Композиційний полімерний матеріал “тарлєн” та спосіб його одержання

Изобретения относится к целлюлознобу-мажной промышленности и могут быть использованы при изготовлении листового рулонного материала, который найдет применение в различных отраслях промышленности, например, в автомобилестроении, производстве товаров народного потребления и т.п. Из известных материалов наиболее близких по технической сущности и достиный материал, содержащий стеклянные и целлюлозные волокна и ПАВ, способствующий диспергированию волокон. Средняя длина волокон 2,5-19 мм, диаметр 6-13 мкм. Композиционный материал содержит 6-50% целлюлозных волокон и 525% стекловолокон [1]. Недостатком известного композиционного материала является его низкая механическая прочность. Из известных способов наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения листа из стеклянных волокон, который состоит в следующем. В водный раствор, содержащий 1-10% пленкообразующего вещества крахмала, поливинилового спирта или желатина, и 89-99% воды, добавляют 0,0005-0,01 % композиции, содержащей более 45% эфиров полиоксиэтиленалкилового спирта и фосфорной кислоты, 10-45% поли-* амина и 1-15% органической кислоты. Композицию диспергируют, добавляют в раствор 0,1-2% стеклянных волокон, перемешивают и подают в отделитель, оборудованный перфорированной решеткой, на которой происходит формование листа из стеклянных волокон. Отделенный раствор возвращают для дальнейшего использования [2], Недостатком известного способа является невысокая механическая прочность листа Задачей заявляемых изобретений является улучшение механических свойств композиционного материала за счет исключения деструкции полимерной матрицы на стадии его получения и увеличения адгезии между полимерным веществом и стекловолокном в композите, а также улучшение формуемости изделий из заявляемого композиционного материала за счет увеличения индекса расплава. Не менее важной задачей изобретений является снижение энергозатрат, достигаемое за счет ускорения процессов диспергирования, осаждения и сушки. Поставленная задача решается тем, что композиционный полимерный материал, содержащий полимер, стекловолокно и ПАВ, согласно изобретения, дополнительно содержит хлорид щелочного металла, например, NaCI и/или KCI, а в качестве ПАВ -вещество, имеющее структурную формулу где n = 300-500, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Поставленная задача решается также тем, что в известном способе получения композиционного полимерного материала. включающем измельчение полимера и стекловолокна, диспергирование их в водном растворе в присутствии ПАВ и формирование холста, согласно изобретения, измельчение производят до полимера формирования развитой поверхности каждой его частицы, причем площадь поверхности такой частицы становится соизмеримой с площадью поверхности стеклонити, диспергирование проводят в присутствии хлорида щелочного металла, формирование холста осуществляют под электрическим и/или магнитным воздействием в камере, разделенной на зоны приема и осаждения, а сушку холста производят под воздействием микроволнового излучения. Именно формирование развитой поверхности частиц полимера, площадь поверхности частиц которых соизмерима с площадью поверхности измельченных стеклонитей и введение в состав композиционного полимерного материала нового ПАВ и хлорида щелочного металла, которые, избирательно адсорбируясь на полимере и стекле, обеспечивают равномерность распределения стеклонитей и полимера в дисперсии и тем самым способствуют решению задачи изобретений. Это позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения связаны между собой единым общим изобретательским замыслом. Заявляемые технические решения отличаются от технических решений, выбранных в качестве прототипов введением в материал нового ПАВ и хлорида щелочного металла, например, NaCI и/или KCI, а также формированием развитой поверхности частиц полимера на стадии его дробления, причем размер (площадь поверхности) каждой частицы становится соизмеримой с площадью поверхности измельченной стеклонити. Заявляемое изобретение иллюстрируют рисунки, где: на фиг.1 - схема производства стеклополимерного композиционного материала; на фиг.2 - схема, поясняющая взаимодействие компонентов в растворе; на фиг.3 - схема, поясняющая взаимодействие компонентов в холсте. Позициями на схемах обозначены; 1 - установка дробления; (фиг.1) 2 - бункер-накопитель; 3, 4 - диспергаторы; 5 - мешалки; 6 - приемная зона камеры осаждения; 7 - спокойная зона камеры осаждения; 8 - сетчатая перегородка; 9 - транспортер; 10 - стеклополимерный композиционный материал (холст): 1.1 - зона вакуумного отбора воды; 12 - ленточный осушитель; 13 - микроволновая камера; 14 - барабан; 15 - устройство электрического или магнитного воздействия; 16 - моноволокно; (фиг.2) и (фиг.3) 17 - частица полипропилена с развитой поверхностью; 18 - молекулы адсорбированного ПАВ; 19 - адсорбированные ионы хлорида щелочного металла; 20 - поверхностный заряд, создаваемый адсорбированными веществами; 21 - вода; 22 - места связывания моноволокон и частиц полипропилена. (фиг.3) Способ осуществляется следующим образом. На установке дробления 1 производят измельчение полимера, при этом частицы его получают со специально развитой поверхностью, при чем площадь поверхности каждой частицы становится соизмеримой с площадью поверхности измельченной стеклонити. Это достигается определенным режимом измельчения гранул полимера в камере помола, который устанавливают экспериментальным путем для каждого вида полимера. Порошкообразный полимер и рубленный стеклоровинг из бункера-накопителя 2 поочередно порциями подают в заполненные оборотной водой диспергаторы 3 и 4, в которых происходит процесс диспергирования стеклоровинга и полимера. Одновременно в диспергаторы подают ПАВ, имеющий структурную формулу и хлорид щелочного металла, например, NaCI и/или KCI. Наличие комплексной добавки, состоящей из веществ разных классов, приводит к возникновению значительных кинетических эффектов, способствующих тому, что совместное действие органического (ПАВ) и неорганического (хлорид щелочного металла) веществ значительно более эффективно, чем действие каждого вещества в отдельности. Это объясняется эффектом синергизма, т.е. усилением действия ПАВ при соадсорбции его на развитой поверхности полимера (органического вещества) и стеклянного моноволокна (неорганического вещества), что изображено на фиг.2, В результате этого последние приобретают одинаковые поверхностные свойства в водном растворе, что позволяет ускорить диспергирование стеклоровинга на моноволокна, а также увеличить скорость достижения равномерности распределения моноволокон и полимера в оборотной воде. Диспергирование происходит при постоянном перемешивании пульпы с помощью мешалок 5. После достижения дисперсной массой однородности ее сливают в приемную зону 6 камеры осаждения, откуда она самотеком через проницаемую (сетчатую или перфорированную) решетку 7 поступает в спокойную зону осаждения 8. Разделение камеры осаждения на две зоны: спокойную зону осаждения 8 и приемную зону б предусмотрено для достижения более равномерного осаждения дисперсии моноволокон и частиц полимера по всей площади транспортера 9. В зоне осаждения 8 установлено устройство электрического или магнитного излучения (воздействия), служащее для ускорения и более равномерного осаждения по толщине моноволокон и частиц полимера на сетчатый транспортер 9. Это достигается тем, что добавки придают эквивалентный поверхностный заряд частицам полимера и моноволокна, которые, как уже было указано выше, имеют соизмеримую площадь поверхности, и в направленном электрическом или магнитном поле они осаждаются одинаково независимо от разницы в их удельных весах и природе в соответствии с заданным процентным соотношением в композиции (см. фиг.2). Дисперсия равномерно осаждается на непрерывно движущийся ленточный транспортер 9, который подает сформированный таким образом мокрый холст 10 в зону вакуумного отбора воды 11, где происходит первая стадия его осушения - частичное обезвоживание. Затем влажный холст 10 подают на ленточный осушитель 12, на котором происходит вторая стадия осушения, после чего холст в основном приобретает свой окончательный вид, причем существенную роль здесь играет присутствие добавок, которые в силу своих свойств способствуют связыванию моноволокон и частиц полимера. После этого холст по транспортеру 9 подают в микроволновую камеру-печь 13, снабженную источником микроволнового излучения и системой отражателей, служащих для равномерного распределения зоны разогрева по всей поверхности находящегося в данный момент в печи холста 10. На этой стадии добавки способствуют ускорению удаления влаги из холста, т.к. они улучшают смачиваемость стекловолокна и полимерных частиц, в результате чего равномерно распределенная в холсте вода испаряется за более короткое время. Следует заметить также, что полимерный материал радиопрозрачен, и в момент сушки не разогревается, этим достигается сохранение химических свойств и механических характеристик полимерной матрицы в композиционном материале. Кроме того, добавки, высыхая под воздействием микроволнового излучения, скрепляют моноволокна с частицами полимера, повышая его прочность (см. фиг.3). - После окончательной сушки композиционный полимерный материал (холст) рулонируют на барабан 14. На фиг.2 представлена схема, поясняющая взаимодействие компонентов в растворе: одинаковые поверхностные свойства в водном растворе моноволокна 16 и частицы полимера (в нашем случае - полипропилена) 47 приобретают после адсорбции молекул ПАВ 18 и ионов хлорида щелочного металла 19, что приводит к созданию эквивалентного поверхностного заряда 20 в воде 21, На фиг.3 представлена схема, поясняющая взаимодействие компонентов в композите: увеличение прочности холста происходит за счет образования мест связывания 22 между моноволокнами 16 и частицами полимера 17 с развитой поверхностью. Способ реализован следующим образом. Использовали полипропилен марки С 417 В фирмы "UBE Industries" LTD (Япония); полипропилен марки Η 39 S фирмы "ΗΙΜΟΝΤ" (Италия) и стеклоровинг марки R 2105, R 2135 фирмы "ЕТЕХ" (Югославия) по лицензии английской фирмы "ТВА-В". Полипропилен в виде гранул размером 3-6 мм диаметром 4-5 мм измельчали в порошок с дисперсностью частиц 200 ± 25 мкм и подавали в бункер-накопитель. Стеклоровинг измельчали на отрезки длиной 12 ± 2 мм и засыпали в емкость с водой при температуре 3035°С, в которой предварительно был растворен ПАВ и NaCl. Производили интенсивное перемешивание в течение 20-25 мин. Загружали в емкость порошок полипропилена. Готовую пульпу перекачивали в промежуточную емкость, где смесь доводили до нужной концентрации оборотной водой после чего смесь подавали в приемную зону камеры осаждения. Для поддержания непрерывности процесса в освободившейся емкости готовили очередную порцию рабочей смеси. Перетекая из приемной зоны в зону осаждения через проницаемую перегородку поток ламинизируется. Компоненты пульпы осаждаются на сетчатый транспортер под воздействием электрического поля (плотность тока 0,01 4 А/ дм2). Осажденные компоненты переносятся транспортером в зону вакуумного отбора воды, где создается разрежение до 600 мм вод. ст. Сформированный таким образом композиционный материал в виде холста с содержанием воды 35-45% проходит сквозь ленточный осушитель, где происходит уменьшение содержания воды до 18-25%. Далее холст подают на конвейер микроволновой сушильной камеры, причем скорость движения транспортера подобрана таким образом, что содержание воды на выходе из сушильной камеры составляет 35%. Готовый холст рулонируют и упаковывают. Результаты сравнительных испытаний композиционных стеклополимерных материалов представлены в таблице 1, а полученные данные, иллюстрирующие изобретения, представлены в таблице 2. Заявляемый композиционный материал и.способ его получения позволяют: - улучшить механические свойства композиционного материала за счет исключения деструкции полимера на стадии его получения и исключения адгезии между полимером и стекловолокном в композите; - улучшить формуемость изделий за счет механического увеличения индекса расплава; - получить высокое качество поверхности и сцепление с отделочным материалом за счет увеличения смачиваемости; - снизить энергетические затраты на проведение способа получения за счет ускорения процесса диспергирования, осаждения и сушки.