СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕФТЕПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ТЕРМОРЕЗИСТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR PRODUCING PETROLEUM-POLYMER COMPOSITE THERMORESISTIVE MATERIALS AND PLANT FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к области получения нефтеполимерных терморезистивных композиционных материалов, которые можно использовать при производстве терморезисторов и предохранителей, датчиков температуры.
Известен способ получения композиционного материала из нефтяного сырья и полиэтилена [Патент РФ RU 2468050 C1, опубл. 27.11.2011, МПК C08L 95/00, C09D 195/00, C08J 3/00, заявка 2011109468/05], согласно которому по предварительно устанавливаемой графической зависимости температуры размягчения нефтеполимерного композиционного материала от его состава подбирают необходимое соотношение тяжелого нефтяного сырья и полиэтилена и смешивают их в перемешивающем устройстве.
Недостатками известного способа является использование в качестве критерия качества и контролируемым параметром материала температуры размягчения (стеклования) и динамической вязкости, характеризующие пластические свойства битумов. Данный параметр необходимо учитывать при получении дорожных покрытий, однако для терморезистивных материалов данные параметры не актуальны.
При создании изобретения ставилась задача получения нефтеполимерных терморезистивных композиционных материалов с заранее заданным удельным электрическим сопротивлением при различных температурах и температурой размягчения.
Вышеуказанная задача решается способом получения нефтеполимерных композиционных материалов на основе гудрона, полиэтилена и масляных нефтяных фракций в качестве пластификатора, включающем:
1) Предварительное установление графических зависимостей удельного электрического сопротивления нефтеполимерного композиционного материала при различных температурах от его состава;
2) Предварительное установление графических зависимостей температуры размягчения нефтеполимерного композиционного материала от его состава;
3) Подбор по установленным графическим зависимостям оптимального состава нефтеполимерного композиционного материала;
4) Смешение гудрона, полиэтилена и пластификатора в соотношении, выбранном в соответствии с подобранным составом;
5) Вывод готового продукта с заданными удельным электрическим сопротивлением при различных температурах и температурой размягчения.
Вышеуказанная задача решается также установкой получения нефтеполимерных композиционных материалов на основе гудрона, полиэтилена и пластификатора, включающей:
1) Блок подготовки сырья, состоящего из сырьевых емкостей, сырьевых насосов, дезинтегратора;
2) Блок смешения, состоящего из двух реакторов периодического действия с рамными мешалками;
3) Блок вывода товарной продукции.
На фиг. 1 представлена схема установки для получения терморезистивного нефтеполимерного композиционного материала.
Установка для осуществления способа (фиг. 1) содержит бункер с дозатором 1 для полиэтилена, дезинтегратор 2 для измельчения полиэтилена перед введением в реактор, типовые химические реакторы 3, 4 для вязких сред с рубашкой для обогрева и рамной мешалкой, теплообменники 6, 7, насосы 5, 8, 10, а также обогреваемые емкости для пластификатора 11 и тяжелого нефтяного сырья 9.
Работает установка для реализации предлагаемого способа следующим образом. В типовой химический реактор 3 для вязких сред с рубашкой для обогрева и рамной мешалкой насосом 8 из емкости 9 при температуре не ниже 130-140 загружают гудрон (поток II), включается циркуляция теплоносителя через рубашку. Далее включается мешалка и из бункера с дозатором 1 через дезинтегратор 2 добавляется определенное количество полиэтилена (поток I). Температура в реакторе 3 доводится до 220°С и приготовление концентрата полиэтилена в гудроне проводится до полного растворения полиэтилена. Полученный концентрат подается в реактор 4. К вводимому в реактор концентрату, при необходимости, добавляется дополнительное количество гудрона и нефтяные масляные фракции в качестве пластификатора (поток III) из емкости 11 насосом 10. Пластификатор хранится в емкости 11 при температуре 80°С. Перемешивание компонентов производится до достижения полной гомогенности системы и соответствия требуемым показателям. При соответствии показателей качества нормативным требованиям готовая продукция (поток IV) откачивается насосом 5. Все оборудование находится под азотной «подушкой».
Ниже приведены примеры создания нефтеполимерного композиционного материала, которые иллюстрируются прилагаемыми фигурами 2, 3 и 4.
На фиг. 2 представлена зависимость удельного электрического сопротивления композиционного материала от содержания полиэтилена и пластификатора при температуре 20°С.
На фиг. 3 представлена зависимость удельного электрического сопротивления композиционного материала от содержания полиэтилена и пластификатора при температуре 140°С.
На фиг. 4 представлена зависимость температуры размягчения композиционного материала от содержания полиэтилена и пластификатора.
9
6
Пример 1. Необходимо получить композиционный материал с удельным электрическим сопротивлением при нормальных условиях не более 10 Ом⋅м, при температуре 140°С не более 10 Ом⋅м и температурой размягчения не менее 20°С.
8
6
Пример 2. Необходимо получить композиционный материал с удельным электрическим сопротивлением при нормальных условиях не более 2⋅10Ом⋅м, при температуре 140°С не более 6⋅10 Ом⋅м и температурой размягчения не более 25°С.
Нефтеполимерные композиционные материалы с заданными удельным электрическим сопротивлением при различных температурах и температурой размягчения готовили на основе гудрона (490+) смеси западносибирских нефтей производства ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», полиэтилена высокого давления марки 110862 по ГОСТ 16337-72 производства ОАО «Уфаоргсинтез» и масляной фракции 450-500°С товарной кунгурской нефти.
На первой стадии предварительных лабораторных исследований для нефтеполимерного композиционного материала построены графики «Удельное электрическое сопротивление-Содержание полиэтилена-Содержание пластификатора» при температурах 20 и 140°С (Фиг. 2, 3) и «Температура размягчения-Содержание полиэтилена-Содержание пластификатора» (Фиг. 4). Измерение температуры размягчения выполняли стандартным методом по ГОСТ 11506-73 (Определение температуры размягчения методом «Кольца и шара»), температуру измеряли термопарой, удельное электрическое сопротивление измеряли путем измерения терраомметром (мегаоометром) сопротивления ячейки с образцом и расчетом удельного сопротивления по формуле (1).
где R - сопротивление, Ом;
2
S - площадь сечения измерительной ячейки, м;
d - расстояние между электродами, м.
В соответствии с поставленными задачами по полученным графикам сделан выбор необходимого соотношения полиэтилена, гудрона и пластификатора.
9
7
Для реализации примера 1 использованы диаграммы на фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4. Для получения нефтеполимерного композиционного материала с удельным электрическим сопротивлением при нормальных условиях не более 10 Ом⋅м, при температуре 140°С не более 10 Ом⋅м и температурой размягчения не менее 45°С необходимо взять 70% мас. гудрона, 20% мас. пластификатора и 10% мас. полиэтилена.
9
5
Для реализации примера 2 использованы диаграммы на фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4. Для получения нефтеполимерного композиционного материала с удельным электрическим сопротивлением при нормальных условиях не более 10 Ом⋅м, при температуре 140°С не более 5⋅10 Ом⋅м и температурой размягчения не менее 20°С взять 80% мас. гудрона, 15% мас. пластификатора и 5% мас. полиэтилена.
На второй стадии в соответствии с определенными по графикам составами нефтеполимерных композиционных материалов производят их получение на установке получения нефтеполимерного композиционного материала.
Предлагаемый способ позволяет получать нефтеполимерные композиционные материалы с заранее заданными пластическими и электрофизическими свойствами, что позволяет сократить расходы исходных компонентов, уменьшить затраты рабочего времени и снизить энергетические затраты.