Полиэфиримидный композиционный материал
POLYESTERIMIDE COMPOSITE MATERIAL

Изобретение относится к композиционным материалам предназначенных для аддитивных технологий.
В настоящее время аддитивные технологии активно используют в различных отраслях промышленности. Аддитивные технологии являются перспективным направлением развития промышленного производства изделий из полимерных материалов. С каждым годом увеличивается количество компаний, которые внедряют аддитивные технологии в производство.
В результате изучения технического уровня композиционных материалов, предназначенных для аддитивных технологий было установлено, что подавляющее большинство включают в себя волокнистые наполнители. Известно, что введение волокнистых наполнителей приводит к существенному повышению вязкости расплава полимера, в результате чего затрудняется его переработка. При переработке методом литья под давлением это приводит к недоливу образцов и их дефектности, а при переработке методом 3D-печати - к плохому сцеплению нитей в образце и, как следствие, к низким физико-механическим свойствам. Исходя из этого, пластификация волокнонаполненных композитов является очень важной задачей, в связи, с чем является целесообразным проведение исследований по подбору высокотемпературных пластификаторов и их оптимальных концентраций.
Из уровня техники известен патент на изобретение US №4049613, опубликованный 20.09.1977, описывающий способ получения полиэфиримидных композитов. Полиэфиримидный углеродно-волокнистый композит включает в себя полиэфиримид в количестве от 15 до 60 масс. % и от 40 до 85 масс. % углеродного волокна. Композиционный материал по рассматриваемому изобретению, как утверждают авторы патента, создается путем предварительной обработки углеродных волокон парами азотной кислоты в течении 3 суток. Затем в полученные волокна вводится полиэфиримид, полученная смесь подвергается механическому смешению, тем самым получая композиционный материал.
Основным недостатком предложенного композиционного материала является технологическая сложность его получения.
Заявка на изобретение «Способ изготовления полимерных композиционных материалов с нанонаполнителями для использования в аддитивном производстве и для улучшения свойств материала» US №20160297935, опубликованная 13.10.2016, описывает предварительное получение маточной смеси на основе нанонаполнителя, с последующим введением маточной смеси в волокнистый наполнитель и в полиэфиримидную полимерную смолу.
Наиболее близким изобретением по технической сущности и предполагаемому эффекту выступает заявка на изобретение US №20180327552 от 15.11.2018 «Способ изготовления полимерных композиционных материалов с нанонаполнителями для использования в аддитивном производстве для улучшения свойств материала». Способ получения композиционного материала по изобретению заключается в предварительном создании маточной смеси с последующей модификацией его волокнонаполненными материалами.
Как утверждают авторы изобретения благодаря представленному способу создаваемая полимерная нить не обладает шероховатостью, однако не проиллюстрированы снимки получаемой нити и не представлены основные характеристики создаваемого композиционного материала.
Задачей настоящего изобретения является разработка композиционного материала, предназначенного для создания полимерной нити, используемой в аддитивных технологиях, обладающего улучшенной текучестью расплава (ПТР), а также увеличение пластичности материала с целью улучшения сцепления полимерных нитей в образце.
Задача достигается путем экструзии термопластичного полимера, наполнителя и пластифицирующей добавки. В качестве термопластичного полимера предполагается использование полиэфиримида (ПЭИ), в качестве наполнителя целесообразно использование стекловолокна (СВ) или углеволокна (УВ), а в качестве пластифицирующей добавки (пластификатор) использовать олигомер полифениленсульфона на основе 4,4'-дигидроксидифенила и 4,4'-дихлордифенилсульфона (ОФСн) с молекулярной массой около 15000 г/моль и характеристической вязкостью 0,1 дл/г.
Количественное соотношение компонентов композиционного материала соответствует, масс. %:
Термопластичный полимер
50-60,
Пластификатор
10-20,
Наполнитель
30.
Сущность изобретения поясняется следующими примерами.
Пример 1-6 (предлагаемые).
В смеситель, нагретый до 45°С загружают ПЭИ, ОФСн и наполнителя на основе углеволокна или стекловолокна в количественных соотношениях, предусмотренных рецептурой, отраженной в таблице и подвергают смешению в смесителе со скоростью 1500 об/мин. Полученная смесь перерабатывается в зонах двухшнекового экструдера I, II, III, при температурных режимах 200°С, 300°С, 330°С соответственно с последующей ее грануляцией.
Количественные и качественные соотношения компонентов полимерной смеси в масс. % представлены в таблице. Композиции готовят и испытывают аналогично примеру. Все испытания проводятся в соответствии с ГОСТ и по стандартам ISO.
Техническим результатом настоящего изобретения является разработка композиционного материала, предназначенного для аддитивных технологий, с улучшенными пластичностью и текучестью расплава.