Полиамидная композиция для производства изделий машиностроительного назначения
POLYAMIDE COMPOSITION FOR THE PRODUCTION OF MACHINE-BUILDING PRODUCTS

Изобретение относится к новым материалам, соответствующим приоритетам научно-технологического развития Российской Федерации, а именно к производству деталей машиностроительного назначения, например подшипников скольжения, направляющих втулок, изделий для тормозной систем.
Известна полиамидная композиция, содержащая алифатический полиамид, модифицирующую и стабилизирующую добавки (RU 2409604, МПК C08L 77/00, C08L 23/26, C08F 8/46, опубл. 20.01.2011).
Недостатком известной композиции являются низкие значения предела прочности при растяжении.
Известен композиционный полимерный антифрикционный материал на основе полиамида Материал содержит в качестве полимерной матрицы полиамид 6, Капролон В, Эрталон, в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно или смесь углеродного волокна со стекловолокном, а также однослойные или многослойные углеродные нанотрубки (RU 2522106, МПК C08J 5/16, C08L 77/00, C08L 77/02, C08K 3/04, C08K 7/02, B82B 3/00, опубл. 10.07.2010).
Недостатком данного материала является сложность получения волокнистого наполнителя заданного качества и трудностью распределения углеродных наночастиц в полиамидной матрице, что значительно усложняет процесс производства изделий.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является полимерная композиция на основе полиамида 66 и углеродных волокон. Согласно данному изобретению предполагается плазменная обработка полимерной смеси в атмосфере воздуха, азота, аргона или кислорода, за счет чего образуется функциональная группа улучшающая совместимость между полиамидом и углеродным волокном (KR 101795788, МПК C08G77/02, C08J3/20, C08J3/28, C08K3/04, опубл. 08.11.2017).
Недостатком прототипа являются невысокие показатели упруго-прочностных характеристик, а также сложность технологии изготовления изделий.
Технический результат заключается в улучшении упруго-прочностных характеристик полиамидной композиции для производства изделий машиностроительного назначения, а именно в увеличении прочности и модуля упругости при растяжении, а также в упрощении ее изготовления.
Сущность изобретения заключается в том, что полиамидная композиция для производства изделий машиностроительного назначения включает стеклонаполненный полиамид 6.6 марки ZX-066 GF30G, молотое углеродное волокно с длиной волокон 0,1 мм и диаметром волокна 6-9 мкм, а также дополнительно содержит малеиновый ангидрид при следующем соотношении компонентов, мас.%:
молотое углеродное волокно
1-10
малеиновый ангидрид
0,5-1,0
стеклонаполненный полиамид 6.6 марки
ZX-066 GF30G
остальное
В табл. 1 приведены составы и значения упруго-прочностных характеристик полиамидных композиций.
Для изготовления композиции использовались следующие компоненты:
3
Стеклонаполненный полиамид 6.6 марки ZX-066 GF30G производства ООО «ТД Пластмасс Групп» (содержание стекловолокна 27-33 %, плотность - 1,35 г/см, влагопоглощение за сутки - 1,5 %)
Молотое углеродное волокно с длиной волокон 0,1 мм и диаметром волокна 6-9 мкм.
Малеиновый ангидрид в виде белого кристаллического порошка по ГОСТ 11153-75
Способ изготовления полиамидной композиции для производства изделий машиностроительного назначения заключается в следующем. Предлагаемые полиамидные композиции изготавливаются в два этапа.
I этап. Стеклонаполненный полиамид 6.6 марки ZX-066 GF30G, молотое углеродное волокно и малеиновый ангидрид сушат при температуре 105°C в течение 4 ч. Далее высушенные компоненты подаются в объемные дозаторы. Двухшнековый экструдер сонаправленного вращения HAAKE Rheomex OS PTW 16 с диаметром шнека 16 мм и L/D=40:1 нагревается по всем зонам до температуры 280°С, устанавливается скорость вращения шнека 200 об/мин. После чего, согласно рецептуре, происходит дозировка во входное отверстие экструдера, в котором происходит перемешивание компонентов с получением экструдата в виде стренга. Стренг охлаждается в водяной ванне и гранулируется.
II этап. Полученные гранулы высушиваются до остаточной влажности не более 0,5 %. Из полученных гранул на литьевой машине Babyplast 6/10VP получены образцы в виде двухсторонних лопаток согласно ГОСТ 33693-2015 (параметры литьевого формования: температура пластикатора - 295°С; температура пресс-формы - 30°С; температура инжекционного цилиндра - 295°С; усилие смыкания полуформ - 50 кН; давление впрыска - 56 МПа; скорость впрыска составляла 12,9 мл/с).
Предел прочности при растяжении и относительное удлинение определяют по ГОСТ 11262-2017, модуль упругости при растяжении по ГОСТ 9550-81. Значения водопоглощения образцов определяют по ГОСТ 4650-2014 (метод А, выдержка в воде в течение 24 ч), плотность полимерной композиции по ГОСТ 15139-69.
Дозировка молотого углеродного волокна менее 1% не увеличивает упруго-прочностные характеристики, а ввод более 10% увеличивает себестоимость композиции.
Малеиновый ангидрид в дозировке 0,5-1,0% обеспечивает реакционную способность между стеклонаполненным полиамидом 6.6 марки ZX-066 GF30G и молотым углеродным волокном.
Технология изготовления изделий из предложенных полиамидных композиций не требует специфического технологического оборудования. Композиции могут быть изготовлены методами экструзионного и литьевого формования.
По сравнению с известным решением заявленное изобретение позволяет повысить значения упруго-прочностных характеристик полиамидной композиции для производства изделий машиностроительного назначения, увеличить прочность и модуль упругости при растяжении, а также в упрощении ее изготовления.
Таблица 1
Компоненты
Составы полимерных композиций, % по массе
1
2
3
4
5
Прототип
Стеклонаполненный полиамид 6.6 марки ZX-066 GF30G
98,5
96,5
94,5
89,5
89
-
Молотое углеродное волокно
1
3
5
10
10
-
Малеиновый ангидрид
0,5
0,5
0,5
0,5
1
-
Полиамид 6.6
-
-
-
-
-
95
Углеродное волокно
-
-
-
-
-
5
Физико-механические свойства
Предел прочности при растяжении, МПа
81,2
82,6
87,1
89,9
90,3
80,3
Модуль упругости при растяжении, МПа
3700
3950
4100
4250
4150
3164,1
Относительное удлинение, %
4,2
4,9
5,4
6,1
5,9
5,3
Водопоглощение за сутки, %
1,68
1,70
1,71
1,73
1,71
-
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
1,311
1,366
1,373
1,387
1,389
-