ПОЛИЭТИЛЕНОВАЯ КОМПОЗИЦИЯ
POLYETHYLENE COMPOSITION

Изобретение относится к разработке композиционных полимеров на основе полиэтилена, удовлетворяющих требованиям конструкционных материалов общетехнического и инженерно-технического назначения.
Известна композиция на основе полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), наполненного хлорпарафином в качестве замедлителя горения и карбонатом кальция или древесной золой в качестве наполнителя [1]. Однако разработанные материалы обладают низкой ударной вязкостью и разрушающим напряжением при изгибе.
Известна также композиция на основе ПЭВП и полиакрилонитрильного (ПАН) волокна. Чтобы обеспечить лучшее распределение волокна в полимере, на гранулы полиэтилена наносили полиэтиленсилоксановую жидкость [2]. Недостатком указанной композиции является то, что необходимо дополнительно проводить модифицирование ПАН-волокна пирофаксом при 200°C в течение 10 мин, а затем осуществлять его резку.
Близкой по составу к предлагаемой полиэтиленовой композиции является композиция на основе полиэтилена высокой плотности, и полифосфата аммония следующего состава, масс.ч. [3]:
полиэтилен высокой плотности - 100
полифосфат аммония - 30.
Полимерный композиционный материал получен методом литья под давлением при температуре 190°C и давлении 100 МПа.
Недостатком этой полиэтиленовой композиции являются низкие выход коксового остатка при 600°C, теплостойкость по Вика, температура начала деструкции, ударная вязкость, прочность при изгибе, а также высокие потери массы при горении.
Задачей изобретения является повышение выхода коксового остатка при 600°C, теплостойкости по Вика, температуры начала деструкции, ударной вязкости, прочности при изгибе, а также снижение потерь массы при горении.
Поставленная задача достигается тем, что полиэтиленовая композиция, включающая полиэтилен высокой плотности в количестве 100 масс.ч. и наполнитель, в качестве наполнителя содержит смесь измельченного базальта и измельченной базальтовой ваты с размерами частиц 0,125-0,315 мм, при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:
полиэтилен высокой плотности - 100
смесь измельченного базальта и измельченной базальтовой ваты -30-50.
Новым в данном компаунде является использование в качестве наполнителя смеси измельченного базальта и измельченной базальтовой ваты с размерами частиц 0,125-0,315 мм. При введении измельченной базальтовой ваты в полиэтиленовую композицию наблюдается эффект микроармирования.
Полимерный композиционный материал получен методом литья под давлением при температуре 190°C и давлении 100 МПа.
Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами.
Пример 1. Для получения композиции готовят смесь при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:
полиэтилен высокой плотности - 100
наполнитель - измельченный базальт и измельченная базальтовая вата с размерами частиц 0,14 мм - 30.
Пример 2. Для получения композиции готовят смесь при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:
полиэтилен высокой плотности - 100
наполнитель с размерами частиц 0,14 мм - 40.
Пример 3. Для получения композиции готовят смесь при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:
полиэтилен высокой плотности - 100
наполнитель с размерами частиц 0,14 мм - 50.
Пример 4. Для получения композиции готовят смесь при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:
полиэтилен высокой плотности - 100
наполнитель с размерами частиц 0,125 мм - 40.
Пример 5. Для получения композиции готовят смесь при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:
полиэтилен высокой плотности - 100
наполнитель с размерами частиц 0,315 мм - 40.
Поставленная задача достигается тем, что полиэтилен высокой плотности наполняют измельченным базальтом и измельченной базальтовой ватой с размером частиц 0,125-0,315 мм. При введении менее 30 и более 50 масс.ч. наполнителя в полиэтиленовую композицию весь комплекс характеристик ухудшается. Определение свойств показало, что при введении от 30 до 50 масс.ч. наполнителя в ПЭВП повышаются все свойства по сравнению с прототипом, в то же время при введении 40 масс.ч. наполнителя отмечены наиболее высокие их значения. Так, выход коксового остатка при 600°C по сравнению с прототипом повышается на 275%, теплостойкость по Вика - на 184%, температура начала деструкции - на 185%, ударная вязкость - на 365%, прочность при изгибе - на 64%, а также снижаются потери массы при горении на 12%. По значению кислородного индекса разработанные композиции относятся к трудногорючим. При выборе эффективного размера частиц наполнителя изучены показатели композиций, содержащих частицы размером 0,125-0,315 мм. При введении наполнителя с частицами 0,125-0,315 мм практически все свойства превосходят свойства прототипа. Наиболее высокие показатели достигаются при использовании наполнителя с размером частиц 0,14 мм. Разработанные композиции могут применяться для изготовления деталей при производстве пассажирского транспорта, так как полиэтиленовая композиция, содержащая смесь измельченного базальта и измельченной базальтовой ваты, не поддерживает горения на воздухе, относится к трудногорючей. Также ведение природных материалов, к которым относятся базальтовая вата и базальт, не ухудшает экологических свойств полиэтиленовой композиции, т.к. данные наполнители безвредны для человека.
В таблице 1 представлены основные свойства предлагаемой полиэтиленовой композиции и прототипа.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение выхода коксового остатка при 600°C, теплостойкости по Вика, температуры начала деструкции, ударной вязкости, прочности при изгибе, а также снижение потерь массы при горении, что связано с введением в композицию наполнителя - смеси измельченного базальта и измельченной базальтовой ваты. По значению кислородного индекса разработанные композиции относятся к трудногорючим.
Таблица 1
Сравнительные характеристики ПКМ на основе ПЭ и смеси измельченного базальта и измельченной базальтовой ваты
Состав композиции, масс.ч., на 100 масс.ч. ПЭ
Размер частиц, мм
Температура начала дест-рукции, °C
Выход коксового остатка при 600°C, %
Теплостойкость по Вика, °C
Потери массы при горении, %
Прочность при изгибе, МПа
Ударная вязкость*, кДж/м<sup>2</sup>
Кислородный индекс, % об.
ПЭВП+30наполнителя
0,14
245
24
270
7,0
27
51
30
ПЭВП+40наполнителя
0,14
285
30
284
6,4
29
54
32
ПЭВП+40наполнителя
0,125
285
27
284
6,5
24
27
32
ПЭВП+40наполнителя
0,315
285
27
284
6,5
18
45
32
ПЭВП+50наполнителя
0,14
287
28
288
6,3
26
52
34
Прототип
-
100
8
100
7,2
17,6
11,6
30
* - образцы испытаны с надрезом, т.к. без надреза не ломаются
Источники информации
1. Термопластичные композиции пониженной горючести конструкционного назначения / М.В. Наумова, Н.В. Пономарева, И.В. Соколов, Л.Г. Панова // Пластические массы. - 1999. - №7. - С.39-40.
2. Полиэтилен пониженной горючести конструкционного назначения, содержащий химические волокна и дисперсные наполнители / М.В. Наумова, Л.Г. Панова, С.Е. Артеменко, Ю.А. Трегер // Химические волокна. - 1999. - №12. - С.46-49.
3. Структурообразование, деформационно-прочностные свойства и горючесть наполненного полиэтилена / Н.В. Пономарева, Л.Г. Панова, С.Е. Артеменко // Химические волокна. - 2001. - №4. - С.54-56.