Полиэтиленовая композиция

Изобретение относится к полиэтиленовой композиции, предназначенной для получения трудногорючих конструкционных материалов общетехнического и инженерно-технического назначения. Композиция содержит полиэтилен высокой плотности и наполнитель с размерами частиц 0,145-0,315 мм и в количестве 30-50 мас.ч. на 100 мас.ч. полиэтилена. При этом наполнитель представляет собой смесь измельченного базальта и измельченной базальтовой ваты. Полученные композиции обладают повышенными выходом коксового остатка при 600°C, теплостойкостью по Вика, температурой начала деструкции, ударной вязкостью, прочностью при изгибе, а также высокой потерей массы при горении. 1 табл., 5 пр.

 

Изобретение относится к разработке композиционных полимеров на основе полиэтилена, удовлетворяющих требованиям конструкционных материалов общетехнического и инженерно-технического назначения.

Известна композиция на основе полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), наполненного хлорпарафином в качестве замедлителя горения и карбонатом кальция или древесной золой в качестве наполнителя [1]. Однако разработанные материалы обладают низкой ударной вязкостью и разрушающим напряжением при изгибе.

Известна также композиция на основе ПЭВП и полиакрилонитрильного (ПАН) волокна. Чтобы обеспечить лучшее распределение волокна в полимере, на гранулы полиэтилена наносили полиэтиленсилоксановую жидкость [2]. Недостатком указанной композиции является то, что необходимо дополнительно проводить модифицирование ПАН-волокна пирофаксом при 200°C в течение 10 мин, а затем осуществлять его резку.

Близкой по составу к предлагаемой полиэтиленовой композиции является композиция на основе полиэтилена высокой плотности, и полифосфата аммония следующего состава, масс.ч. [3]:

полиэтилен высокой плотности - 100

полифосфат аммония - 30.

Полимерный композиционный материал получен методом литья под давлением при температуре 190°C и давлении 100 МПа.

Недостатком этой полиэтиленовой композиции являются низкие выход коксового остатка при 600°C, теплостойкость по Вика, температура начала деструкции, ударная вязкость, прочность при изгибе, а также высокие потери массы при горении.

Задачей изобретения является повышение выхода коксового остатка при 600°C, теплостойкости по Вика, температуры начала деструкции, ударной вязкости, прочности при изгибе, а также снижение потерь массы при горении.

Поставленная задача достигается тем, что полиэтиленовая композиция, включающая полиэтилен высокой плотности в количестве 100 масс.ч. и наполнитель, в качестве наполнителя содержит смесь измельченного базальта и измельченной базальтовой ваты с размерами частиц 0,125-0,315 мм, при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:

полиэтилен высокой плотности - 100

смесь измельченного базальта и измельченной базальтовой ваты -30-50.

Новым в данном компаунде является использование в качестве наполнителя смеси измельченного базальта и измельченной базальтовой ваты с размерами частиц 0,125-0,315 мм. При введении измельченной базальтовой ваты в полиэтиленовую композицию наблюдается эффект микроармирования.

Полимерный композиционный материал получен методом литья под давлением при температуре 190°C и давлении 100 МПа.

Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами.

Пример 1. Для получения композиции готовят смесь при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:

полиэтилен высокой плотности - 100

наполнитель - измельченный базальт и измельченная базальтовая вата с размерами частиц 0,14 мм - 30.

Пример 2. Для получения композиции готовят смесь при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:

полиэтилен высокой плотности - 100

наполнитель с размерами частиц 0,14 мм - 40.

Пример 3. Для получения композиции готовят смесь при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:

полиэтилен высокой плотности - 100

наполнитель с размерами частиц 0,14 мм - 50.

Пример 4. Для получения композиции готовят смесь при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:

полиэтилен высокой плотности - 100

наполнитель с размерами частиц 0,125 мм - 40.

Пример 5. Для получения композиции готовят смесь при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:

полиэтилен высокой плотности - 100

наполнитель с размерами частиц 0,315 мм - 40.

Поставленная задача достигается тем, что полиэтилен высокой плотности наполняют измельченным базальтом и измельченной базальтовой ватой с размером частиц 0,125-0,315 мм. При введении менее 30 и более 50 масс.ч. наполнителя в полиэтиленовую композицию весь комплекс характеристик ухудшается. Определение свойств показало, что при введении от 30 до 50 масс.ч. наполнителя в ПЭВП повышаются все свойства по сравнению с прототипом, в то же время при введении 40 масс.ч. наполнителя отмечены наиболее высокие их значения. Так, выход коксового остатка при 600°C по сравнению с прототипом повышается на 275%, теплостойкость по Вика - на 184%, температура начала деструкции - на 185%, ударная вязкость - на 365%, прочность при изгибе - на 64%, а также снижаются потери массы при горении на 12%. По значению кислородного индекса разработанные композиции относятся к трудногорючим. При выборе эффективного размера частиц наполнителя изучены показатели композиций, содержащих частицы размером 0,125-0,315 мм. При введении наполнителя с частицами 0,125-0,315 мм практически все свойства превосходят свойства прототипа. Наиболее высокие показатели достигаются при использовании наполнителя с размером частиц 0,14 мм. Разработанные композиции могут применяться для изготовления деталей при производстве пассажирского транспорта, так как полиэтиленовая композиция, содержащая смесь измельченного базальта и измельченной базальтовой ваты, не поддерживает горения на воздухе, относится к трудногорючей. Также ведение природных материалов, к которым относятся базальтовая вата и базальт, не ухудшает экологических свойств полиэтиленовой композиции, т.к. данные наполнители безвредны для человека.

В таблице 1 представлены основные свойства предлагаемой полиэтиленовой композиции и прототипа.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение выхода коксового остатка при 600°C, теплостойкости по Вика, температуры начала деструкции, ударной вязкости, прочности при изгибе, а также снижение потерь массы при горении, что связано с введением в композицию наполнителя - смеси измельченного базальта и измельченной базальтовой ваты. По значению кислородного индекса разработанные композиции относятся к трудногорючим.

Таблица 1
Сравнительные характеристики ПКМ на основе ПЭ и смеси измельченного базальта и измельченной базальтовой ваты
Состав композиции, масс.ч., на 100 масс.ч. ПЭ	Размер частиц, мм	Температура начала дест-рукции, °C	Выход коксового остатка при 600°C, %	Теплостойкость по Вика, °C	Потери массы при горении, %	Прочность при изгибе, МПа	Ударная вязкость*, кДж/м2	Кислородный индекс, % об.
ПЭВП+30наполнителя	0,14	245	24	270	7,0	27	51	30
ПЭВП+40наполнителя	0,14	285	30	284	6,4	29	54	32
ПЭВП+40наполнителя	0,125	285	27	284	6,5	24	27	32
ПЭВП+40наполнителя	0,315	285	27	284	6,5	18	45	32
ПЭВП+50наполнителя	0,14	287	28	288	6,3	26	52	34
Прототип	-	100	8	100	7,2	17,6	11,6	30
* - образцы испытаны с надрезом, т.к. без надреза не ломаются

Источники информации

1. Термопластичные композиции пониженной горючести конструкционного назначения / М.В. Наумова, Н.В. Пономарева, И.В. Соколов, Л.Г. Панова // Пластические массы. - 1999. - №7. - С.39-40.

2. Полиэтилен пониженной горючести конструкционного назначения, содержащий химические волокна и дисперсные наполнители / М.В. Наумова, Л.Г. Панова, С.Е. Артеменко, Ю.А. Трегер // Химические волокна. - 1999. - №12. - С.46-49.

3. Структурообразование, деформационно-прочностные свойства и горючесть наполненного полиэтилена / Н.В. Пономарева, Л.Г. Панова, С.Е. Артеменко // Химические волокна. - 2001. - №4. - С.54-56.

Полиэтиленовая композиция для получения трудногорючих конструкционных материалов, включающая полиэтилен высокой плотности в количестве 100 мас.ч. и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя содержит смесь из частиц измельченного базальта размером 0,145-0,315 мм и частиц измельченной базальтовой ваты размером 0,145-0,315 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

полиэтилен высокой плотности	100
наполнитель - смесь из частиц измельченного базальта
размером 0,145-0,315 мм и частиц измельченной
базальтовой ваты размером 0,145-0,315 мм	30-50.