Патент на изобретение №2272050

(54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ГРАФИТОСОДЕРЖАЩЕЙ КОМПОЗИЦИИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к способам получения графитосодержащих материалов, предназначенных для изготовления конструкционных изделий для биологической защиты от нейтронного излучения. Способ приготовления композиции на основе графита и полиолефиновых материалов включает операции смешения и экструдирования. В композицию, помимо графита и гранулированного полипропилена, вводят касторовое масло в количестве 5-9 мас.%. Сочетание компонентов в определенных соотношениях позволяет получать изделия из графитосодержащего полипропилена без дефектов с однородной структурой, необходимой прочностью на разрыв и при минимальных трудовых затратах. 1 табл.

Изобретение относится к технике изготовления графитосодержащих материалов на основе графита и полиолефиновых полимеров, которые применяются для изготовления экологической защиты от нейтронных излучений.

Существуют различные способы приготовления композиции на основе пластических масс и порошковых наполнителей.

Выбор способа смешения определяется физическим состоянием полимера, наполнителей, необходимой формы смеси (Богданов В.В., Торнер Р.В. «Смешение полимеров» – Л.: Химия, 1979).

Смешение для сыпучих материалов-полимеров и порошкообразных наполнителей, как правило, состоит из предварительного смешения в смесителях с последующей пластикацией в экструдерах (Ким B.C., Скачков В.В. «Диспергирование и смешение в процессах производства и переработки пластических масс» – М.: «Химия», 1988, стр.32).

Известно, что полипропилен, особенно порошковый, весьма чувствительный к термоокислительной деструкции («Полипропилен», Л.: Химия, 1967), из-за чего изделия, изготовленные с использованием порошкового полипропилена и графита, имели на поверхности раковины и поры.

Известен способ изготовления графитосодержащей композиции на основе графита и полипропилена (Патент РФ №2103286, С 08 К 3/04, C 08 L 23/12), заключающийся в том, что графит в количестве 75-90 мас.% предварительно смешивают с порошковым полипропиленом, смесь прессуют в виде заготовки, которую затем переводят точением в стружку, дробят ее до порошкового состояния; в дробленую композицию добавляют гранулированный полипропилен с учетом порошкового полипропилена до получения необходимого содержания графита в конечной композиции, затем смешивают в смесителе с последующим экструдированием.

Данный способ позволяет получить равномерное распределение графита в композиции и предел прочности на разрыв не менее 280 кг/см².

Недостатком данного способа является его значительная трудоемкость, которая выражается в предварительном прессовании заготовки с последующим переводом в стружку и дроблением.

Известен другой способ изготовления графитосодержащей композиции (Патент РФ №2162095, C 08 L 23/12, С 08 К 3/04), заключающийся в том, что в композицию, состоящую из графита 9-11 масс.% и гранулированного полипропилена, добавляют сечку в количестве 30 – 50 мас.%. Приготовленную композицию смешивают и экструдируют. Сечку толщиной 0,2-0,3 мм получают механической обработкой детали из полипропилена.

Данный способ наиболее близок к предлагаемому изобретению и принят в качестве прототипа.

Недостатком этого способа является увеличение трудоемкости за счет использования операций мехобработки деталей и дробление стружки от мехобработки. Кроме того, не обеспечивается стабильность равномерности распределения графита в композиции. Вследствие этого на поверхности детали и в ее объеме появляются поры, раковины.

Неравномерность распределения графита в массе полипропилена связана с исключительно низким коэффициентом трения графита – 0,04-0,06 (Конструкционные материалы на основе графита. Сборник трудов. Л.: Металлургия, 1967).

Вследствие этого при начале движения смеси в полости экструдера графит скатывается с поверхности гранул полипропилена, что нарушает равномерность смешения, которая была достигнута в барабанном смесителе.

Задачей данного изобретения является разработка способа приготовления графитосодержащей композиции, которая позволила бы изготавливать из нее изделия с минимальными затратами без дефектов, при этом предел прочности на разрыв материала должен быть не менее 270 кгс/см².

Поставленная задача достигается тем, что в процессе приготовления графитосодержащей композиции, состоящей из графита и гранулированного полипропилена, включающим операции смешения и экструдирования, в композицию вводят касторовое масло на операции смешения при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Причем на операции смешения графит добавляют по истечении 15 минут после смешения гранулированного полипропилена с касторовым маслом. По истечении указанного времени на поверхности гранул полипропилена образуется равномерный слой касторового масла, обеспечивающий прилипание частиц графита и, как следствие, равномерное его распределение по объему композиции.

Касторовое масло относится к жирам растительного происхождения (Энциклопедия полимеров, т.2, М.: Советская энциклопедия, 1975, стр.139). Благодаря вяжущим свойствам кастового масла графит удерживается в массе полипропилена в процессе прохождения композиции через экструдер. Это обстоятельство способствует сохранению необходимого качества перемешивания и получению однородной структуры композиционного материала.

Ниже приводятся примеры, иллюстрирующие предлагаемое изобретение.

Примеры: 1-5. Композиция имеет состав, мас.%:

Гранулированный полипропилен по ГОСТ 26996-86 смешивают с касторовым маслом в барабанном смесителе в течение 15 минут, затем в смесь добавляют графит по ТУ 48-20-109-88 и продолжают смешение в течение 5-6 часов, затем композицию экструдируют при температуре 190-220°С непосредственно в пресс-форму, прессуют при удельном давлении 250-350 кг/см и охлаждают до комнатной температуры.

Результаты сведены в таблицу.

Анализ примеров 1-5 в сравнении с примерами 6-7 показывает, что предлагаемый способ позволяет получить однородную структуру материала. Стандартные образцы, вырезанные из отпрессованных деталей, имеют предел прочности на разрыв не менее 280 кг/см².

Содержание в составе графитосодержащей композиции касторового масла не менее 5 мас.% обеспечивает положительные результаты по состоянию поверхности прессованного материала и предела прочности на разрыв.

При содержании касторового масла более 9 масс.% происходит падение предела прочности на разрыв.

Предлагаемый способ позволяет получать изделия из графитосодержащего полипропилена без дефектов с однородной структурой, с необходимой прочностью на разрыв и при минимальных трудовых затратах.

Формула изобретения

Способ приготовления графитосодержащей композиции, состоящей из графита и гранулированного полипропилена, включающий операции смешения и экструдирования, отличающийся тем, что в композицию вводят касторовое масло при следующем соотношении компонентов, мас.%: