Композиция для получения амортизирующего материала на основе полиорганосилоксанов

 

Композиция для получения амортизирующего материала на основе полиорганосилоксана общей формулы НО{[(СН₃)₂SiO]_m}_eН, где n = 30 - 50, m = 1 - 10, l = 50 - 100, с вязкостью (21-60) · 10³ Па · с содержит, мас.ч.: полиорганосилоксан 100; борсодержащее вещество - кислота или эфир - 0,1-10,0; инертные наполнители 0,1 - 30,0; простой перфторполиэфир 0,1-5,0. Упрощается процесс получения полимерного заполнителя с одновременным улучшением его амортизационных характеристик. 1 табл.

Изобретение относится к композициям на основе полиорганосилоксанов, а именно - к композициям для получения амортизирующего материала, который может быть использован в качестве полимерного заполнителя в гидростатически демпфирующих и поглощающих ударную механическую энергию аппаратах.

Известны композиции, включающие силиконовые жидкости и минеральные наполнители (Пат. Польши N 71440, 1950: 260/37), однако эти композиции способны гасить вибрации лишь с очень низкой энергией, например при проигрывании граммофонных записей.

Известны также композиции на основе борметилсилоксанового полимера, перекиси бензоила и окиси цинка (Пат. США N 2541851, 1951: 160/37; Пат. США N 3177176, 1965; 260/37), однако у этих композиций сильно меняются вязкостные характеристики при изменении температуры, амортизирующие свойства низки, температура замерзания -40^oC, что в ряде случаев недостаточно.

Наиболее близкой к предлагаемой является композиция для получения амортизирующего материала, включающая алкиларилсилоксандиол, борсодержащее вещество, наполнители, алкиларилсилоксановое масло (Пат. США N 4339339; 1982, кл: 252/75, МКИ³, C 08 J 77/38). Недостатком этой композиции является ее относительно невысокая технологичность, выражающаяся в том, что процесс получения амортизирующего материала из композиции слишком длителен, многостадиен, энергоемок. Этот процесс включает следующие стадии: 1) Проведение конденсации полиорганосилоксандиолов в присутствии катализатора с образованием полиметилфенилсилоксанов (2 часа при 100^oC).

2) Фильтрация полимера от катализатора.

3) Конденсация полимера глицериновыми растворами борной кислоты (2 часа 100^oC).

4) Перемешивание полученного борсилоксана с наполнителями, пигментами, полиорганосилоксановой жидкостью (1-1,5 часа при 100^oC).

Кроме того, амортизирующие свойства материала, полученного на основе указанной композиции, хотя и выше, чем у материалов, полученных из ранее указанных композиций, однако недостаточны для использования в качестве полимерного заполнителя в поглощающих аппаратах с особенно высокой энергоемкостью. Это связано с тем, что энергоемкость поглощающих аппаратов определяется как эластической (сжимаемость), так и пластической (текучесть) составляющими деформации полимерного заполнителя. Получаемый в прототипе полимерный заполнитель на основе полиметилфенилсилоксана в силу своей силиконовой природы обладает хорошей сжимаемостью, однако из-за сильного межмолекулярного взаимодействия входящих в него фенильных заместителей ее величина не достигает достаточно высокого значения.

Кроме того, полиметилфенилборсилоксан не обладает достаточной текучестью, вследствие чего приходится пластифицировать его путем введения значительных количеств (до 100% по отношению к массе основного полимера) полиметилфенилсилоксановыми жидкостями, взаиморастворимыми с основным полиметилфенилборсилоксаном. Это приводит к дальнейшему снижению сжимаемости получаемого материала, а также к уменьшению в нем концентрации координационных связей Si-О-В, также ответственных за энергоемкость амортизирующего материала.

Как уже указывалось, конечный материал из известной композиции получают путем конденсации алкиларилсилоксандиола с глицериновыми растворами соединений бора с последующим введением в полученный олигомер наполнителей, пигментов и алкиларилсилоксанового масла. Такие композиции предназначены для получения материалов, используемых в качестве заполнителей различного вида амортизирующих аппаратов, поглощающих механическую энергию и работающих в температурном интервале от минус 50^oC до плюс 150^oC, при этом получаемые материалы обладают слишком высокой адгезией к металлическим поверхностям и недостаточно низкой температурой замерзания, что также является недостатком композиции, ограничивающем ее использование.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение технологичности композиции за счет упрощения процесса получения полимерного заполнителя, улучшения его амортизационных характеристик (повышение сжимаемости с одновременным повышением энергоемкости, улучшением текучести, снижением адгезии к металлическим поверхностям), понижения температуры замерзания.

Указанный технический результат достигается тем, что композиция для получения амортизирующего материала, содержащая полиорганосилоксан, борсодержащее вещество и наполнители, дополнительно содержит простой перфторполиэфир, в качестве полиорганосилоксана содержит полидиметилдиэтилсилоксан общей формулы HO-{[(CH₃)₂SiO]n[(C₂H₅)₂SiO]_m}_lH, где n = 30-50; m = 1-10, l = 50-100 с вязкостью (21 - 60)10³ Па·с, а в качестве борсодержащего вещества - борную кислоту или различные эфиры борной кислоты, в качестве наполнителей - инертные наполнители, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: Полидиметилдиэтилсилоксан - 100 Борсодержащее вещество - кислота или эфир - 0,1- 10,0 Инертные наполнители - 0,1 - 30,0
Простой перфторполиэфир CF₃O(C_nF_2nO)_x(CF₂O)_y-R_F, где R_F=CF₃ или C₂F₅; x/у = 3/7, n=2-3 - 0,1-5,0
Возможно использование и других простых перфторполиэфиров.

Кроме того, композиция может содержать различные функциональные добавки, например, пигменты, наполнители: окись цинка, двуокись титана, дисульфид молибдена, тальк, окислы железа и др.

Входящие в состав предлагаемой нами композиции полидиметилдиэтилсилоксаны (полидиметилдиэтилсилоксановые каучуки) имеют температуру стеклования от минус 112^oC до минус 85^oC, не кристаллизуются, что позволяет снизить рабочую температуру получаемого материала до минус 90^oC (вместо минус 60^oC по прототипу).

Процесс смешения вышеуказанных компонентов проводят на вальцах. Вначале загружают полидиметилдиэтилсилоксановый каучук, затем после 10-минутного перемешивания добавляют смесь наполнителя, пигмента и борной кислоты, после чего вводят перфторпроизводное. Процесс длится примерно 30 минут.

Пример 1. Берут 100 г полидиметилдиэтилсилоксанового каучука с вязкостью 21000 Па·с, перемешивают на вальцах с 0,1 г (CH₂O)₃BO₃, 0,2 г ZnO и 0,1 г Fe₂O₃, после чего вводят 0,1 г простого перфторполиэфира формулы I.

Пример 2. Берут 100 г полидиметилдиэтилсилоксанового каучука с вязкостью 30000 Па·с, перемешивают на вальцах с 1 г H₃BO₃, 0,2 г ZnO, 0,2 г MoS₂ и 0,1 г Fe₂O₃, после чего вводят 0,1 г простого перфторполиэфира формулы II.

Остальные композиции готовят в соответствии с примерами, приведенными в таблице.

Испытания амортизирующих упругих свойств образцов по показателю сжимаемости проводились на разрывной машине Р-20, при помощи которой в рабочем цилиндре создавалось давление до 5000 кг/см². Выполнялись подряд три цикла нагружения-разгружения материала в диапазоне избыточных давлений от 0 до 5000 кг/см², при этом регистрировалось перемещение штока экспериментального стенда.

Испытание адгезии проводили методом сдвига. Материал помещали между двумя пластинками из нержавеющей стали, выдерживали 5-10 минут и подвергали испытанию на разрывной машине.

В таблице приведены данные по сжимаемости и адгезии образцов материалов по предлагаемому изобретению в сравнении с прототипом.

Как видно из таблицы, процесс получения материала из заявляемой композиции занимает более чем в 10 раз меньше времени чем по прототипу и протекает при комнатной температуре (по прототипу - при 100-150^oC), сжимаемость образцов из заявляемой композиции составляет 19-21%, по прототипу 16-17%. Адгезия к стали заявляемой композиции составляет 0,69 - 0,73 кг/см² по прототипу 0,95 кг/см², температура замерзания материала из заявляемой композиции от минус 85 до минус 90^oC, по прототипу - минус 60^oC.

Таким образом, предложенная композиция является значительно более технологичной, чем известная, и позволяет получить материал, обладающий целым рядом преимуществ.

Указанный технический результат не является очевидным и заведомо обусловленным, авторам не известны решения, содержащие признаки, отличающие предложенное решение и обеспечивающие указанный результат. С учетом изложенного предложенное решение с полным основанием, по мнению авторов, может быть признано соответствующим критериям патентоспособности, в частности, критерию "изобретательский уровень".

Формула изобретения

Композиция для получения амортизирующего материала на основе полиорганосилоксана, борсодержащего вещества и наполнителей, отличающаяся тем, что она содержит дополнительно простой перфторполиэфир, в качестве полиорганосилоксана - полидиметилдиэтилсилоксан общей формулы
HO-{[(CH₃)₂SiO]_n[(C₂H₅)₂SiO]_m}_lH,
где n = 30 - 50;
m = 1 - 10;
l = 50 - 100,
с вязкостью (21 - 60) · 10³ Па·c, в качестве борсодержащего вещества - борную кислоту или различные эфиры борной кислоты, в качестве наполнителей - инертные наполнители при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Полидиметилдиэтилсилоксан - 100
Борсодержащее вещество - кислота или эфир - 0,1 - 10,0
Инертные наполнители - 0,1 - 30,0
Простой перфторполиэфир - 0,1 - 5,0

РИСУНКИ

Рисунок 1