Способ изготовления металлополимерного материала

Изобретение относится к области органических высокомолекулярных соединений, их получения или химической обработки и композиций на основе этих соединений. Способ изготовления металлополимерного материала, включающий в себя этапы, на которых обеспечивают металлические частицы; обеспечивают раствор полимерной композиции, включающий в себя полиуретановый форполимер и отвердитель; покрывают металлические частицы раствором полимерной композиции; обеспечивают частичную полимеризацию полимерной композиции на металлических частицах; смешивают металлические частицы, покрытые недополимеризованной полимерной композицией, с раствором полимерной композиции; обеспечивают окончательную полимеризацию полимерной композиции. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении устойчивости к влиянию внешней среды. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области органических высокомолекулярных соединений; их получения или химической обработки; и композиций на основе этих соединений.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известно техническое решение, опубликованное в патенте РФ 2460747. В соответствии с известным решением способ изготовления металлополимерного материала содержит этапы, на которых

смешивают форполимер и аэросил (двуокись кремния);

при повышенной до 55-70°С температуре добавляют в смесь металлический порошок (металлические частицы); перемешивают смесь; понижают температуру до 40-50°С; добавляют в смесь отверждающее вещество; перемешивают смесь; выполняют дегазацию смеси; обеспечивают полимеризацию смеси.

Аэросил обеспечивает снижение скорости гравитационного оседания металлических частиц, увеличивает время схватывания смеси форполимера и отвердителя, кроме того двуокись кремния (аэросил) изолирует металлические частицы друг относительно друга, что снижает возможность образования электропроводящих мостиков. Известное решение показало хорошие эксплуатационные характеристики, при использовании для производства стыковых прокладок рельсовых цепей. Однако, были выявлены и недостатки.

По причине гигроскопичности двуокиси кремния при эксплуатации прокладок из известного материала в реальных климатических условиях с течением времени происходит поглощение материалом влаги и ее перераспределение с образованием ионных мостиков между частичками металла за счет увлажнения двуокиси кремния, чья поверхность может обладать щелочной реакцией (это обусловлено особенностями синтеза белой сажи и аэросила). Образование ионных мостиков со временем приводит к снижению диэлектрических свойств материала ниже допустимого предела.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача, стоявшая перед разработчиками настоящего изобретения, заключалась в разработке способа изготовления металлополимерного материала, который также обладает высокими диэлектрическими свойствами, при этом более устойчив к условиям окружающей среды.

Для решения указанной задачи был разработан способ производства металлополимерного материала, включающий в себя этапы, на которых

обеспечивают металлические частицы;

обеспечивают покрывающий раствор полимерной композиции;

покрывают металлические частицы раствором полимерной композиции;

обеспечивают частичную полимеризацию полимерной композиции на металлических частицах;

смешивают металлические частицы, покрытые недополимеризованной полимерной композицией, с раствором полимерной композиции;

обеспечивают окончательную полимеризацию полимерной композиции.

Технический результат, достигаемый раскрытым техническим решением, заключается в повышении устойчивости к влиянию внешней среды. Благодаря этому увеличивается срок полезного использования изделий из материала (например, стыковых прокладок рельсовых цепей или элементов искусственной постели отсадочной машины).

Далее в настоящем описании раскрытое техническое решение будет описано более детально со ссылкой на прилагаемые чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - принципиальная схема установки для покрытия металлических частиц.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения способ производства металлополимерного материала включает в себя этап, на котором обеспечивают металлические частицы. Металлические частицы могут включать в себя мелкодисперсный металлический порошок и/или металлическую стружку. В частности, металлические частицы могут включать в себя частицы железа.

Способ также содержит этап, на котором обеспечивают покрывающий раствор полимерной композиции. Покрывающий раствор полимерной композиции может включать в себя смесь полиуретанового форполимера и отвердителя. В качестве полиуретанового форполимера может быть использован СКУ-ПФЛ-100. В качестве отвердителя может быть использован диамет «X».

Способ также содержит этап, на котором металлические частицы покрывают раствором полимерной композиции. Для покрытия металлических частиц раствором полимерной композиции в одном из вариантов осуществления технического решения может быть использована дражировочная установка, принципиальная схема которой изображена на фиг. 1.

Позициями 1-14 на фиг. 1 обозначены:

1 - водоохлаждающая установка, 2 - конденсатор растворителя, 3 - система трубопроводов, 4 - привод дражировочного котла, 5 -местный отсос, 6 - дражировочный котел, 7 - блок приготовления покрывающего раствора, 8 - пульт управления, 9 - кожух дражировочного котла, 10 - покрываемые металлические частицы, 11 - распылитель, 12 - калорифер, 13 - вентилятор, 14 - сборник растворителя.

В указанном варианте осуществления этап, на котором обеспечивают металлические частицы, включает в себя загрузку подлежащих покрытию металлических частиц (например, металлического порошка) в дражировочный котел 6, который выполнен с возможностью вращения посредством привода 4. После этого систему изолируют.

В указанном варианте осуществления этап, на котором обеспечивают покрывающий раствор полимерной композиции, включает в себя подготовку покрывающего раствора полимерной (например, полиуретановой) композиции в блоке 7. Блок 7 может содержать два аппарата с мешалкой: источник (дозатор) форполимера и отвердителя.

В указанном варианте осуществления для выполнения этапа, на котором металлические частицы покрывают раствором полимерной композиции, систему трубопроводов 3 заполняют азотом, с помощью пульта управления 8 задают необходимые параметры проведения процесса покрытия. Температура осушающего газа может составлять 80-90°С, количество раствора определяется расчетным путем исходя из количества порошка и потери около 70% на стенки реактора, время распыления раствора определяется техническими параметрами распылителя и давления газа до полного расходования смеси. Далее с помощью вентилятора 13 азот подается в калорифер 12, где нагревается до температуры 80-90 град. С, за тем, входя в котел 6, омывает перемешиваемые металлические частицы 10, на которые с помощью распылителя 11 наносится покрывающий раствор полимерной композиции. Азот с парами растворителя поступает в конденсатор 2, где растворитель конденсируется и собирается в сборнике 14 растворителя. В отдельных вариантах осуществления к конденсатору 2 может быть подключена водоохлаждающая установка 1. Осушенный азот вновь поступает на вентилятор 13.

Этот циклический процесс может повторяться многократно до полного покрытия порошкообразного материала. По окончании покрытия производится разгерметизация кожуха дражировочного котла 9, для чего предварительно из системы с помощью вакуума удаляется азот с парами растворителя. Покрытие частиц может происходить в течение 15-60 минут. При этом частичная полимеризация может проводиться в течение 30-120 минут. За это время покрытие частиц должно приобретать достаточную прочность для дальнейших манипуляций, а также быть достаточно полимеризованным, чтобы покрытые частицы не слипались друг с другом. Далее котел открывается, и остаток парогазовой смеси удаляется из него местным отсосом 5. Металлические частицы, покрытые недополимеризованным полимером, выгружаются путем наклона котла 9.

Далее металлические частицы, покрытые недополимеризованным полимером, смешивают с раствором полимерной композиции. После этого в предпочтительных вариантах осуществления технического решения смесь заливается в формы для окончательной полимеризации.

Металлические частицы, покрытые недополимеризованным полимером, повышают вязкость смеси (за счет мелкодисперсностии металлических частиц), препятствуя гравитационному осаждению частиц и их сосредоточению в нижней части формы. При этом металлические частицы изолированы друг от друга недополимеризованным полимером их оболочки, что препятствует образованию конгломераций частиц и электропроводящих «мостиков» в материале. При этом способ не требует добавления в материал двуокиси кремния, а значит, что вода из внешней среды значительно меньше влияет на материал. Таким образом повышается устойчивость материала к влиянию внешней среды.

Новым в технологии изготовления металлополимерного материала является то, что процесс полимеризации покрытия частиц, когда происходит синтез полиуретана - в результате реакции ароматических диаминов с форполимерами образуются полимерные цепи, содержащие жесткие блоки, которые играют роль активных наполнителей полимерной матрицы и, одновременно, узлов полимерной сетки, не доводится до конца. До полной полимеризации покрытия производится смешивание покрытого недополимеризованным полиуретаном металлического порошка с компонентами полиуретана. При полимеризации последнего происходит завершение полимеризации изолирующего полимера и при этом происходит его идеальное встраивание в полиуретан основы.

Одним из основных показателей качества получаемого металлополимерного материала является равномерность распределения металлических частиц в объеме получаемого материала. Нежелательная концентрация металлических частиц обусловлена главным образом гравитационным оседанием частиц в течение процесса полимеризации. На скорость гравитационного оседания влияет вязкость смеси форполимер-отвердитель с распределенными в ней металлическими частицами. В решении, согласно прототипу, вязкость смеси повышалась за счет содержания в ней двуокиси кремния. Раскрытое техническое решение не предполагает наличия в материале двуокиси кремния. При этом вязкость смеси полимерного связующего с наполнителем из металлических частиц, покрытых недополимеризованным полимером, повышается под влиянием других эффектов.

Вязкость систем полимерное связующее-наполнитель сильно зависит от площади поверхности контакта этих двух фаз. У полимерных цепей, которые находятся около границы раздела твердый наполнитель - жидкое связующее, уменьшается подвижность, во-первых, за счет геометрического фактора (передвижению полимерной цепи препятствует твердый объект (металлическая частица)); во-вторых, за счет физико-химического взаимодействия полимерных цепей с поверхностью наполнителя (проявление адгезии).

Причем эффект обоих этих факторов прямо пропорционален площади контакта связующего и частиц наполнителя. Таким образом, при одинаковой объемной доле наполнителя, введение более мелких частиц с большей удельной поверхностью в полимерное связующее автоматически способствует повышению вязкости. Так, при уменьшении среднего размера частиц в 1,5 раза, удельная поверхность порошка увеличивается примерно в 2,2-5 раза. Покрытие порошка слоем недополимеризованного полимера резко увеличивает адгезионный эффект взаимодействия связующего (раствора полимерной композиции) и наполнителя (металлических частиц, покрытых недополимеризованным полимером), что обусловлено также большим сродством материала связующего к материалу покрытия наполнителя, по сравнению с системой полимерное связующее - металл.

Настоящее техническое решение было подробно описано со ссылкой на отдельные варианты его осуществления, однако очевидно, что оно может быть осуществлено в различных вариантах, не выходя за рамки заявленного объема правовой охраны, определяемого формулой изобретения.

1. Способ изготовления металлополимерного материала, включающий в себя этапы, на которых

обеспечивают металлические частицы;

обеспечивают раствор полимерной композиции, включающий в себя полиуретановый форполимер и отвердитель;

покрывают металлические частицы раствором полимерной композиции;

обеспечивают частичную полимеризацию полимерной композиции на металлических частицах;

смешивают металлические частицы, покрытые недополимеризованной полимерной композицией, с раствором полимерной композиции;

обеспечивают окончательную полимеризацию полимерной композиции.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что способ содержит этап, на котором перед обеспечением окончательной полимеризацией полимерной композиции

смесь металлических частиц, дражированных недополимеризованным полимером, с раствором полимерной композиции заливают в форму.