КОМПОЗИЦИЯ АМОРТИЗИРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА
COMPOSITION OF SHOCK-ABSORBING MATERIAL

Изобретение относится к области химии, в частности к композициям на основе полиорганосилоксана для использования в качестве амортизирующего материала, поглощающего ударную механическую энергию в машинах, механизмах, аппаратах, работающих на земле, в воздушном и космическом пространствах.
6
Известна силоксановая композиция амортизирующего материала, включающая диметилдиэтилсилоксановый каучук с 25-35 мол. диэтилсилоксановых звеньев, аэросил и асбест в качестве наполнителя, олигодиэтилсилоксановую жидкость с вязкостью 1,5-5,0 пуаз в качестве пластифицирующей добавки и антиструктурирующую добавку метил-3,3,3-трифторпропилсилоксандиол с 3-10 мол. гидроксильных групп или диметилметилфенилсилоксандиол, содержащий не менее 3 мол. гидроксильных групп и 4-20 мол. метилфенилсилоксизвеньев при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: диметилдиэтилсилоксановый каучук - 100; аэросил - 10-30; асбест - 7-23; олигодиэтилсилоксановая жидкость с вязкостью 1,5-5,0 пуаз - 75-150 и антиструктурирующая добавка метил-3,3,3-три-фторпропилсилоксандиол с 3-10 мол. гидроксильных групп или диметилметилфенилсилоксандиол, содержащий не менее 3 мол. гидроксильных групп и 4-20 мол. метилфенилсилоксизвеньев - 1-4. Указанная композиция используется в амортизационном устройстве железнодорожных вагонов при энергоемкости до 200 кДЖ с работоспособностью в интервале температур от -60 до +130°C. (Патент RU №2070903 C1. Силоксановая композиция, поглощающая механическую энергию. - МПК: C08L 83/04, C08K 3/00, C08K 3:22, C08K 3:36. - Опубл. 27.12.1996).
3
2
n
2
5
2
m
i
3
6
Известна композиция для получения амортизирующего материала на основе полиорганосилоксана, содержащая простой перфторполиэфир, полидиметилдиэтилсилоксан общей формулы HO-{[(CH)SiO][(CH)SiO]}H, где n=30-50, m=1-10, i=50-100, с вязкостью (21-60)·10 Па·с в качестве полиорганосилоксана, борную кислоту или различные эфиры борной кислоты в качестве борсодержащего вещества и инертные наполнители при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: полидиметилдиэтилсилоксан - 100; борсодержащее вещество - 0,1-10,0; инертные наполнители - 0,1-30,0 и простой перфторполиэфир - 0,1-5,0. Изобретение упрощает процесс получения полимерного заполнителя с одновременным улучшением его амортизационных характеристик. (Патент RU №2130471 C1. Композиция для получения амортизирующего материала на основе полиорганосилоксанов. - МПК: C08L 83/04, C08K 13/02, C08K 3:24, C08K 3:38, C08K 5:55. - Опубл. 20.05.1999).
3
3
7
3
2
n
2
m
i
Известна композиция для получения амортизирующего материала на основе полидиорганосилоксана вязкостью (21-60)·10 Па·с, содержащая полидиметилдиорганоэтилсилоксан вязкостью (21-60)·10 Па·с общей формулы HO{[(CH)SiO][(RSiO]}H, где R - метил, этил в сочетании с другими радикалами: этил, фенил, n=30-50, m=1-10, i=50-150, в качестве основы, полиоксиалкиленгликоль или его простой эфир в качестве антиадгезива, борную кислоту или ее эфир и инертные наполнители - оксиды или сульфиды металлов, графит при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: полидиметилдиорганоэтилсилоксан - 100; борная кислота или ее эфир - 0,1-10,0; инертные наполнители - 0,1-30,0 и полиоксиалкиленгликоль или его простой эфир - 0,1-5,0. Изобретение упрощает процесс получения полимерного заполнителя с одновременным улучшением его морозостойкости в пределах -(40-50)°C. (Патент RU №2178432 C1. Композиция для получения амортизирующего материала. - МПК: C08L 83/04, C08K 13/02, C08K 3:20, C08K 3:30, C08K 5:55. - Опубл. 20.01.2002).
Недостатком известных композиций является дефицит и дороговизна полимерной основы, содержащей модифицирующие диэтил- или органоэтилсилоксановые звенья, а также использование в рецептуре диэтилсилоксановых олигомеров.
3
7
3
2
n
m
j
3
0,5
k
2
p
1,5
q
Известна композиция для получения амортизирующего материала на основе смеси полидиметилдиорганосилоксана, имеющего мол.м. (250-2000)·10, общей формулы HO{[(CH)SiO][(R'R"SiO]}H, где R' - метил или этил; R" - этил, изопропил или фенил; n=30-50, m/(m+n)=0,035-0,120; j=50-350, в качестве основы, и олигоорганосилоксана с мол.м. 270-2000 формулы (RSiO)(RSiO)(RSi0), где R - этил; k - 0,88-1,90; р - 3,70-85,60; q - 0-2,78, в соотношении от 9:1 до 2:3 соответственно, при следующем содержании компонентов, мас.ч.: смесь полидиметилдиорганосилоксана и олигоорганосилоксана - 100; борсодержащее вещество, включающее борную кислоту или ее эфир, - 1,0-10,0; и инертные наполнители, включающие оксиды или сульфиды металлов либо графит - 5,0-30,0 и полиоксиалкиленгликоль в качестве антиадгезива - 0,1-5,0. Техническим результатом является высокая морозостойкость и заданная консистенция. (Патент RU №2217454 C1. Композиция для получения амортизирующего материала. - МПК: C08L 83/04. - Опубл. 27.11.2003). Данное изобретение принято за прототип.
Недостатком известной композиции, принятой за прототип, является дефицит и дороговизна полимерной основы, имеющей в своем составе диэтил- или органоэтилсилоксановые звенья. Заданная консистенция известного амортизирующего материала достигается за счет использования в рецептуре диэтилсилоксановых олигомеров, которые также дефицитны и дороги. Из-за отсутствия сырья в России, к сожалению, в настоящее время промышленные выпуски амортизирующих материалов, полученных с использованием силоксанов, модифицированных этильными звеньями, прекращены. За рубежом диэтилсилоксаны не производятся.
Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка композиции амортизирующего материала на доступном сырье требуемой консистенции и морозостойкости с возможностью использования ее, например, в автосцепных устройствах железнодорожного транспорта, которая должна соответствовать пенетрации 160-220 усл.ед. и отсутствию кристаллизации материала при температуре минус 80°C в течение двух часов.
Техническим результатом заявляемого технического решения является разработка композиции амортизирующего материала, обеспечивающего пенетрацию 160-220 усл.ед. и отсутствие кристаллизации при температуре минус 80°C в течение двух часов.
Технический результат достигается тем, что, в известной композиции амортизирующего материала на основе полиорганосилоксана, содержащей борную кислоту или ее эфир в качестве борсодержащей компоненты, оксид железа в качестве наполнителя и антиадгезив, согласно предложенному техническому решению,
в качестве основы она содержит полидиметилдифенилсилоксановый каучук общей формулы:
2
n
2
m
k
HO[(MeSiO)(PhSiO)]H
где: n, m - мольное содержание звеньев, n+m=100 при m=4,0÷12,0, k=44÷69,
а также дополнительно содержит диоксид титана в качестве полуусиливающего наполнителя, волластонит в качестве усиливающего наполнителя и оксид магния в качестве загустителя, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
полидиметилдифенилсилоксановый каучук
- 100,0
борная кислота или ее эфир
в качестве борсодержащей компоненты
- 0,1-1,0
диоксид титана
- 5,0-15,0
оксид магния
- 0,1-1,5
оксид железа
- 0,5-3,0
волластонит
- 2,0-15,0
антиадгезив
- 3,5-12,0.
В качестве антиадгезива композиция содержит смесь талька с фторопластом в соотношении, мас.ч.:
тальк
- 3,0-10,0
фторопласт
- 0,5-2,0.
Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявляемой композиции амортизирующего материала, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствуют условию патентоспособности «изобретательский уровень».
В соответствии с заявляемым изобретением для получения композиции амортизирующего материала используются следующие реагенты:
каучук синтетический термо-, морозостойкий, СКТФ, ТУ 2294-054-05766764-2003, в качестве полидиметилдифенилсилоксанового каучука;
борная кислоту или ее эфир в качестве борсодержащей компоненты, ГОСТ 9656-75;
волластонит, ТУ 5726-001-4555550-99;
оксид магния, ГОСТ 4526-75;
диоксид титана, ГОСТ 9808-84;
оксид железа, ТУ 2322-166-05011907-98;
тальк, ГОСТ 39284-79;
фторопласт, ГОСТ 10007-80.
Композицию амортизирующего материала получают в смесителе, имеющем две Z-образные мешалки, путем смешения каучука СКТФ с борсодержащей компонентой при температуре 70-80°C в течение 1 часа с последующим добавлением волластонита, оксида магния, диоксида титана, оксида железа, талька и фторопласта, которые продолжают смешивать еще в течение 1 часа. Рецептуры полученных композиций амортизирующего материала приведены в табл.1 из расчета на 100 мас.ч. каучука СКТФ.
Оценка качества полученных композиций амортизирующего материала проводилась в соответствии с общепринятыми методиками по следующим показателям:
пенетрация, по ГОСТ 5346-78 метод В.
низкотемпературные свойства материала, методом ДТА путем фиксирования теплового эффекта при термостатировании в криостате с температурой минус 80°C в течение двух часов.
Таблица 1.
№ примера
Каучук СКТФ, значения
Борсодержащая компонента, мас.ч.
Волластонит, мас.ч.
Оксид магния, мас.ч.
Диоксид титана, мас.ч.
Оксид железа, мас.ч.
Тальк, мас.ч.
Фторопласт, мас.ч.
m
k
1
12,0
33,0
0,1
5,0
1,5
15,0
0,5
10,0
2,0
2
5,2
48,7
0,3
15,0
0,3
8,0
3,0
3,0
0,5
3
3,5
69,0
1,0
2,0
0,1
5,0
1,2
5,0
1,0
4
4,0
55,0
0,5
7,0
0,5
8,0
1,0
8,0
0,5
5
8,7
49,9
0,3
5,0
0,5
8,0
1,0
3,0
0,5
6
10,0
42,0
0,1
10,0
0,7
8,0
1,0
5,0
0,5
7
4,6
69,0
1,0
2,0
0,1
5,0
1,2
5,0
1,0
В табл.2 представлены свойства композиций амортизирующего материала и прототипа.
Таблица 2.
Примеры исполнения, №
Пенетрация, усл.ед.
Кристаллизация
1
160
отсутствует
2
198
отсутствует
3
215
присутствует
4
220
отсутствует
5
205
отсутствует
6
187
отсутствует
7
210
отсутствует
Прототип
207
отсутствует
Как видно из табл.2, композиции амортизирующего материала, полученные по приведенным рецептурам, по своим свойствам не уступают прототипу, но они получены на основе доступного и выпускаемого в промышленном масштабе полидиметилдифенилсилоксанового каучука СКТФ.
Выпуск композиции амортизирующего материала на основе полидиметилдифенилсилоксанового каучука СКТФ освоен на ОАО «Казанский завод синтетического каучука». Композиции амортизирующего материала, полученные по предлагаемой рецептуре, прошли успешную апробацию у потребителей.