Полимерная композиция

( 08 13/08, 328,501, 702) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный университет транспорта(72) Авторы Лавринович Яков Григорьевич Инютин Владимир Иванович Нечитайло Наталия Александровна Близнец Михаил Михайлович Матвецов Виктор Иванович Ващенко Сергей Александрович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный университет транспорта(57) Полимерная композиция, содержащая термопластичное полимерное связующее, выбранное из группы, включающей полиэтилен, полипропилен, поликапроамид, полистирол и поливинилхлорид, резиновую крошку, рубленый волокнистый наполнитель, выбранный из группы, включающей отходы вискозных, полиамидных, полиэфирных, полиакрилонитрильных и ацетатных волокон, измельченные отходы юфти и минеральный наполнитель,отличающаяся тем, что в качестве минерального наполнителя содержит наполнитель,выбранный из группы, включающей каолин, кварцевый песок, слюду, глину и измельченное стекло, и дополнительно содержит поливинилацетат, канифоль, хлорпарафин и натрийкобальтонитрат при следующем соотношении компонентов, мас.ч. термопластичное полимерное связующее 100 резиновая крошка 10,0-75,0 рубленый волокнистый наполнитель 10,0-35,0 измельченные отходы юфти 5,0-40,0 минеральный наполнитель 18,0-100,0 поливинилацетат 2,0-8,0 канифоль 1,0-5,0 хлорпарафин 0,02-1,5 натрийкобальтонитрат 0,1-3,0.(56)2087 1, 1998.1420001 1, 1988.1643567 1, 1991.1650663 1, 1991. Изобретение относится к композиционным материалам на основе термопластичных полимеров и может быть использовано на железнодорожном транспорте для изготовления вибропоглощающих и изолирующих прокладок на железобетонные и деревянные шпалы и брусья под стрелочные переводы. 5917 1 Известна полимерная композиция конструкционного назначения, содержащая связующее (100 мас.ч.), выбранное из группы, включающей полиэтилен, полипропилен, бутадиеновый, бутадиеннитрильный, изопреновый каучук и их смеси, и отходы полиакрилонитрильных волокон (25-800 мас.ч.) 1. Полимерная композиция дополнительно может содержать поливинилхлорид в качестве 10-950 мас.ч. Материал, изготовленный из известной композиции, обладает низкими прочностью и ударной вязкостью, что затрудняет изготовление из него изолирующих прокладок, которые при движении поезда подвергаются воздействию ударных нагрузок. Низкая вибропоглощающая способность известной полимерной композиции делает ее непригодной для изготовления вибропоглощающих прокладок для железнодорожного пути и покрытий на деталях железнодорожной техники. Известна полимерная композиция, включающая полиэтилен (100 мас.ч.), рубленный волокнистый наполнитель (8-140 мас.ч.), выбранный из группы, включающей хлопчатобумажные, льняные и шерстяные ткани, трикотажное хлопчатобумажное и шерстяное полотно, холестериловый эфир каприновой кислоты (0,05-150 мас.ч.), оксинитрат алюминия (0,1-3,0 мас.ч.) и толуилендиизоцианат, блокированный касторовым маслом (0,012,0 мас.ч.) 2. Известная полимерная композиция в качестве одного из компонентов содержит толуилендиизоцианат, блокированный касторовым маслом, который обладает сильным токсичным действием на организм человека, что затрудняет ее применение для изготовления изолирующих прокладок. Высокое водопоглощение материала, изготовленного из известной полимерной композиции, приводит к возникновению в полимерной матрице значительных по величине внутренних растягивающих напряжений, которые приводят к растрескиванию прокладок как в процессе хранения, так и в процессе эксплуатации. Известная композиция и покрытия из нее обладают низкими вибропоглощающими свойствами и ударной вязкостью, что не позволяет ее использовать для изготовления изолирующих прокладок. Наиболее близкой к заявляемой композиции является полимерная композиция, включающая термопластичное полимерное связующее (100 мас.ч.), выбранное из группы полиэтилен, полипропилен, поликапроамид, полистирол или поливинилхлорид, рубленный волокнистый наполнитель (5-30 мас.ч.), выбранный из группы отходы вискозных, полиамидных, полиэфирных, полиакрилонитрильных или ацетатных волокон, резиновую крошку (1-15 мас.ч.), измельченные отходы юфти (8-12 мас.ч.), измельченные отходы кожи хромовой (20-80 мас.ч.), оксихлорид магния (1-10 мас.ч.), диаминофенол дигидрохлорид (0,1-1 мас.ч.), персульфат калия (0,03-1,5 мас.ч.), холестериловый эфир стеариновой кислоты (0,05-1,2 мас.ч.) 3. В качестве добавки известная полимерная композиция содержит холестериловый эфир стеариновой кислоты, который является дефицитным веществом в Республике Беларусь,что затрудняет организацию серийного производства прокладок на шпалы из известной полимерной композиции. Под действием атмосферных осадков, суточных и сезонных изменений температуры и влажности воздуха наблюдается ускоренное старение прокладок из известной полимерной композиции, а содержащиеся в ней оксихлорид магния и диаминофенол дигидрохлорид вызывают усиленную коррозию поверхности стального рельса, контактирующую с прокладкой. При этом персульфат калия, содержащийся в известной полимерной композиции, усиливает коррозию стального рельса и снижает атмосферостойкость прокладок. Прокладки, изготовленные из известной композиции, обладают низкими изолирующими и вибропоглощающими свойствами. В условиях динамического воздействия подвижного состава на путь в процессе эксплуатации наблюдается появление в прокладках, изготовленных из известной полимерной композиции, трещин разрушения,что приводит к увеличению их масло- и водопоглощения. Предлагаемая полимерная композиция обеспечивает решение такой задачи, как получение конструкционных материалов изолирующих и вибропоглощающих прокладок на 2 5917 1 основе термопластичных полимеров, выбранных из группы, включающей полиэтилен, полипропилен, поликапроамид, полистирол или поливинилхлорид, отходы синтетических волокон и кожевенного производства. Технический эффект заявляемого технического решения заключается в улучшении изолирующих и вибропоглощающих свойств прокладок на железобетонные и деревянные шпалы за счет повышения демпфирующих свойств полимерной композиции, снижения ее масло- и водопоглощения и увеличения стойкости материала к термоциклированию в условиях циклического изменения температур от -70 С до 50 С. Кроме этого, обеспечивается дополнительный технический эффект, заключающийся в утилизации отходов химических волокон, резиновой крошки и отходов юфти, которые ранее либо сжигались,либо подлежали захоронению в земле. Это приводило к загрязнению воздушного и водного бассейнов, что наносило вред окружающей среде и здоровью человека. Указанный технический результат достигается тем, что полимерную композицию,включающую термопластичное полимерное связующее, выбранное из группы, включающей полиэтилен, полипропилен, поликапроамид, полистирол или поливинилхлорид, резиновую крошку, рубленный волокнистый наполнитель, выбранный из группы, включающей отходы вискозных, полиамидных, полиэфирных, полиакрилонитрильных и ацетатных волокон, измельченные отходы юфти и минеральный наполнитель, вводят в качестве минерального наполнителя наполнитель, выбранный из группы, включающей каолин, кварцевый песок, слюду, глину или измельченное стекло, и дополнительно содержит поливинилацетат, канифоль, хлорпарафин и натрийкобальтонитрат. При этом полимерная композиция конструкционного назначения содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.ч. термопластичное полимерное связующее 100 резиновая крошка 10,0-75,0 рубленный волокнистый наполнитель 10,0-35,0 измельченные отходы юфти 5,0-40,0 минеральный наполнитель 18,0-100,0 поливинилацетат 2,0-8,0 канифоль 1,0-5,0 хлорпарафин 0,02-1,5 натрийкобальтонитрат 0,1-3,0. В качестве термопластичного полимерного связующего были выбраны термопластичные полимеры, выбранные из группы, включающей полиэтилен высокого давления(ГОСТ 16337-70), полиэтилен низкого давления (ГОСТ 16338-70), полипропилен (МРТУ 6-05-1105-67), поликапроамид (ТУ 6-05-309-70), полистирол (МРТУ 6-05-957-68) и поливинилхлорид (ГОСТ 969-71), как имеющие относительно высокие физико-механические свойства и ударную вязкость, низкие температуру плавления и стоимость. Последние два обстоятельства позволяют существенно снизить затраты на производство изолирующих и виброизолирующих прокладок на шпалы в сравнении со стоимостью аналогичных деталей, изготовленных, например, из резины. Повышения морозостойкости и вибропоглощающих свойств материала прокладок достигали введением в термопластичное связующее волокнистого наполнителя, выбранного из группы, включающей рубленные отходы вискозных (ТУ 6-06-462-74), полиамидных (ОСТ 6-66-28-82), полиакрилонитрильных(ОСТ 17-136-79) и ацетатных (ТУ 6-00-1528-72) волокон, резиновой крошки (ГОСТ 12632-79) и минерального наполнителя, выбранного из группы, включающей каолин (ГОСТ 19608-74),кварцевый песок (ГОСТ 9077-89), слюду (ГОСТ 855-74), глину (ГОСТ 28177-89) или измельченное стекло (ГОСТ 111-90). Введение указанного волокнистого наполнителя, резиновой крошки и минерального наполнителя ниже оптимальной концентрации уменьшает вибропоглощающие свойства прокладок, изготовленных из разработанной полимерной композиции, а выше оптимальной концентрации - снижает атмосферостойкость и морозостойкость материала. 3 5917 1 Для повышения атмосферостойкости и морозостойкости прокладок в полимерную композицию вводили поливинилацетат (ГОСТ 481-62), канифоль (ГОСТ 19113-73), хлорпарафин марки ХП-470 (ТУ 6-01-568-76) и натрийкобальтонитрат (ГОСТ 4219-48). Введение поливинилацетата, канифоли, хлорпарафина, натрийкобальтонитрата и измельченных отходов юфти ниже определенной концентрации увеличивает водо- и маслопоглощение материала прокладок, а выше оптимальной концентрации - снижает физико-механические вибропоглощающие свойства полимерной композиции. В отличие от известных технических решений отходы синтетических волокон, указанные минеральные наполнители в сочетании с резиновой крошкой введены нами в полимерную композицию для повышения изоляционных и вибропоглощающих свойств материала прокладок. Однако при введении указанных наполнителей не наблюдается существенного повышения атмосферостойкости полимерной композиции и ее стойкости к циклическим изменениям температуры испытания от 50 С до -70 С. В связи с этим в полимерное связующее вводили дополнительно поливинилацетат, канифоль, хлорпарафин, натрийкобальтонитрат и измельченные отходы юфти. Введение указанных модификаторов в полимерную композицию способствует также существенному снижению водои маслопоглощения материала и повышению его демпфирующих свойств. Технология формирования изолярующих и вибропоглощающих прокладок на железобетонные и деревянные шпалы заключается в следующем. Термопластичные полимеры в виде гранул или порошка смешиваются с целевыми добавками, резиновой крошкой, измельченными отходами юфти, волокнистыми и минеральными наполнителями. После тщательной гомогенизации смесь готова для формирования прокладок на шпалы. Прокладки из разработанной полимерной композиции изготавливают либо литьем под давлением, либо прессованием под давлением 70-100 Мпа. При этом температура переработки полимерных композиций составляла для композиций на основе полиэтилена - 165-189 С поликапроамида - 200-220 С полистирола - 185-200 поливинилхлорида - 150-180 С. Примеры составов и основные свойства известной 3 и разработанных полимерных композиций приведены в таблице. Как видно из таблицы, сочетание выбранных компонентов позволило в сравнении с прототипом увеличить в 1,23-1,35 раза стойкость композиции к термоциклированию, повысить ее коэффициент потерь в 1,15-1,35 раза и коэффициент эффективности демпфирования в 1,48-2,13 раза, снизить маслопоглощение в 14,818,6 раза и водопоглощение в 23,5-39 раз материала. Отсутствие в полимерной композиции канифоли и натрийкобальтонитрата (состав ), хлорпарафина и поливинилацетата(состав ), резиновой крошки и минерального наполнителя (состав ), измельченных отходов юфти и волокнистого наполнителя (состав ) приводит к ухудшению свойств полимерной композиции. Коэффициент стойкости материала к циклическим изменениям температуры испытания от 50 С до -70 С оценивали по снижению прочности на растяжение образцов из полимерных композиций. Для этого образцы помещали в термоклав, где их подвергали нагреванию при 50 С в течение суток, а затем переносили в холодильную камеру и выдерживали при температуре -708 ч. О качестве полимерных композиций судили по изменению их прочности на разрыв после 250 циклов термообработки по указанному режиму. Об эффективности гашения вибрации полимерной композиции судили по коэффициенту демпфирования в процессе колебания пластинки. На одну сторону которой наносили покрытие из разработанного материала. Определяли на водопоглощение композиций за 24 ч по ГОСТ 4650-73, а их маслопоглощение за 24 ч по ГОСТ 610-48 (после 250 циклов термообработки при изменении температуры от 50 С до -70 ). Источники информации 1.1219605, 1986. 2.731 1, 1995. 3.2087 1, 1997. 4 5917 1 Составы и свойства известной 3 и разработанных полимерных композиций Содержание компонентов, мас.ч. Компоненты и свойства Прототип Запр. сост. Заявляемый состав Исследуемый состав 3. Компоненты 1. Термопластичный полимер 1.1. Полиэтилен 1.1.1. Низкого давления 100 100 100 1.1.2. Высокого давления 100 100 100 1.2. Полипропилен 100 1.3. Поликапроамид 100 100 1.4. Полистирол 100 100 1.5. Поливинилхлорид 100 100 2. Рубленный волокнистый наполнитель 2.1. Отходы вискозных волокон 9 36 10 35 20 2.2. Отходы полиамидных волокон 20 2.3. Отходы полиэфирных волокон 20 20 20 2.4. Отходы полиакрилонитрильных волокон 20 20 2.5. Отходы ацетатных волокон 20 3. Резиновая крошка 7 76 9 75 50 10 50 50 50 50 50 50 4. Минеральный наполнитель 4.1. Каолин 102 17 100 18 4.2. Кварцевый песок 50 50 4.3. Слюда 50 4.4. Глина 50 50 4.5. Измельченное стекло 50 50 5. Поливинилацетат 1,5 9 2 5 8 5 5 5 5 5 5 5 5917 1 Продолжение таблицы 6. Канифоль 7. Хлорпарафин 8. Натрийкобальтонитрат 9. Измельченные отходы юфти 10. Оксихлорид магния 5 11. Диаминофенол дигидрохлорид 0,4 12. Персульфат калия 0,8 13. Холестериловый эфир стеариновой кислоты 0,7. Свойства 1. Коэффициент стойкости композиции к циклическим изменениям температуры испытания от 50 С до -70 С (по пределу прочности за 250 циклов) 0,713 2. Коэффициент потерь (виброгасящие свойства композиции), 103 127 3. Коэффициент эффективности 2,25 3 2 демпфирования, 10 кгс/см 4. Набухание в осевом масле Л Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.