Полімерна композиція

Пропонований винахід відноситься до хімії полімерів, зокрема до полімерних композицій, тепло-, ударостійких, високоміцних, з підвищеними деформаційними характеристиками. Полімерна композиція призначається для використання в якості покриттів у виробах конструкційного призначення, які експлуатуються під впливом підвищених (до 300°С) температур, ударних та вібраційних навантажень. Об'єкт, який заявляється, представляє собою сітчастий теплостійкий полімер на основі поліарилату і епоксидної смоли. Поліарилати відносяться до класу теплостійких полімерів, які здатні експлуатува тися при підвищених (до 300°С) температурах, вони характеризуються високими міцностними і діелектричними показниками. Недоліком їх є підвищена крихкість, погана технологічна переробність у вироби. Крім того, вплив підвищених (>160°С) температур призводить, поряд з деяким підвищенням температури склування (на 10 - 15%) і міцності при розтягуванні (на 20 - 25%), до досить відчутного зниження деформації при розриві і ударної в'язкості (в 1,5 - 2,0 рази) [1]. Одним із методів усування цих недоліків є фізична модифікація поліарилатів [2], а саме, пластифікація і введення наповнювачів. Але використання низькомолекулярних пластифікаторів (совол, тіокол) призводить вже при малому вмісті (до 5%) останніх до значного зниження температури розм'ягчення композиції. Високомолекулярні пластифікатори (наприклад, поліефір себацинової кислоти і фенолфталеїну) в області малих (до 10%) концентрацій не змінюють теплостійкості і міцності композиції, але збільшення концентрації призводить до падіння температури розм'ягчення та еластичності. Введення наповнювачів до складу поліарилатів практично не знижує теплостійкість, але ударна міцність зразків полімеру значно знижується із збільшенням вмісту наповнювачів. Відомі та широко описані [3] способи отримання теплостійких полімерів сітчастої будови. Одним з них є використання поліарилату в якості хімічно активного теплостійкого полімеру в суміші з епоксидним олігомером. Ствердження у цьому випадку відбувається за рахунок реакції епоксидних циклів із складноефірною групою поліарилату. Причому реакція відбувається і при отвердженні композицій, які містять традиційні отверджувачі в сполученні з теплостійким полімером. Описані системи [4, 5], у яких в якості епоксидних олігомерів використовували епоксидні смоли (ЕД-16, УП612), в якості складного поліефіру для отвердження епоксидних олігомерів - поліефір терефталевої кислоти і фенолфталеїн у (поліарилат Ф-2). З ціллю направленого регулювання властивостей сітчастих систем до складу композиції вводили отверджувач - поліангідрид себацинової кислоти (УП-607). Установлено [4], що із збільшенням концентрації отверджувача спадає міцність при стиску (ση), модуль пружності (Е) і температура склування (Тс). Сітчасті системи, які отримують при суміщенні поліарилатів з епоксидами, здатні працювати у широкому інтервалі температур і навантажень. При цьому, при невеликих температурах (до 150°С) σρ сітчастих систем суттєво (на 25 - 30%) перевищує σρ поліарилату, однак, з підвищенням температури σρ суттєво знижується. Прототипом об'єкту, який заявляють, є полімерна композиція [4], яка включає до складу поліарилат (поліефір терефталевої кислоти і фенолфталеїну марки Ф-2) і епоксидну смолу (ЕД-16 або УП-612) при наступному співвідношенні компонентів, мас. ч.: - поліарилат Ф-2 100 - епоксидна смола 25-33 Прототип відзначається високими механічними показниками (Ε, σρ ), теплостійкістю. Суттєвими недоліками відомого об'єкту є понижені ударостійкість (робота руйнування Ар не перевищує 12 кДж/м ) і деформаційні характеристики (деформація при розриві ερ = 9,5%). Метою пропонованого винаходу є підвищення ударостійкості епоксидно-поліарилатних композицій при збереженні жорсткості, міцності і теплостійкості. Мета досягається використанням у складі відомої полімерної композиції, яка містить поліарилат Ф-2 і епоксидну смолу, в якості останньої продукту кополімеризації епоксидної діанової смоли з карбоксилвміщуючим кополімером акрилонітрилу з бутадієном у співвідношенні (мас. ч.) - 30 : 70; при наступному співвідношенні компонентів, мас. ч.: поліарилат Ф-2 100 продукт кополімеризації 5-50 поліарилат Ф-2 100 епоксидна смола 25-33 поліарилат Ф-2 100 продукт кополімеризації 5-50 Властивості і спосіб одержання поліарилату Ф-2 описані в [6], продукт реакції ко-полімеризації епоксидної діанової смоли марки ЕД-16 (ГОСТ 10587-86) і каучук у (ТУ 38-403254-76) синтезують за способом, описаним в технологічній документації Укр-держНДІпластмас (ТР № 548). Приготування композицій Необхідну кількість (табл. 1) поліарилату розчиняють у хлороформі (ТУ 6-09-4263-76) і одержують 10% розчин. До розчину додають продукт кополімеризації. Суміш старанно перемішують і заливають плівкові зразки (методика описана в [7]). Для одержання сітчастого полімеру здійснюють прогрівання зразків при 180°С протягом 20 годин. В табл. 1 наведений склад композицій, в табл. 2 - властивості. Результати випробувань, що наведені в табл. 2, свідчать про те, що композиція, яка заявляється (приклади №№ 1 - 3), перевищує відому за величиною ударостійкості (Ар), деформаційним характеристикам (ερ ) - в 2 рази, за величиною міцності при розтягуванні (σρ ) і модуля пружності (Е) - в 1,1 - 1,2 рази, за величиною теплостійкості (Тс) - в > 1,3 рази. Таблиця 1 Склад композицій Рецептура 1. Поліарилат Ф-2 2. Продукт кополімеризації ЕД20 з каучуком при співвідношенні 30 : 70 3. Продукт кополімеризації ЕД16 з каучуком при співвідношенні 30 : 70 4. Епоксидна смола ЕД-16 Кількість компонентів, мас. ч. за прикладами, №№, Прото мас. ч. тип 1 2 3 4 5 6 100 100 100100 100 - 100 5 20 50 - - 100 20 - 25-33 Поліарилат вихідний (приклад 5) характеризується показниками міцності, жорсткості (Е) і роботи руйнування за величиною в 1,3 — 1,4 рази меньшими, ніж об'єкт, який заявляється. Продукт кополімеризації (приклад 6) має температуру склування в мінусовій області. Використання у складі продукту кополімеризації епоксидної смоли прототипу (ЕД-16) також не призводить до бажаного результату - композиція за прикладом 4 поступається композиції, яку заявляють, за всім комплексом властивостей. Позитивний ефект, який отримали при вибраних співвідношенні і сполученні компонентів композиції, що заявляється, полягає у збільшенні міцності, ударостійкості та жорсткості при збереженні і навіть деякому збільшенні теплостійкості. Таким чином, позитивний результат винаходу обумовлений синергічною дією вибраних компонентів у співвідношеннях, які заявляються. Запропонована композиція випробувана в якості конструкційного покриття в особливо відповідальних вузлах і механізмах гірничої та гірничорудної промисловості. Таблиця 2 Властивості композицій Властивості За , №№, Прототип прикладами мас. ч. 1 2 3 4 5 6 24,0 25,0 21,0 15,1 14,2 0 12,0 1 .Робота руйнування, Ар***, кДж/м 2 2.Деформація 18,0 при розриві, ερ *,% 3.Модуль 1,45 пружності, Е*, Гпа 4.Міцність при 145 розтягуванні, σρ , Мпа 5.Температура 303 склування, Тс**,°С 19,5 17,5 12,4 15,2 0 9,5 1,50 1,42 1,26 1,13 0 1,20 140 135 130 102 0 126 305 282 267 290 25 220 *) визначали в плівкових зразках на динамометрі типу Поляні за методикою, описаною в [7]; **) Тс визначали за термомеханічними кривими, які знімали при постійному навантаженні 2 МПа на приладі, описанному в [8]; ***) Ар оцінювали як площу під кривою навантаження - деформація 5 Список використаної літератури 1. Энциклопедия полимеров, Т. 2. - Μ.: Советская энциклопедия. - 1974. - С. 755 -759 2. Аскадский А.А. Стр уктура и свойства полиарилатов. — М.: Химия, 1986. - С. 194-209 3. Аскадский А.А. Стр уктура и свойства теплостойких полимеров. - М.: Химия, 1981.-С. 272-312 4. Аскадский А.А., Кочергин Ю.С. Успехи химии, 1980. - Т.49, № 5. - С. 848 - 878 - Прототип 5. Салазкин С.Н. Канд. дисс. М.: МХТИ, 1965 6. Справочник по пластическим массам. Т. 11. - Под ред. Катаева В.М.. - М.: Химия, 1975. - С.176 -197 7. Малкин А.|Я. И др. Методы измерения механических свойств полимеров. - М.: Химия, 1978 8. Кочергин Ю.С. и др. Высокомолек. соед. - А. - Т. 20. - 1978. - С.880 - 887