Вібропоглинаючий полімерний матеріал та спосіб його одержання

Реферат: Винахід стосується вібропоглинаючого полімерного матеріалу та способу його одержання. Вібропоглинаючий полімерний матеріал являє собою продукт взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю, взятих при їх стехіометричному молярному співвідношенні як 2:1 відповідно, і отриманий твердінням при температурі 50-65 °С реакційної суміші. При цьому змішування толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю здійснюють при температурі 45-75 °С, готування реакційної суміші проводять шляхом введення триметилолпропану до продукту взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю, розігрітого до температури 60-75 °С. Одержаний вібропоглинаючий полімерний матеріал має високі демпфуючі властивості у температурному діапазоні від 5 до 40 °С і широкому діапазоні частот, а також може бути використаним при отриманні деталей складної конфігурації. UA 100562 C2 (12) UA 100562 C2 UA 100562 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід стосується вібропоглинаючих полімерних матеріалів та може бути використаний у приладобудуванні, зокрема у приладах точної механіки, оптичних, електронних та лазерних системах, а також при виготовленні конструкційних деталей. Проблема зниження шуму і вібрації конструкцій та приладів актуальна для багатьох галузей промисловості (приладобудування, суднобудування, авіація тощо). Одним з ефективних методів її вирішення є створення конструкцій, в яких задіяні вібропоглинаючі полімерні матеріали з певними експлуатаційними характеристиками. Внаслідок своєї в'язкопружної природи полімери мають демпфуючу властивість, тобто здатність до поглинання механічної енергії і перетворення її на тепло. Така здатність особливо характерна в області релаксаційного переходу полімеру зі склоподібного стану у високоеластичне, тобто близько до температури склування Tg, де швидкість (частота) координованого руху сегментів полімерного ланцюга має таку саму величину, що і швидкість (частота) механічного впливу. Тому близько до температури склування полімери мають максимальне значення тангенса кута механічних втрат tg  і модуля механічних втрат Е', що є мірою розсіяної енергії. Одним із основних критеріїв ефективного демпфуючого матеріалу є тангенс кута механічних втрат при температурі склування tg  і область температур, при яких тангенс кута механічних втрат tg  має високе значення (матеріал має демпфуючі властивості, якщо tg  більше, ніж 0,3). Найбільш близьким є вібропоглинаючий полімерний матеріал, що містить поліоксипропілентріол з молекулярною масою 5000 та вмістом кінцевих оксіетильних груп 10 мас. %, компонент А, і продукт взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю молекулярної маси 1000, компонент Б, при масовому співвідношенні компонента А і компонента Б як (90-98):(10-2) відповідно (RU, патент № 2012506, 15.05.1994 [1]). Найбільш близьким є також спосіб одержання вібропоглинаючого полімерного матеріалу, що включає готування реакційної суміші шляхом змішування поліоксипропілентріолу з молекулярною масою 5000, компонент А, і продукту взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю з молекулярною масою 1000, компонент Б, при масовому співвідношенні компонента А і компонента Б як (90-98):(10-2) відповідно, формування реакційної суміші та її витримування [1]. Формування проводять шляхом нанесення реакційної суміші на конструкційні шари, наприклад, пластини з склотекстоліту, які склеюються при твердінні в результаті витримування під пресом при кімнатній температурі протягом 24 годин. Відомий матеріал характеризується високою віброакустичною ефективністю в області негативних температур, проте має невисокі демпфуючі характеристики в області температур від 5 до 40 °C. Крім того, зазначений матеріал не може бути використаний для дрібних деталей або для деталей складної форми. Задачею винаходу є удосконалення вібропоглинаючого полімерного матеріалу, в якому за рахунок запропонованих компонентів і їх співвідношення забезпечується підвищення демпфуючих властивостей матеріалу у температурному діапазоні від 5 до 40 °C і широкому діапазоні частот, а також можливість використання матеріалу, в тому числі для деталей складної конфігурації і для дрібних деталей. Задачею винаходу є також удосконалення способу одержання вібропоглинаючого полімерного матеріалу, в якому за рахунок запропонованих дій та порядку їх проведення забезпечується можливість одержання вібропоглинаючого полімерного матеріалу з високими демпфуючими властивостями у температурному діапазоні від 5 до 40 °C і широкому діапазоні частот, а також можливість його використання в тому числі для деталей складної конфігурації і для дрібних деталей. Поставлена задача вирішується запропонованим вібропоглинаючим полімерним матеріалом, що включає продукт взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю молекулярної маси 1000, в якому співвідношення толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю відповідає їх стехіометричному молярному співвідношенню як 2:1 відповідно, і матеріал отриманий твердненням при температурі 50-65 °C реакційної суміші триметилолпропану з продуктом взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю при наступному співвідношенні компонентів, % мас.: толуїлендіізоціанат 24-30 поліоксипропіленгліколь 65-70 триметилолпропан решта. Поставлена задача вирішується також способом одержання вібропоглинаючого полімерного матеріалу, що включає змішування толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю молекулярної маси 1000, готування реакційної суміші, формування реакційної суміші та твердіння реакційної суміші шляхом її витримування, в якому толуїлендіізоціанат і поліоксипропіленгліколь змішують при температурі 45-75 °C при їх стехіометричному 1 UA 100562 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 молярному співвідношенні як 2:1 відповідно, готування реакційної суміші проводять шляхом введення триметилолпропану до продукту взаємодії толуїлендіізоціанат і поліоксипропіленгліколю, розігрітого до температури 60-75 °C, і їх перемішування. Крім того, після перемішування реакційну суміш вакуумують при температурі 60-75 °C і тиску 2-5 мм рт. ст., краще, 10-30 хвилин, і проводять формування, при якому реакційну суміш виливають у форму заданої конфігурації. Для здійснення твердіння реакційну суміш витримують при температурі 50-65 °C протягом 68-75 годин з наступним вакуумуванням при температурі 3045 °C і тиску 2-5 мм рт. ст. протягом 10-12 годин. Краще перемішування реакційної суміші триметилолпропану з продуктом взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю проводити при температурі 60-75 °C протягом 10-15 хвилин. Експериментально винахідниками було встановлено, що полімерний матеріал, отриманий твердненням, яке здійснюється витримуванням при температурі 50-65 °C протягом 68-75 годин реакційної суміші триметилолпропану з продуктом взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю (взятих у стехіометричному співвідношенні 2:1), має високі демпфуючі властивості у температурному діапазоні від 5 до 40 °C і широкому діапазоні частот. Запропонованому матеріалу може бути надана будь-яка складна конфігурація, в тому числі при виконанні дрібних деталей. Винахід здійснюється наступним чином. До толуїлендіізоціанату добавляють поліоксипропіленгліколь молекулярної маси 1000 при інтенсивному перемішуванні у кількості, що відповідає стехіометричному молярному співвідношенню толуїлендіізоціанат:поліоксипропіленгліколь-1000 2:1, і змішують при температурі 45-75 °C. Отриманий продукт взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю може зберігатися в чистій герметичній упаковці. Готування реакційної суміші проводять у реакторі, до якого завантажують розігрітий до температури 60-75 °C продукт взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю, до якого вводять триметилолпропан, що є зшиваючим агентом, в кількості що відповідає співвідношенню, % мас.: толуїлендіізоціанат - 24,0…30, поліоксипропіленгліколь - 65…70, триметилолпропан - 5…7, і перемішують. Краще, перемішування реакційної суміші триметилолпропану з продуктом взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю здійснювати протягом 10-15 хвилин при підтримуванні температури 60-75 °C. Після перемішування реакційної суміші перед формуванням проводять її вакуумування при тиску 2-5 мм рт. ст. і температурі 60-75 °C. Далі проводять формування реакційної суміші, при якому реакційну суміш впливають у форму заданої конфігурації та витримують при температурі 50-65 °C протягом 68-75 годин і піддають вакуумуванню при тиску 2-5 мм рт. ст. і температурі 30-45 °C протягом 10-12 годин. Нижче наводяться приклади, які пояснюють, але не обмежують винахід. Приклад 1 У двогорлий реактор завантажують толуїлендіізоціанат, до якого добавляють при постійному перемішуванні поліоксипропіленгліколю-1000 в кількості, що відповідає стехіометричному молярному співвідношенню толуїлендіізоціанат:поліоксипропіленгліколь-1000 2:1, і змішують при температурі 60 °C. Синтез продовжують до утворення продукту взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю, форполімеру, зі значенням ізоціанатного числа 6,3. Цей продукт взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю може зберігатися в чистій герметичній упаковці. Необхідною умовою його якості є чистота упаковки, відсутність домішок, вологи та повітря. Готування реакційної суміші проводять у реакторі, до якого завантажують розігрітий до температури 75 °C 20,92 г продукту взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю. До розігрітого продукту взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю вводять 1,386 г триметилолпропану. Реакційну суміш перемішують до отримання однорідної маси. Далі реакційну суміш вакуумують при тиску 2-5 мм рт. ст. і температурі 60-75 °C, виливають у форму заданої конфігурації, витримують при температурі 65 °C протягом 68 годин до повного тверднення та піддають вакуумуванню при температурі 40 °C і тиску 5 мм рт. ст. протягом 10 годин. Склад отриманого вібропоглинаючого полімерного матеріалу наведений у Таблиці 1, властивості - у Таблиці 2 і Таблиці 3. Приклад 2 У двогорлий реактор завантажують толуїлендіізоціанат, до якого добавляють при постійному перемішуванні поліоксипропіленгліколю-1000 у кількості, що відповідає стехіометричному молярному співвідношенню толуїлендіізоціанат:поліоксипропіленгліколь-1000 2:1, і змішують при температурі 70 °C. Синтез продовжують до утворення продукту взаємодії 2 UA 100562 C2 5 10 15 20 25 толуїлендіізоціанату і поліоксппропіленгліколіо, форполімеру, зі значенням ізоціанатного числа 6,23. Цей продукт взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю може зберігатися в чистій герметичній упаковці. Необхідною умовою його якості є чистота упаковки, відсутність домішок, вологи та повітря. Готування реакційної суміші проводять у реакторі, до якого завантажують розігрітий до температури 70 °C 21,23 г продукту взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю. До розігрітого продукту взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю вводять 1,407 г триметилолпропану. Реакційну суміш перемішують протягом 10 хвилин при підтримуванні 70 °C і потім вакуумують при тиску 4 мм рт. ст. і температурі 75 °C. Далі реакційну суміш виливають у форму заданої конфігурації та витримують при температурі 50 °C протягом 72 годин. Після повного твердіння отриманий вібропоглинаючий полімерний матеріал піддають вакуумуванню при температурі 35 °C протягом 12 годин і тиску 4 мм рт. ст. Склад отриманого вібропоглинаючого полімерного матеріалу наведений у Таблиці 1, властивості - у Таблиці 2 і Таблиці 3. Приклад 3 Продукт взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю здійснюють, як описано у Прикладі 2. Готування реакційної суміші проводять у реакторі, до якого завантажують розігрітий до температури 60 °C 21,69 г продукту взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю. До розігрітого продукту взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю вводять 1,438 г триметилолпропану. Реакційну суміш перемішують протягом 12 хвилин при підтримуванні 60 °C і потім вакуумують при тиску 2 мм рт. ст. і температурі 60 °C. Далі реакційну суміш виливають у форму заданої конфігурації та витримують при температурі 60 °C протягом 68 годин. Після повного твердіння отриманий вібропоглинаючий полімерний матеріал піддають вакуумуванню при температурі 40 °C протягом 10 годин і тиску 2 мм рт. ст. Склад отриманого вібропоглинаючого полімерного матеріалу наведений у Таблиці 1, властивості - у Таблиці 2 і Таблиці 3. Таблиця 1 Склад вібропоглинаючого полімерного матеріалу № прикладу 1 2 3 Толуїлендіізоціанат (ТДІ) г % 5,40 24,209 5,48 24,208 5,60 24,213 поліоксипропіленгліколь (ПОПГ-1000) г % 15,52 69,578 15,75 69,576 16,09 69,569 триметилолпро- ТДІ:ПОПГ Температура пан (ТМП) 1000 твердіння, °C г % (стехіометр.) 1,386 6,213 2:1 65 1,407 6,216 2:1 50 1,438 6,218 2:1 60 Таблиця 2 Значення тангенса кута механічних втрат tg  і модуля механічних втрат Е' для вібропоглинаючого полімерного матеріалу Т, °C 5 10 15 20 25 30 35 40 tg  0,61 0,9 1,06 0,98 0,87 0,74 0,67 0,64 Приклад 1 Е', МПа 57,5 30,2 19,2 12,1 7,90 6,21 5,45 4,78 tg  0,66 0,93 1,04 1,00 0,89 0,76 0,69 0,62 30 3 Приклад 2 Е", МПа 57,1 29,7 18,4 11,6 10,92 8.24 6,43 4,89 tg  0,7 0,98 1,04 0,99 0,83 0,73 0,65 0,6 Приклад 3 Е', МПа 57,0 29,5 18,1 11,3 10,05 7,68 5,81 4,91 UA 100562 C2 Таблиця 3 Основні характеристики вібропоглинаючого полімерного матеріалу Найменування показника Динамічна в'язкість при температурі (20±5)°С. Па-с, не більше Значення tg  в діапазоні частот 50…200 Гц, не менше Значення Е' при температурі (20±5) С, МПа, не менше Температурний діапазон демпфування, °C Адгезійна міцність при склеюванні (сталь-3), МПа, не менше 5 Приклад 1 Приклад 2 Приклад 3 20,0 20,0 20,0 0,6 7,0 5-40 0,6 10,0 5-40 0,6 10,0 5-40 11,0 12,0 12,0 Як видно з Таблиці 2 і Таблиці 3 даний вібропоглинаючий полімерний матеріал має високі демпфуючі властивості у температурному діапазоні від 5 до 40 °C і широкому діапазоні частот (від 50 до 200 Гц), і може бути використаний для боротьби з резонансними явищами та вібрацією у приладах точної механіки, прецизійних оптико-електронних та лазерних системах тощо. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 30 1. Вібропоглинаючий полімерний матеріал, що включає продукт взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю з молекулярною масою 1000, який відрізняється тим, що співвідношення толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю відповідає їх стехіометричному молярному співвідношенню як 2:1 відповідно, і матеріал отриманий твердінням при температурі 50-65 °С реакційної суміші триметилолпропану з продуктом взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю при наступному співвідношенні компонентів, % мас.: толуїлендіізоціанат 24-30 поліоксипропіленгліколь 65-70 триметилолпропан решта. 2. Спосіб одержання вібропоглинаючого полімерного матеріалу, що включає змішування толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю молекулярної маси 1000, готування реакційної суміші, формування реакційної суміші та тверднення реакційної суміші шляхом її витримування, який відрізняється тим, що толуїлендіізоціанат і поліоксипропіленгліколь змішують при температурі 45-75 °С при їх стехіометричному молярному співвідношенні як 2:1 відповідно, готування реакційної суміші проводять шляхом введення триметилолпропану до продукту взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю, розігрітого до температури 60-75 °С, і їх перемішування, після перемішування реакційну суміш вакуумують при температурі 60-75 °С і тиску 2-5 мм рт. ст., при формуванні реакційну суміш виливають у форму заданої конфігурації, витримування реакційної суміші проводять при температурі 50-65 °С протягом 68-75 годин і після витримування здійснюють вакуумування отриманого матеріалу при температурі 30-45 °С і тиску 2-5 мм рт. ст. протягом 10-12 годин. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що перемішування реакційної суміші триметилолпропану з продуктом взаємодії толуїлендіізоціанату і поліоксипропіленгліколю проводять при температурі 60-75 °С протягом 10-15 хвилин. 4. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що вакуумування реакційної суміші здійснюють протягом 10-30 хвилин. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4