 from Wanrooetech, while the rotary sprayer PNMF-600 is equipped with a vibrating sieve with a set of removable filter grids with a throughput of 0.3 - 0.6 mm. Afterwards, the resulting filtered powder weighing 9.3 kg with a maximum particle size of no more than 0.3 - 0.6 mm is loaded into a hollow metal mold for rotational casting and hermetically sealed. The loaded mold is mounted on a carousel for biaxial rotation of the mold and placed in an oven heated by diesel burners to a temperature of 200 - 250°C; the holding time in the oven is 20 minutes. The resulting product is a container with a volume of 200 liters, while its specific volumetric electrical resistance is 10 ⁶ Ohm⋅cm.

[69] Пример 2. Последовательность действий в данном примере аналогична примеру 1, за исключением следующего: для изготовления изделия с электропроводными свойствами из полимерной композиции используют 99.99 мас.% термопластичного полимера и 0.01 мас.% концентрата одностенных углеродных нанотрубок. Полученный фильтрованный порошок массы 19.5 кг с размером частиц не более 0.3 - 0.6 мм загружают в полую металлическую форму для ротационного литья и герметично закрывают, время выдержки в печи составляет 18 минут. Полученное изделие представляет собой емкость объемом 500 литров, при этом его удельное объемное электрическое сопротивление составляет 10⁷ Ом⋅см.[69] Example 2. The sequence of actions in this example is similar to example 1, with the exception of the following: to manufacture a product with electrically conductive properties from a polymer composition, 99.99 wt.% of a thermoplastic polymer and 0.01 wt.% of a concentrate of single-walled carbon nanotubes are used. The resulting filtered powder weighing 19.5 kg with a particle size of no more than 0.3 - 0.6 mm is loaded into a hollow metal mold for rotational casting and hermetically sealed, the holding time in the oven is 18 minutes. The resulting product is a container with a volume of 500 liters, while its specific volumetric electrical resistance is 10 ⁷ Ohm⋅cm.

[70] Пример 3. Последовательность действий в данном примере аналогична примеру 1, за исключением следующего: для изготовления изделия с электропроводными свойствами из полимерной композиции используют 99.9 мас.% термопластичного полимера и 0.1 мас.% концентрата одностенных углеродных нанотрубок. Полученный фильтрованный порошок массы 5.2 кг с размером частиц не более 0.3 - 0.6 мм загружают в полую металлическую форму для ротационного литья и герметично закрывают, время выдержки в печи составляет 23 минуты. Полученное изделие представляет собой емкость объемом 60 литров, при этом его удельное объемное электрическое сопротивление составляет 10⁵ Ом⋅см.[70] Example 3. The sequence of actions in this example is similar to example 1, with the exception of the following: to manufacture a product with electrically conductive properties from a polymer composition, 99.9 wt.% of a thermoplastic polymer and 0.1 wt.% of a concentrate of single-walled carbon nanotubes are used. The resulting filtered powder weighing 5.2 kg with a particle size of no more than 0.3 - 0.6 mm is loaded into a hollow metal mold for rotational casting and hermetically sealed, the holding time in the oven is 23 minutes. The resulting product is a container with a volume of 60 liters, while its specific volumetric electrical resistance is 10 ⁵ Ohm⋅cm.

[71] Таким образом, разработанный состав полимерной композиции, способ ее изготовления и применения позволяет получать изделия различных объемов, при этом достигая таких целевых параметров, как: исключение волн на внутренней стенке изделия, достижение минимальной разнотолщинности и равномерно распределенного удельного объемного сопротивления в диапазоне 10¹⁰ - 10⁶ Ом⋅см по всей поверхности изделия, при сохранении его высокой прочности.[71] Thus, the developed composition of the polymer composition, the method of its manufacture and use makes it possible to obtain products of various volumes, while achieving such target parameters as: eliminating waves on the inner wall of the product, achieving a minimum thickness difference and a uniformly distributed volumetric resistivity in the range of 10 ¹⁰ - 10 ⁶ Ohm⋅cm over the entire surface of the product, while maintaining its high strength.

[72] В настоящих материалах заявки представлено предпочтительное раскрытие осуществления заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки запрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.[72] These application materials provide a preferred disclosure of the implementation of the claimed technical solution, which should not be used as limiting other, private embodiments of its implementation, which do not go beyond the scope of the requested legal protection and are obvious to specialists in the relevant field of technology.

Claims

1. A polymer composition for the production of a container with electrically conductive properties, containing a linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes, wherein the concentrate of single-walled carbon nanotubes is introduced into the molten thermoplastic linear-type polymer by the dry injection method by using a dispenser at the following component ratio, wt.%:

- thermoplastic polymer of linear type – 99.9–99.99;

- concentrate of single-walled carbon nanotubes – 0.01–0.1.

2. Polymer composition according to claim 1, characterized in that the concentrate of single-walled carbon nanotubes is used in the form of a fine powder.

3. Polymer composition according to claim 1, characterized in that polyethylene with a density of 0.93–0.94 g/cm ³ is used as a linear-type thermoplastic polymer.

4. Polymer composition according to claim 1, characterized in that the melting point of the linear-type thermoplastic polymer is 125–140 °C.

5. Polymer composition according to claim 1, characterized in that the amount of carbon nanotubes in the concentrate is 85–95%.

6. A method for producing a polymer composition for the production of a container with electrically conductive properties, containing a linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes, with the following component ratio, wt.%:

- thermoplastic polymer of linear type – 99.9–99.99;

- concentrate of single-walled carbon nanotubes – 0.01–0.1,

by which:

- a linear-type thermoplastic polymer is introduced using a dispenser;

- heat a linear-type thermoplastic polymer to its melting temperature;

- a concentrate of single-walled carbon nanotubes is introduced into the molten thermoplastic linear polymer by the dry injection method using a dispenser;

- mix the molten thermoplastic linear polymer and the concentrate of single-walled carbon nanotubes;

- form threads consisting of a mixture of linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes;

- cool threads consisting of a mixture of linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes;

- cylindrical granules are formed from the threads.

7. The method according to claim 6, characterized in that a gravimetric type dispenser is used to introduce the thermoplastic polymer and the concentrate of single-walled carbon nanotubes.

8. The method according to claim 6, characterized in that the linear-type thermoplastic polymer is heated to its melting temperature at a temperature of 125–140 °C.

9. The method according to claim 6, characterized in that a molten thermoplastic linear polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes are mixed at a temperature of 180–220 °C.

10. The method according to claim 6, characterized in that the formation of threads consisting of a mixture of a linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes is carried out by using a spinneret.

11. The method according to claim 6, characterized in that the cooling of the threads, consisting of a mixture of a linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes, is carried out by passing them through water, the temperature of which is 15–18 °C.

12. The method according to claim 6, characterized in that the formation of cylindrical granules from cooled filaments, consisting of a mixture of a linear-type thermoplastic polymer and a concentrate of single-walled carbon nanotubes, is carried out using a milling cutter.

13. A method of using a polymer composition for the production of a container with electrically conductive properties, containing the following steps:

- obtaining a polymer composition with electrically conductive properties according to claim 6 in the form of cylindrical granules,

- grinding cylindrical granules into powder;

- formation of a container with electrically conductive properties from a polymer composition powder using rotational casting.

14. Method of application according to claim 13, characterized in that the cylindrical granules are crushed into powder by using a rotary atomizer.

15. Method of application according to claim 14, characterized in that the rotary sprayer is equipped with a sieving apparatus.

16. Method of application according to claim 15, characterized in that the screening apparatus is a vibrating sieve with a set of removable filter grids.

17. Method of application according to claim 16, characterized in that the throughput of the removable filter grids reaches 0.3–0.6 mm.

18. The method of application according to claim 13, characterized in that the formation of a container with electrically conductive properties from a polymer composition powder by rotational casting is carried out as follows:

- a mixture of powdered cylindrical granules is placed in a hollow metal mold;

- a hollow metal mold containing crushed cylindrical granules is placed in an oven;

- jointly rotate along two axes and distribute the powder of crushed cylindrical granules according to the shape in the oven.

19. Method of application according to claim 18, characterized in that they jointly rotate along two axes and distribute the powder of crushed cylindrical granules into a mold in an oven at a temperature of 200–250 °C.

20. Method of application according to claim 19, characterized in that they jointly rotate along two axes and distribute the powder of crushed cylindrical granules into a mold in an oven for 18–23 minutes.