полимерная композиция
Классы МПК: | C08L61/10 продукты феноло-формальдегидной конденсации |
Автор(ы): | Симонов-Емельянов Игорь Дмитриевич (RU), Шембель Нелли Леонидовна (RU), Петров Андрей Валерьевич (RU), Глебычева Оксана Вячеславовна (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московская государственная академия тонкой химической технологии имени М.В. Ломоносова" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2010-03-23 публикация патента:
10.09.2011 |
Изобретение относится к полимерной композиции для изготовления фенопластов, используемых в качестве конструкционных материалов для изготовления тонкостенных деталей сложной конфигурации. Полимерная композиция выполнена на основе новолачной фенолоформальдегидной смолы и уротропина и включает древесную муку, углеродный наполнитель и смазку. В качестве углеродного наполнителя она содержит шунгит, а новолачную фенолоформальдегидную смолу и уротропин используют в виде порошкообразного фенольного связующего с содержанием свободного фенола не более 1,0 мас.% при следующем соотношении компонентов, мас.%: связующее - 38,4-43,7; древесная мука - 3,0-10,2; шунгит - 45,2-56,6; смазка - 1,0-2,0. Технический результат - снижение удельного объемного электрического сопротивления полимерной композиции и повышение прочностных характеристик. 1 табл.
Формула изобретения
Полимерная композиция для изготовления фенопластов на основе новолачной фенолоформальдегидной смолы и уротропина, включающая древесную муку, углеродный наполнитель и смазку, отличающаяся тем, что в качестве углеродного наполнителя она содержит шунгит, а новолачную фенолоформальдегидную смолу и уротропин используют в виде порошкообразного фенольного связующего с содержанием свободного фенола не более 1,0 мас.% при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Связующее | 38,4-43, |
Древесная мука | 3,0-10,2 |
Шунгит | 45,2-56,6 |
Смазка | 1,0-2,0 |
Описание изобретения к патенту
Изобретение предназначено для изготовления фенопластов, используемых в качестве конструкционных материалов для изготовления тонкостенных деталей сложной конфигурации, например антистатической тары и деталей газовых счетчиков.
Известна полимерная композиция - графитопласт АТМ-1, включающая фенолоформальдегидную смолу и углеродный наполнитель в виде искусственного электродного графита. Известная композиция обладает высокой электропроводностью: удельное объемное электрическое сопротивление материала составляет =9*10-5 Ом*м [Шембель Н.Л. Электропроводные пластмассы с углеродными наполнителями / Н.Л.Шембель, Ю.В.Рыбкина, Л.П.Тащилова, В.Н.Кулезнев // Работоспособность полимерных материалов для низковольтной изоляции. - М., МДНТП им. Ф.Э.Дзержинского. - 1985. - С.66-70].
Недостатком известной композиции является относительно низкая механическая прочность при сжатии (80 МПа) и изгибе (26 МПа), а также высокая хрупкость (а=1,6 кДж/м2) и низкая текучесть расплава (менее 40 мм).
Высоконаполненные графитопласты и углеродопласты на основе термореактивных смол являются электропроводными жесткими, хрупкими прессовочными материалами, что ограничивает возможность изготовления тонкостенных изделий и деталей сложной конфигурации.
Известна полимерная композиция, содержащая фенолоформальдегидную смолу, углеродный наполнитель в виде графита, каолин, тальк и измельченную древесину при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Резольная фенолоформальдегидная смола | 18-20 |
Графит | 10-20 |
Каолин | 2-5 |
Тальк | 2-5 |
Измельченная древесина | До 100 |
Известная композиция имеет следующие свойства: прочность при сжатии 104-119 МПа, твердость 18,2-19,8 МПа, удельное объемное электрическое сопротивление: =1010-1012 Ом*м [А.с. СССР № 1643574, МКИ C08L 61/10, Антифрикционная самосмазывающаяся пресс-композиция, опубл. 23.04.91. Бюл. № 15].
Недостатком известной композиции является относительно низкая механическая прочность при сжатии и твердость, а также высокое значение , что ограничивает возможности ее применения для деталей, требующих защиты от статического электричества.
Наиболее близким техническим решением является полимерная композиция, включающая новолачную фенолоформальдегидную смолу, уротропин, древесную муку, углеродный наполнитель в виде двух марок графита, смазку и другие добавки: СаО и тальк [ТУ 2253-052-05015227-96. «Массы прессовочные фенольные марок АФ3-010-72 и АФ3В-010-72»].
Состав и свойства композиции приведены в таблице в графе - прототип.
Недостатком известного технического решения является относительно невысокая прочность и высокое удельное объемное электрическое сопротивление =1011 Ом*м, что не обеспечивает защиту деталей от возникновения статического электричества.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение удельного объемного электрического сопротивления полимерной композиции и повышение прочностных характеристик.
Данный технический результат достигается тем, что полимерная композиция на основе новолачной фенолоформальдегидной смолы и уротропина, включающая древесную муку, углеродный наполнитель и смазку, в качестве углеродного наполнителя содержит шунгит, а новолачную фенолоформальдегидную смолу и уротропин используют в виде порошкообразного фенольного связующего с содержанием свободного фенола не более 1 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Связующее | 38,4-43,7 |
Древесная мука | 3,0-10,2 |
Шунгит | 45,2-56,6 |
Смазка | 1,0-2,0 |
Полимерную композицию и изделия из нее готовят известными приемами, принятыми в производстве фенопластов и изделий из них. [Кацнельсон М.Ю., Балаев Г.А. Пластические массы: Свойства и применение: Справочник. - 3-е изд., перераб. - Л.: Химия, 1978. - 384 с.].
Пример 1. Связующее, стеарат цинка и шунгит в соответствии с рецептурой, приведенной в таблице, взвешивают, загружают в барабан смесителя и смешивают в течение 1 ч, после чего вальцуют на горячих вальцах. Вальцованную массу измельчают, просеивают через сито № 2, стандартные образцы изготавливают методом литьевого или компрессионного прессования при температуре 150-170°С, давлении 30 МПа и времени выдержки под давлением 5 мин. Свойства композиции 1 приведены в таблице.
Примеры 2-5 выполняют, как описано выше, с тем отличием, что компоненты берут в количествах, указанных в таблице.
Состав и свойства полимерных композиций | ||||||
Примеры | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | Прототип |
1. Состав, мас.% | ||||||
Фенолоформальдегидная смола | - | - | - | - | - | 42,4 |
Уротропин | - | - | - | - | - | 6,4 |
СаО | - | - | - | - | - | 0,9 |
Тальк | - | - | - | - | - | 4,0 |
Графит ГЛС-3 | - | - | - | - | - | 17,0 |
Графит ЭУТ-11 | - | - | - | - | - | 18,4 |
Древмука | 1,0 | 3,0 | 6,1 | 8,9 | 10,2 | 10,0 |
Смазка | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0* | 1,0* | 0,9* |
Связующее | 32,0 | 38,4 | 43,0 | 43,7 | 43,6 | - |
Шунгит | 65,0 | 56,6 | 48,9 | 45,4 | 45,2 | - |
2. Свойства: | ||||||
Плотность, 103 кг/м3 | 178 | 1,65 | 1,60 | 1,59 | 1,58 | 1,6 |
изг, МПа | 66 | 63 | 69 | 80 | 70 | 60 |
а, кДж/м2 | 1,6 | 2,7 | 2,9 | 4,0 | 3,5 | 2,5 |
, Ом*м | 0,14 | 2,1 | 3,3 | 3,7 | 4,0 | 1011 |
W за 24 ч, % | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0.11 | 0,11 | 0,16 |
Текучесть, мм | 15 | 140 | 180 | >200 | 160 | 110 |
Тм, °С | 170 | 163 | 160 | 155 | 156 | 150 |
ПРИМЕЧАНИЕ (к таблице). изг - изгибающее напряжение при разрушении; а - удельная ударная вязкость; - удельное объемное электрическое сопротивление; W - водопоглощение за 24 ч; Тм - теплостойкость по Мартенсу. Смазка - стеарин, в остальных примерах смазка - стеарат цинка. |
В качестве смазки используют стеарин или стеарат цинка.
Применение порошкообразного фенольного связующего исключает необходимость применения операции измельчения фенолоформальдегидной смолы и уротропина, а также улучшает санитарно-гигиенические условия производства благодаря содержащейся в связующем малотоксичной новолачной фенолоформальдегидной смолы с содержанием свободного фенола не более 1 мас.% (ТУ 2257-074-05015227-2002. «Связующие фенольные порошкообразные»).
Введение древесной муки в количестве выше указанного приводит к снижению текучести расплава и повышению водопоглощения.
Снижение содержания смазки приводит к ухудшению технологических свойств, а повышение содержания смазки приводит к снижению теплостойкости.
Применение шунгита, представляющего собой измельченный в порошок природный минерал, содержащий углерод, обеспечивает высокие технологические, физико-механические и электрические свойства композиций при оптимальном соотношении компонентов. Это позволяет использовать их в качестве конструкционных материалов для изготовления тонкостенных деталей сложной конфигурации.
Благодаря высокой электропроводности детали не подвержены электризации, что важно хранении и транспортировке электронных схем, комплектующих современные электронные приборы, а также при проведении операций обезжиривания в пожаро- и взрывоопасных растворителях, работе на трение в среде горючего газа или нефти.
Таким образом, предлагаемая полимерная композиция позволяет изготавливать методом литья под давлением, литьевого или компрессионного прессования детали сложной конфигурации, например антистатическую тару и детали газовых счетчиков.
По сравнению с прототипом предлагаемая полимерная композиция обеспечивает защиту изделий от возникновения статического электричества и таким образом повышает безопасность применения деталей из нового материала. Она также имеет более высокие механические свойства, содержит всего 4 компонента против 8 компонентов прототипа, что снижает затраты на исходное сырье, трудоемкость процесса получения материала и изделий. При этом улучшаются экологические условия работы при производстве и переработке фенопластов в изделия, так как вместо используемой в прототипе новолачной фенолоформальдегидной смолы СФ-010, в которой по ТУ допускается содержание свободного фенола до 8%, в предлагаемой композиции используют порошкообразное фенольное связующее, в состав которого входит новолачная фенолоформальдегидная смола с содержанием свободного фенола не более 1,0 мас.%.
Класс C08L61/10 продукты феноло-формальдегидной конденсации