Патент на изобретение №2356919
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к полимерным композициям, применяемым в качестве конструкционного материала в различных отраслях, преимущественно для изготовления предохранительных деталей резьбовых частей труб. Полимерная композиция включает полиэтилен низкого давления, волокнистый наполнитель и силикатную смазку, линейный полиэтилен высокого давления и скользящую добавку на полимерной основе Booster PO. В качестве волокнистого наполнителя и силикатной смазки используют коротковолокнистый хризотил-асбест с длиной волокон 0,1 и 1,35 мм, взятых в соотношении 1:6. Скользящая добавка на полимерной основе Booster PO состоит из олефиновых эластомеров, сополимера этилена и вторичного винилового сополимера, полиэтилена. Изделия, выполненные из заявляемой полимерной композиции, обладают повышенными физико-механическими характеристиками и эксплуатационными свойствами при низких и высоких температурах. 4 табл.
Изобретение относится к композиционным материалам, а именно к полимерным композициям, применяемым в качестве конструкционного материала в различных отраслях, преимущественно для изготовления предохранительных деталей резьбовых частей труб. Из уровня техники известна полимерная литьевая композиция, содержащая модифицирующую добавку, в качестве которой используют смесь низкомолекулярного кремнийорганического соединения трис-триметилсилоксифенилсилана и полиэтилена низкой плотности, и волокнистого наполнителя, в качестве которого используют механическую смесь волокон длиной 5-7 мм на основе ароматического полиамида и стеклянного или базальтового волокна в соотношении 3:2 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
(см. патент РФ При технологической переработке и эксплуатации композиционных материалов на основе пластика, содержащего известные модифицирующую добавку и волокнистый наполнитель, неизбежно возникают внутренние напряжения, снижающие прочностные характеристики материала, а именно твердость. Кроме того, за счет большого количества в композиции неоднородностей, возникающих как за счет разной природы вводимых в наполнитель компонентов, так и за счет образования уплотнений и рыхлых участков в структуре композита, снижается твердость и морозостойкость материала. Наиболее близкой по своему составу к заявляемому является антифрикционная полимерная композиция, включающая смесь алифатического полиамида, содержащего волокнистый углеродный наполнитель, с полиэтиленом низкого давления, анаэробный герметик Анатерм-Iу на основе олигокарбонатакрилатов и твердую силикатную смазку, в качестве которой используют, например, тальк, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
(см. патент РФ Композиция обладает достаточно высокими прочностными показателями и используется в качестве конструкционного и антифрикционного материала. Однако при использовании полимерной композиции высокие прочностные характеристики композиции реализуются неполностью, в частности, волокнистый углеродный наполнитель, присутствующий в композиции, вызывает повышенную хрупкость полимерного материала и, тем самым, снижает его твердость и прочность. Твердая смазка, в качестве которой используют силикатный компонент, например, тальк, в количестве 2,0-4,0 мас.% не обеспечивает необходимое заполнение остаточной пористости, что не позволяет образовать прочные связи между компонентами полимерной композиции. Кроме того, известная полимерная композиция имеет низкую ударную вязкость, что предполагает ограниченное применение композиции в изделиях, работающих при ударных нагрузках или требующих механической обработки, в частности, нарезки резьбы на специализированном оборудовании. Техническим результатом заявляемого изобретения является улучшение физико-механических свойств полимерной композиции за счет повышения ее прочности, твердости, ударной вязкости и морозостойкости. Указанный технический результат достигается тем, что известная полимерная композиция, включающая полиэтилен низкого давления, волокнистый наполнитель и силикатную смазку, согласно изобретению дополнительно содержит линейный полиэтилен высокого давления и скользящую добавку на полимерной основе Booster РО, а в качестве волокнистого наполнителя и силикатной смазки используют коротковолокнистый хризотил-асбест с длиной волокон 0,1 и 1,35 мм, взятых в соотношении 1:6, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Исходными компонентами заявляемой полимерной композиции являются гранулы полиэтилена высокой плотности низкого давления по ГОСТ 16338-85, коротковолокнистого хризотил-асбеста по ТУ 5721-014-00281476-2007, линейного полиэтилена высокого давления по ТУ 2243-16300203335-2005 и скользящей добавки на полимерной основе Booster PO по Санитарно-эпидемиологическому заключению Заявляемая полимерная композиция, содержащая полиэтилен высокой плотности низкого давления и линейный полиэтилен высокого давления, взятые в указанных соотношениях, обеспечивает изготовленным из нее изделиям повышенные прочностные характеристики и устойчивость к низким и высоким температурам, доходящим до ±60°С, что обеспечивается за счет многочисленных длинных боковых ответвлений молекулярных цепей линейного полиэтилена, усиливающих взаимосвязи между всеми компонентами композиции и создающих более прочное соединение. В результате полученный материал обладает рядом преимуществ, а именно повышенными физико-механическими характеристиками и эксплуатационными свойствами при низких и высоких температурах. Введение линейного полиэтилена в заявляемую полимерную композицию способствует повышению ударной вязкости и улучшает технологическую переработку материала, не требующую узкоспециализированного оборудования. Введение в полимерную композицию линейного полиэтилена в количестве 5-20 мас.% является оптимальным, так как в этом диапазоне обеспечиваются наилучшие прочностные показатели, увеличение его содержания повышает возможность появления трещин, а уменьшение его содержания снижает прочность, ударную вязкость и морозостойкость изготовленных из полимерной композиции изделий. Благодаря введению в заявляемую полимерную композицию в качестве волокнистого наполнителя и силикатной смазки коротковолокнистого хризотил-асбеста с длиной волокон 0,1 мм и 1,35 мм, взятых в соотношении 1:6, и скользящей добавки на полимерной основе Booster PO, состав приобретает стабильную, защищенную от деструкции, равномерно диспергированную структуру, что также повышает твердость, ударную вязкость и морозостойкость материала. При этом скользящая добавка на полимерной основе Booster PO состоит из олефиновых эластомеров, сополимера этилена и вторичного винилового сополимера, полиэтилена при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Коротковолокнистый хризотил-асбест с длиной волокон 0,1 мм и 1,35 мм, взятых в соотношении 1:6, заполняет остаточную пористость, образуя прочные связи с полиэтиленом низкого давления и линейным полиэтиленом, что повышает прочность, твердость, ударную вязкость и морозостойкость заявляемой полимерной композиции, а также обеспечивает сопротивление сдвигу и упругим деформациям. Помимо этого хризотил-асбест предотвращает образование в заявляемой полимерной композиции уплотнений и/или рыхлых участков, что также повышает прочностные свойства материала. Заявляемая длина волокон хризотил-асбеста и их соотношение являются оптимальными, так как обеспечивают повышение ударной вязкости за счет равномерного переплетения волокон, предотвращающего разрушение материала. При использовании хризотил-асбеста с длиной волокон более 1,35 мм или менее 0,1 мм при соотношении, выходящем за защищаемые пределы, снижаются прочностные характеристики материала, так как в первом случае в процессе приготовления полимерной композиции при механическом перемешивании компонентов волокна хризотил-асбеста ломаются, что исключает его равномерное распределение по всему объему полимерной композиции, а во втором случае при использовании хризотил-асбеста с длиной волокон менее 0,1 мм не обеспечивается необходимое заполнение остаточной пористости, что исключает образование устойчивой взаимосвязи с компонентами полимерной композиции. В Таблице 1 приведены показатели физико-механических свойств заявляемой полимерной композиции в зависимости от длины волокон коротковолокнистого хризотил-асбеста.
Из Таблицы 1 следует, что при введении в состав заявляемой полимерной композиции коротковолокнистого наполнителя с длиной волокон менее 0,1 мм, ухудшаются физико-механические свойства полимерной композиции, а при длине волокон коротковолокнистого наполнителя более 1,35 мм резко ухудшается технологическая переработка материала, о чем свидетельствует показатель текучести расплава. Наилучшими показателями обладает полимерная композиция, в которой использован коротковолокнистый наполнитель хризотил-асбест с длиной волокон 0,1 мм и 1,35 мм, взятых в соотношении 1:6. Заявленное соотношение, равное 1:6, для длин волокон коротковолокнистого наполнителя 0,1 мм и 1,35 мм, позволяет минимизировать образование анизотропной среды и является оптимальным для данного состава, так как использование волокон длиной 1,35 мм защищает состав от деструкции, придавая ему улучшенные прочностные свойства, а использование волокон длиной 0,1 мм (так называемая «пыль»), способствует образованию равномерной диспергированной среды, обеспечивает максимальное наполнение состава, предотвращает образование уплотнений и/или рыхлых участков, что также повышает прочностные свойства материала (см. Наполнители, http:/www.xumuk.ru/encyklopedia/2/2750.html). Зависимость физико-механических свойств полимерной композиции от различного соотношения длин волокон 0,1 мм и 1,35 мм коротковолокнистого хризотил-асбеста приведены в Таблице 2.
Как следует из Таблицы 2, при соотношении длин волокон 0,1 мм и 1,35 мм коротковолокнистого хризотил-асбеста, меньшем, чем заявленное, а именно, 1:1, ухудшаются физико-механические свойства полимерной композиции, а при соотношении длин волокон 0,1 мм и 1,35 мм коротковолокнистого хризотил-асбеста, большем, чем заявленное, а именно, 1:10, ухудшается технологическая переработка материала, о чем свидетельствует показатель текучести расплава. Введение в полимерную композицию коротковолокнистого хризотил-асбеста в количестве 15-30 мас.% является оптимальным, так как в этом диапазоне обеспечиваются наилучшие прочностные показатели, в том числе, повышенная ударная вязкость, которая является одним из главных физико-механических показателей для конструкционных материалов. Увеличение содержания хризотил-асбеста в заявляемом составе приводит к повышению хрупкости изделий даже при незначительных пластических деформациях, а уменьшение его содержания снижает твердость и, следовательно, прочность, и морозостойкость изготовленных из полимерной композиции изделий. Скользящая добавка на полимерной основе Booster PO, вводимая в заявляемую полимерную композицию, обеспечивает равномерное распределение компонентов в композиции, приводя к увеличению поверхности контакта и усилению связывающих свойств между ними. Скользящая добавка, обволакивая гранулы компонентов, входящих в заявляемый состав, равномерно распределяется во всем объеме композиции, что позволяет получить состав, свободный от внутренних напряжений. Изделия, выполненные из заявляемой полимерной композиции, благодаря свойству скользящей добавки Booster PO равномерно распределяться в объеме, более эластичны, что также предопределяет повышение прочностных характеристик за счет сохранения структуры материала без разрушения при значительных упругих деформациях. Скользящая добавка Booster PO, введенная в полимерную композицию в количестве 3-8 масс.%, сохраняет и поддерживает состав в стабильном состоянии не только при технологической переработке, но и в процессе эксплуатации, предотвращая старение и разрушение полимеров. При введении скользящей добавки Booster PO в количестве более 8 мас.% равномерность ее распределения в объеме композиции нарушается, а при введении добавки в количестве менее 3 мас.% исчезает эффект стабилизации состава. Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения такому условию патентоспособности как «новизна». Заявляемые существенные признаки, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения такому условию патентоспособности как «изобретательский уровень». Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного применения состава полимерной композиции. В лабораторных условиях осуществлялось изготовление опытных образцов изделий из заявляемой полимерной композиции путем механического перемешивания гранул исходных компонентов в заданном соотношении, засыпки полученных смесей в бункер литьевой машины и последующей переработке в плавильном бункере при температуре 220°С. Для изготовления опытных образцов применялись составы полимерных композиций, содержание компонентов которых находится в защищаемых пределах. Составы полимерных композиций приведены в Таблице 3.
Полученные опытные образцы подвергались механическим испытаниям на прочность, твердость и ударную вязкость в соответствии с ГОСТ 16338-85 и морозостойкость (испытаниям на срыв с помощью испытательной машины «ИНСТРОН-1196» при температуре ±60°С) в соответствии с международным стандартом API 5 СТ/ISO 11960 (8 редакция), в частности, СТО 73639141-001-2006, п.2.9. Результаты механических испытаний опытных образцов и испытаний на морозостойкость представлены в Таблице 4.
Из Таблицы 4 следует, что полимерная композиция, компоненты которой лежат в защищаемых пределах, обладает повышенными прочностными показателями, а именно показателем текучести расплава и пределом текучести при растяжении, а также повышенной твердостью, модулем упругости и ударной вязкостью по сравнению с аналогичными показателями, соответствующими действующему ГОСТ 16338-85. Полимерная композиция, содержащая линейный полиэтилен высокого давления, коротковолокнистый хризотил-асбест с длиной волокон 0,1 мм и 1,35 мм, взятые в соотношении 1:6, скользящую добавку на полимерной основе Booster PO и полиэтилен низкого давления в заявляемых соотношениях способствует улучшению физико-механических свойств композиционного материала, а именно повышает его прочность, ударную вязкость и морозоустойчивость, и позволяет использовать ее в виде конструкционного материала для изготовления предохранительных деталей резьбовых частей обсадных и насосно-компрессорных труб.
Формула изобретения
Полимерная композиция, включающая полиэтилен низкого давления, волокнистый наполнитель и силикатную смазку, отличающаяся тем, что полимерная композиция дополнительно содержит линейный полиэтилен высокого давления и скользящую добавку на полимерной основе Booster РО, а в качестве волокнистого наполнителя и силикатной смазки используют коротковолокнистый хризотил-асбест с длиной волокон 0,1 и 1,35 мм, взятых в соотношении 1:6, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
669