Композиционный полимерный материал на основе полиариленэфиркетона
COMPOSITE POLYMER MATERIAL BASED ON POLYARYLENE ETHER KETONE

Изобретение относится к области химии полимеров, в частности к созданию композиционного полимерного материала на основе полиариленэфиркетона и может быть использовано при производстве изделий различного назначения, в том числе медицинского назначения, например для изготовления аппаратов внешней фиксации при лечении пациентов в условиях хирургических и травматолого-ортопедических стационаров.
Известен композиционный полимерный антифрикционный материал на основе полиамида, содержащий в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно или смесь углеродного волокна со стекловолокном (см. патент РФ №2559454, C08J 5/16, 10.08.2015.).
Однако, известный композиционный полимерный антифрикционный материал при своем использовании имеет следующие недостатки:
2
- недостаточной ударной вязкостью по Шарпи на образцах без надреза (45-55,8 кДж/м),
- недостаточным пределом прочности при сжатии (160-180 МПа),
- недостаточным разрушающим напряжением при растяжении (174-201 МПа),
- не может быть использован для изготовления изделий различного медицинского назначения, например для изготовления аппаратов внешней фиксации.
Известен используемый для изготовления вкладышей трения композиционный полимерный антифрикционный материал на основе полиамида, или полипропилена, или полиэтилена, или поливинилсульфида, или полиимида или их производных, содержащий в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно или смесь углеродного волокна со стекловолокном, а также хаотично расположенные углеродные нанотрубки (см. патент РФ 2595135, B61G 9/20, 20.08.2016).
Однако известный композиционный полимерный антифрикционный материал при своем использовании имеет следующие недостатки:
2
- недостаточной ударной вязкостью по Шарпи на образцах без надреза (45-55,8 кДж/м),
- недостаточным пределом прочности при сжатии (160-175 МПа),
- недостаточным разрушающим напряжением при растяжении (174-201 МПа),
- недостаточным разрушающим напряжением при изгибе (177-200 МПа),
- не может быть использован для изготовления изделий различного медицинского назначения, например для изготовления аппаратов внешней фиксации.
Известен выбранный в качестве прототипа композиционный материал на основе термопластичного полимера, содержащий в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно или смесь углеродного волокна со стекловолокном, а также хаотично расположенные углеродные нанотрубки, (см. патент РФ 2654948, C08J 3/00, 23.05.2018).
Однако известный композиционный материал при своем использовании имеет следующие недостатки:
2
- недостаточной ударной вязкостью по Шарпи на образцах без надреза (64-65 кДж/м),
- недостаточным пределом прочности при сжатии (185-190 МПа),
- недостаточным разрушающим напряжением при изгибе (177-200 МПа),
- не может быть использован для изготовления изделий различного медицинского назначения, например для изготовления аппаратов внешней фиксации.
Задачей изобретения является создание композиционного полимерного материала на основе полиариленэфиркетона.
Техническим результатом при использовании композиционного полимерного материала на основе полиариленэфиркетона является повышение разрушающего напряжения при сжатии при сохранении заданного уровня разрушающего напряжения при растяжении, повышение ударной вязкости по Шарпи на образцах без надреза, повышение модуля упругости при изгибе, а также возможность использования для изготовления изделий различного медицинского назначения, например аппаратов внешней фиксации.
Технический результат достигается тем, что предложен композиционный полимерный материал на основе полиариленэфиркетона, содержащий полимерную основу и углеродный наполнитель, при этом содержит в качестве наполнителя углеродное волокно, полученное из высокомолекулярного гидрат-целлюлозного волокна, при этом в качестве углеродного волокна материал содержит рубленые жгуты или нити длиной от 50 до 500 мкм, а в качестве основы композиционного полимерного композиционного материала содержит полиарилэфиркетон, выбранный из группы полиэфиркетон, или полиэфирэфиркетон, или полиэфиркетонкетон, или полиэфирэфиркетонкетон, или полиэфиркетонэфиркетонкетон, или композицию на основе полиэфиркетона, содержащую 20-80 мас. % полиэфирэфиркетона, или композицию на основе полиэфиркетона, содержащую 20-80 мас. % полиэфиркетонкетона, или композицию на основе полиэфиркетона, содержащую 20-80 мас. % полиэфирэфиркетонкетона, или композицию на основе полиэфиркетона, содержащую 20-80 мас. полиэфиркетонэфиркетонкетона, или композицию на основе полиэфирэфиркетона, содержащую 20-80 мас. % полиэфиркетонкетона, или композицию на основе полиэфирэфиркетона, содержащую 20-80 мас. % полиэфирэфиркетонкетона, или композицию на основе полиэфирэфиркетона, содержащую 20-80 мас. % полиэфиркетонэфиркетонкетона, или композицию на основе полиэфиркетонкетона, содержащую 20-80 мас. % полиэфирэфиркетонкетона, или композицию на основе полиэфирэфиркетона, содержащую 20-80 мас. % полиэфиркетонэфиркетонкетона или композицию на основе полиэфирэфиркетонкетона, содержащую 20-80 мас. % полиэфиркетонэфиркетонкетона, при следующем количественном содержании компонентов, мас. %:
углеродное волокно
8,2-43,8,
полимерная основа
остальное до 100%.
Среди признаков, характеризующих предложенный композиционный полимерный материал на основе полиариленэфиркетона, существенными являются:
- содержание в качестве наполнителя углеродного волокна, полученного из высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна, при этом в качестве углеродного волокна материал содержит рубленые жгуты или нити длиной от 50 до 500 мкм,
- содержание в качестве основы композиционного полимерного композиционного материала полиарилэфиркетона, выбранного из группы полиэфиркетон, или полиэфирэфиркетон, или полиэфиркетонкетон, или полиэфирэфиркетонкетон, или полиэфиркетонэфиркетонкетон, или композицию на основе полиэфиркетона, содержащую 20-80 мас. % полиэфирэфиркетона, или композицию на основе полиэфиркетона, содержащую 20-80 мас. % полиэфиркетонкетона, или композицию на основе полиэфиркетона, содержащую 20-80 мас. % полиэфирэфиркетонкетона, или композицию на основе полиэфиркетона, содержащую 20-80 мас. полиэфиркетонэфиркетонкетона, или композицию на основе полиэфирэфиркетона, содержащую 20-80 мас. % полиэфиркетонкетона, или композицию на основе полиэфирэфиркетона, содержащую 20-80 мас. % полиэфирэфиркетонкетона, или композицию на основе полиэфирэфиркетона, содержащую 20-80 мас. % полиэфиркетонэфиркетонкетона, или композицию на основе полиэфиркетонкетона, содержащую 20-80 мас. % полиэфирэфиркетонкетона, или композицию на основе полиэфирэфиркетона, содержащую 20-80 мас. % полиэфиркетонэфиркетонкетона или композицию на основе полиэфирэфиркетонкетона, содержащую 20-80 мас. % полиэфиркетонэфиркетонкетона,
- следующее количественное содержание компонентов, мас. %:
углеродное волокно
8,2-43,8,
полимерная основа
остальное до 100%,
2
Экспериментальные исследования предложенного композиционного полимерного материала на основе полиариленэфиркетона показали его высокую эффективность. Было установлено, что предложенный композиционный полимерный материал на основе полиариленэфиркетона обладает повышенным разрушающим напряжением при сжатии 194-218 МПа при сохранении заданного уровня разрушающего напряжения при растяжении 180-210 МПа, повышенной ударной вязкостью по Шарпи на образцах без надрез 70-74 кДж/м, а также достигнут заданный уровень модуля упругости при изгибе 4,85-5,18 ГПа. Одновременно было установлено, что изготовленные из предложенного композиционного полимерного материала на основе полиариленэфиркетона изделия различного медицинского назначения показали возможность их практического использования, например для аппаратов внешней фиксации.
Исследования ударной вязкости проводилось на маятниковом копре по методу Шарпи на образцах типа 2 без надреза по ГОСТ 4647-80.
Технология изготовления из предложенного композиционного полимерного материала изделий медицинского назначения, в том числе различных деталей комплекта медицинского аппарата внешней фиксации, применяемого при лечении травматологических больных, является традиционной и не требует применения специфического технологического оборудования.
В таблице 1 представлены экспериментальные составы предложенного композиционного полимерного материала на основе полиариленэфиркетона, а также показаны его штатные характеристики, которые показывают, что предложенный композиционный полимерный материал на основе полиариленэфиркетона обладает необходимым сочетанием механических свойств. При этом может быть использован для изготовления различных изделий медицинского назначения.