Базальтонаполненная полиамидная композиция

Изобретение относится к области наполненных полимерных композиций на основе полиамидов и может быть использовано для изготовления литьем под давлением различных деталей конструкционного, электротехнического и общего назначения, обладающих высокой теплостойкостью и повышенными механическими свойствами. Композиция содержит полиамид и наполнитель - измельченные отходы базальтовой ваты. В качестве полиамида она содержит полиамид ПА 6 в количестве 100 мас.ч., а в качестве наполнителя - измельченные отходы базальтовой ваты с размером частиц 40-63 мкм в количестве 15 мас.ч. Использование изобретения обеспечивает возрастание разрушающего напряжения композиции при изгибе на 42%, разрушающего напряжения при разрыве - на 33%, ударной вязкости - на 66% и модуля упругости - в 3,3 раза. Использование отходов базальтовой ваты в качестве наполнителя позволяет исключить ее утилизацию, что важно как с экономической, так и с экологической точек зрения. 1 табл., 5 пр.

 

Изобретение относится к области наполненных полимерных композиций на основе полиамидов, предназначенных для изготовления литьем под давлением различных деталей конструкционного и общего назначения, обладающих повышенными механическими свойствами.

Известна минералонаполненная полиамидная композиция, которая содержит, мас.ч., алифатический полиамид (100), силикатный наполнитель (10-65), фторорганическая модифицирующая добавка, выбранная из групп: H(CF₂CF₂)_nCH₂OH, где n=5-8; (H(CF₂CF₂)_nCH₂-O-C(O))_pR, где n=1-5, р=1, 2, R=алкил, алкилен, арил, арилен, замещенный арилен, или их смеси (0,1-1,0). Изобретение позволяет получать наполненные силикатными наполнителями композиции алифатических полиамидов с улучшенным комплексом физико-механических свойств (ударная вязкость и деформационная теплостойкость), при этом величина ударной вязкости по Шарпи увеличивается в 1,3-1,4 раза, а деформационная теплостойкость на 8-10°С. [Патент RU 2082732, МПК C08L 177/00 С08К 003/34, опубл. 27.06.1997].

Недостатком этой полиамидной композиции является то, что введение наполнителя и модификатора не приводит к увеличению таких физико-механических характеристик, как разрушающее напряжение при растяжении и изгибе.

Известна минералонаполненная полиамидная композиция, которая в качестве наполнителя содержит микротальк, в состав которого входят SiO₂ (35-50%), MgO (28-35%), Al₂O₃ (18-26%) в количестве 25 мас.ч. на 100 мас.ч. полиамида. Данная композиция характеризуется стабильностью размеров литьевых изделий, повышенной деформационной теплостойкостью, низким короблением и усадкой /ТУ РБ 500048054.024-2002/.

Недостатком композиции являются невысокие физико-механические характеристики - разрушающее напряжение при растяжении и изгибе, ударная вязкость.

Известна минералонаполненная полиамидная композиция, которая в качестве наполнителя содержит микрокаолин, в состав которого входят SiO₂ (47-78%), MgO (0,2-0,9%), Al₂O₃ (14-36%) в количестве 25 мас.ч. на 100 мас.ч. полиамида. Изделия из этих композиций характеризуются изотропностью механических свойств по всем направлениям, повышенной деформационной теплостойкостью, стабильностью размеров литьевых изделий, низким короблением и усадкой, декоративным внешним видом /ТУ РБ 500048054.024-2002/.

Недостатком этой композиции являются невысокие физико-механические характеристики.

Наиболее близким решением к заявляемой композиции по технической сущности (взятой нами за прототип) является базальтонаполненная полиамидная композиция на основе вторичного полиамида, содержащая в своем составе в качестве наполнителя измельченный до размеров частиц 200-600 мкм отход базальтовой ваты, в состав которой входят SiO₂ (44-55%), Fe+Fe₂O₃ (10-18%), MgO (4-12%), Al₂O₃ (10-19%) в количестве 15 мас.ч. на 100 мас.ч. вторичного полиамида. Недостатком этой композиции являются невысокие физико-механические характеристики: разрушающее напряжение при разрыве - 56,4 МПа, разрушающее напряжение при изгибе - 133,9 МПа, ударная вязкость - 5,5 кДж/м² / Базальтонаполненный композиционный материал на основе вторичного полиамида / Павлов В.В., Арзамасцев С.В., Артеменко С.Е., Голяхова А.А. // Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология: доклады Международной конференции "Композит-2010". - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. - С.455-457. - ISBN 978-5-7433-2275-6/.

Задачей заявляемого изобретения является разработка новой полимерной композиции на основе полиамида, позволяющей повысить ее прочностные характеристики, улучшить комплекс физико-механических свойств конечных изделий.

Технический результат достигается тем, что в базальтонаполненной полиамидной композиции, включающей полиамид и наполнитель - измельченные отходы базальтовой ваты, в качестве полиамида содержится полиамид ПА 6, а в качестве наполнителя измельченные отходы базальтовой ваты с размером частиц 40-63 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Полиамид ПА 6	100
Указанный отход
базальтовой ваты	15

Использование в базальтонаполненной полиамидной композиции измельченных отходов базальтовой ваты с размером частиц 40-63 мкм обеспечивает технический эффект, заключающийся в существенном повышении таких свойств, как разрушающее напряжение при растяжении, разрушающее напряжение при изгибе, ударная прочность, модуль упругости.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание базальтонаполненной полиамидной композиции, которая характеризуется повышенными разрушающим напряжением при растяжении, разрушающим напряжением при изгибе, ударной вязкостью, модулем упругости.

Изобретение реализуется следующим образом: гранулят первичного полиамида ПА 6 смешивают с измельченными в шаровой мельнице и затем просеянными через сито отходами базальтовой ваты, после чего из приготовленной таким образом смеси на литьевой машине изготавливают стандартные образцы по ГОСТ 12019-66 и определяют разрушающее напряжение при растяжении и относительное удлинение при разрыве по ГОСТ 11262-80, разрушающее напряжение при изгибе по ГОСТ 4648-71, ударную вязкость по ГОСТ 4647-80, модуль упругости по ГОСТ 9550-81.

Примеры наполненной измельченными отходами базальтовой ваты полиамидной композиции и результаты ее испытаний приведены в таблице 1.

Состав и свойства композиций
Наименование компонентов и показателей	Прототип	1	2	3	4	5
Вторичный полиамид ПА 6 (ТУ 6-13-3-88)	100
ПА 6		100	100	100	100	100
Измельченный отход базальтовой ваты с размерами частиц 200-600 мкм	15
Измельченный отход базальтовой ваты с размерами частиц 40-135 мкм			15
Измельченный отход базальтовой ваты с размерами частиц 63-90 мкм				15
Измельченный отход базальтовой ваты с размерами частиц 50-63 мкм					15
Измельченный отход базальтовой ваты с размерами частиц 40-50 мкм						15
Разрушающее напряжение при изгибе, МПа	80,5	96,2	103,0	105,0	107,1	108,2
Разрушающее напряжение при разрыве, МПа	56,4	39,5	74,9	75,0	75,0	76,7
Удлинение при разрыве, %	2,6	27,1	4,6	5,2	4,7	4,7
Ударная вязкость, кДж/м2	24,0	16,8	23,4	20,6	40,0	32,0
Модуль упругости. МПа	976	2396	3012	3132	3235	3221

Из приведенных в табл.1 данных следует, что разрушающее напряжение при изгибе возрастает на 42% по сравнению с прототипом, разрушающее напряжение при разрыве - на 33%, ударная вязкость - на 66%, модуль упругости - в 3,3 раза. Существенное повышение прочностных характеристик происходит при использовании в качестве наполнителя измельченной базальтовой ваты с размерами частиц 40-63 мкм. Дальнейшее снижение размеров частиц ниже 40 мкм существенно увеличивает время и энергозатраты на измельчение, что экономически нецелесообразно.

Следует отметить, что базальтовая вата является отходом производства, и использование в качестве наполнителя позволяет исключить ее утилизацию, что важно как с экономической, так и с экологической точек зрения.

Базальтонаполненная полиамидная композиция, включающая полиамид и наполнитель - измельченные отходы базальтовой ваты, отличающаяся тем, что в качестве полиамида содержит полиамид ПА 6, а в качестве наполнителя измельченные отходы базальтовой ваты с размером частиц 40-63 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Полиамид ПА 6	100
Указанный отход
базальтовой ваты	15