Полимерная композиция

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Белорусский государственный университет транспорта(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет транспорта(57) Полимерная композиция, включающая фенолоформальдегидную смолу резольного типа, наполнитель из рубленых льняных или хлопчатобумажных волокон, полимер на основе полиатомного спирта, гексаметилентетрамин и минеральный наполнитель, отличающаяся тем, что она содержит в качестве полимера на основе полиатомного спирта нитрат целлюлозы, в качестве минерального наполнителя наполнитель, выбранный из группы каолин, окись магния, слюда, окись кремния, и дополнительно продукт взаимодействия аминоэтилсерной кислоты с перекисью свинца при следующем соотношении компонентов, мас. ч. фенолоформальдегидная смола резольного типа 100 гексаметилентетрамин 4-10 наполнитель из рубленых льняных или хлопчатобумажных волокон 5-110 нитрат целлюлозы 0,1-40 продукт взаимодействия аминоэтилсерной кислоты с перекисью свинца 1-30 минеральный наполнитель 10-50. Изобретение относится к созданию конструкционных композиционных материалов на основе полимеров и может быть использовано на железнодорожном транспорте для изготовления различных деталей, работающих в условиях сезонных изменений температур при повышенных контактных напряжениях, например деталей изолирующего стыка, изолирующих втулок в скреплениях на железобетонном подрельсовом основании. Известна полимерная композиция, включающая фенолоформальдегидную смолу резольного типа (100 мас.ч.), волокнистый наполнитель (80-250 мас.ч.), выбранный из группы, содержащей отходы льняных или хлопчатобумажных тканей, трикотажного хлопчатобумажного полотна, вискозных, полиамидных, полиэфирных и полиакрилонитрильных волокон, длиной 0,5-40 мм, гексаметилентетрамин (4-10 мас.ч.), диаминофенолдигидрохлорид (0,1-0,8 мас.ч.), поливинилбутираль (1-10 мас.ч.) и магнийцинковый оксихлорид (2-20 мас.ч.) 1. В качестве добавок известная полимерная композиция содержит диаминофенолдигидрохлорид и магнийцинковый оксихлорид, которые в присутствии влаги вызывают коррозию поверхностей металлических деталей, которые контактируют с изделиями из композиции. Материал из известной полимерной композиции характеризуется высоким водопоглощением, что приводит к разрушению деталей из нее, которые эксплуатируются при отрицательных температурах. 3467 1 Наиболее близкой к заявляемой является полимерная композиция, включающая фенолоформальдегидную смолу резольного типа (100 мас.ч.), рубленый волокнистый наполнитель (40-250 мас.ч.), гексаметилентетрамин (4-10 мас.ч.), 10 -ный раствор поливинилбутираля в этиловом спирте (1-10 мас.ч.), ненасыщенную полиэфирную смолу на основе продукта поликонденсации полиэтиленгликоля с малеиновым или фталевым ангидроном с вязкостью 20-50 с при 20 С (0,5-15 мас.ч.), оксинитрат алюминия (2-20 мас.ч.), метазин (0,3-12 мас.ч.), сернокислый барий (0,1-3 мас.ч.) и минеральный наполнитель, выбранный из группы каолин, графит, двуокись кремния (5-50 мас.ч.) 2. В качестве модификатора известная полимерная композиция содержит оксинитрат алюминия, который вызывает повышенную коррозию металла, контактирующего с полимерными изделиями. В процессе эксплуатации в узлах железнодорожной техники изделия из известной композиции подвергается воздействию атмосферных факторов (влажность, загрязнения, суточные и сезонные изменения температуры, солнечная радиация и т.д.), что приводит к их старению и к преждевременному выходу из строя машин и механизмов. Низкая стойкость полиэфирной смолы к воздействию солнечной радиации также способствует ускорению старения изделий из известной полимерной композиции. Вследствие плохой совместимости ненасыщенной полиэфирной смолы с фенолоформальдегидным олигомером материал из известной композиции обладает низкой ударной вязкостью, что затрудняет применение изделий из него в узлах железнодорожной техники, подверженных ударным воздействиям. Предлагаемая полимерная композиция обеспечивает получение конструкционных и антифрикционных полимерных материалов на основе резольной фенолоформальдегидной смолы. Технический эффект заявляемого технического решения заключается в улучшении эксплуатационных свойств изделий из полимерной композиции за счет повышения маслостойкости адгезии связующего к волокнистому наполнителю, увеличения антикоррозионных свойств материала, уменьшения маслопоглащения образцов, а также в снижении износа как композиции, так и стального контртела при трении, в маслоабразивной среде. Указанный технический результат достигается тем, что в полимерную композицию, включающую фенолоформальдегидную смолу резольного типа, наполнитель из рубленых льняных или хлопчатобумажных волокон, полимер на основе полиатомного спирта, гексаметилентетрамин и минеральный наполнитель, вводят в качестве полимера на основе полиатомного спирта нитрат целлюлозы, в качестве минерального наполнителя наполнитель, выбранный из группы каолин, окись магния, слюда, окись кремния, и дополнительно продукт взаимодействия аминоэтилсерной кислоты с перекисью свинца при следующем соотношении компонентов, мас.ч. фенолоформальдегидная смола резольного типа гексаметилентетрамин наполнитель из рубленых льняных или хлопчатобумажных волокон нитрат целлюлозы продукт взаимодействия аминоэтилсерной кислоты с перекисью свинца минеральный наполнитель В качестве связующего при получении полимерной композиции выбрана фенолоформальдегидная смола резольного типа марки ЛБ- или ЛБС-3 (ГОСТ 901-78). Повышения степени сшивки связующего и прочности композиции достигали путем введения в ее состав аминного отвердителя, например гексаметилентетрамина (ТУ 6-09-36-70). Оптимальное содержание отвердителя в композиции определяли экстрагированием исходя из достижения связующим высокой степени сшивки. Снижения набухания полимерной композиции в минеральном масле, повышения ее долговечности при термоциклировании и антикоррозионных свойств достигали путем введения в связующее рубленого волокнистого наполнителя и нитрата целлюлозы (ГОСТ 5936-73). При этом в качестве волокнистого наполнителя использовали рубленые отходы текстильной промышленности льняных тканей (ГОСТ 44-75), хлопчатобумажных тканей (ГОСТ 1680-76) и хлопчатобумажного трикотажного полотна (ГОСТ 1230-78). Введение рубленого волокнистого наполнителя и нитрата целлюлозы выше оптимальной концентрации приводит к увеличению набухания образцов в минеральном масле и снижению антикоррозионных свойств полимерной композиции, а ниже оптимальной концентрации способствует ухудшению ее прочностных свойств. Дальнейшего повышения водостойкости адгезии связующего к волокнистому наполнителю, увеличения ударной вязкости полимерной композиции, снижения ее износа и стального контртела при трении в маслоабразивной среде достигали дополнительным введением в фенолоформальдегидную смолу продукта взаимодействия аминоэтилсерной кислоты (МРТУ 6-09-5257-61) с перекисью свинца (ГОСТ 9199-68) и минерального наполнителя, выбранного из группы каолин (ГОСТ 1960874), окись магния (ГОСТ 4526-67), слюда (ГОСТ 855-74) и окись кремния (ГОСТ 9077-89). При вспышках температур на пятнах касания полимерной композиции наблюдается разложение продукта взаимодействия аминоэтилсерной кислоты с перекисью свинца и образование атомарного кислорода. 3467 1 Перекись свинца вводится в аминоэтилсерную кислоту при массовом соотношении 301. Для ускорения реакции взаимодействия аминоэтилсерной кислоты и перекиси свинца контролируется методом рентгенографии и определяется по моменту исчезновения дифракционных пиков, характерных для перекиси свинца. Полученный продукт взаимодействия представляет собой кристаллическое вещество серо-желтого цвета прочностью при сжатии, равной 9,2 МПа. Исследования методом рентгенографии показали, что кристаллическая структура продукта взаимодействия аминоэтилсерной кислоты и перекиси свинца характеризуется межпласкосным расстоянием, равным 6,3 . В результате взаимодействия этого атомарного кислорода с водородом, выделяющимся при трибохимической деструкции углеводородных компонентов полимерной композиции, наблюдается снижение водородного износа стального контртела при трении в маслоабразивной среде. Введение продукта взаимодействия аминоэтилчерной кислоты с перекисью свинца и минерального наполнителя ниже оптимальной концентрации способствует повышению водородного износа стального контртела и уменьшению водостойкости связующего к волокнистому наполнителю и ударной вязкости материала, а выше оптимальной концентрации ухудшает прочностные характеристики полимерной композиции и снижает ее износостойкость. Все вышеперечисленные минеральные наполнители используются преимущественно в качестве заполнителей и пигментов Составы и свойства полимерных композиций Содержание компонентов, мас.ч.. Компоненты Фенолоформальдегидная смола резольного типа (по сухому остатку) марки ЛБС-1 марки ЛБС-3 Гексаметилентетрамин Рубленый волокнистый наполнитель из отходов льняных тканей хлопчатобумажных тканей трикотажного хлопчатобумажного полотна вискозного волокна Нитрат целлюлозы Продукт взаимодействия аминоэтилсерной кислоты с перекисью свинца Минеральный наполнитель, выбранный из группы каолин окись магния слюда окись кремния Поливинилбутираль (10 -ный раствор в этиловом спирте) 2 Ненасыщенная полиэфирная смола на основе продукта поликонденсации полиэтиленгликоля с малеиновым или фталевым ангидридом с вязкостью при 20 С 20-50 с Метазин Оксинитрат алюминия Сернокислый барий. Свойства Маслопоглощение за 10 суток (масло МС-20),Адгезия к волокнистому наполнителю(после выдержки в минеральном масле в течение 10 суток,МПа Коэффициент торможения коррозии Износ (Р 2,0 МПа,0,5 м/с, смазкамасло МС-2020 кварцевого песка) полимерной композиции, мм 3/км стального контртела мг/км при изготовлении водоэмульсионных и масляных красок на основе органических связующих. В отличие от известных технических решений рубленый волокнистый наполнитель и нитрат целлюлозы нами предложено использовать для снижения набухания полимерной композиции в минеральном масле и для увеличения ее долговечности при термоциклировании. Однако введение указанных модификаторов не способствует повышению ударной вязкости материала и его износостойкости при трении в маслоабразивной среде. Для повышения антикоррозионных свойств и водостойкости адгезии связующего к волокнистому наполнителю, увеличения ударной вязкости полимерной композиции,снижения ее износа и водородного износа стального контртела при трении в маслоабразивной среде в фенолоформальдегидную смолу вводили продукт взаимодействия аминоэтилсерной кислоты с перекисью свинца и минеральный наполнитель, выбранный из группы каолин, окись магния, слюда, окись кремния. Изобретение иллюстрируется примерами, приведенными в таблице. Способ формирования изделий из разработанной полимерной композиции заключается в следующем. В фенолоформальдегидную смолу вводят отвердитель, наполнители и целевые добавки. После сушки композицию измельчают и перерабатывают в изделия методом компрессионного прессования при давлении 40-60 кН/м 2, температуре 160-170 С и времени выдержки 1-1,5 мин на 1 мм толщины стенки детали. Маслопоглощение полимерной композиции оценивали по количеству минерального масла МС-20, поглощенного образцами за 10 суток экспозиции в сосуде с маслом. Коэффициент торможения коррозии стали в 10 -ном водном растворе хлористого натрия вычисляли по формуле где- скорость коррозии стали при нанесении покрытия из разработанной полимерной композиции, содержащей ингибиторы коррозии (нитрат целлюлозы, продукт взаимодействия аминоэтилсерной кислоты с перекисью свинца) 3467 1- скорость коррозии стали при нанесении покрытия из разработанной полимерной композиции, не содержащей ингибиторы коррозии. Износ образцов полимерных композиций и стального контртела осуществляли на машине трения СМЦ-2 по схеме вал-частичный вкладыш при скорости 0,5 м/с и нагрузке 2,0 МПа. В качестве смазки использовали минеральное масло МС-20, содержащее 20 кварцевого песка. Адгезию связующего к волокнистому наполнителю оценивали по величине сопротивления отслаиванию полоски ткани от блока образца. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 5