СОСТАВЫ ИЗ ПОЛИФЕНИЛСУЛЬФОНА И ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
COMPOSITIONS FROM POLYPHENYLSULPHONE AND POLYTETRAFLUOROETHYLENE AND THEIR APPLICATION

Настоящее изобретение касается смеси полифенилсульфона (ПФСУ) и политетрафторэтилена (ПТФЭ) для изготовления снижающих трение лент, которые находят применение в качестве промежуточного слоя для уменьшения трения в гибких трубопроводах для текучего материала, как, например, в трубопроводах для нефтепродуктов (противоизносные ленты, anti-wear-tapes).
В британской заявке GB 2441066 (Technip France) описана гибкая труба многослойного строения для транспортировки углеводородов. Между металлическими лентами, по меньшей мере частично подвижными относительно друг друга, размещена пластиковая лента, уменьшающая трение, которая состоит из аморфного полимера с температурой стеклования 175-225°C. Лента состоит из полифенилсульфона (ПФСУ) и перфторированного полимера и простого полиэфирэфиркетона (ПЭЭК). В особой форме исполнения изобретения смешивают 85% полифенилсульфона (ПФСУ) с 15% политетрафторэтилена (ПТФЭ) и экструдируют из нее ленты толщиной 1,5 мм и шириной около 1 м. О молекулярной массе применяемых пластиков ничего не сказано.
В патенте США US 2005/0229991 описана сходная с таковой в заявке GB 2441066 конструкция, но материал промежуточного слоя в этом случае представляет собой эластомерный термопластичный полимер, как, например, стирол-бутадиен-стирольный каучук (СБС), стирол-этилен-бутадиен-стирольный сополимер (СЭБС) или полимер ЭПДМ (этилен-пропилен-диен), либо же полибутадиен, полиизопрен или сополимер полиэтилена с бутиленом.
Таким образом, с учетом описанного уровня техники была поставлена задача найти материал и/или смесь материалов для лент, снижающих трение в трубопроводах для нефтепродуктов, который лучше подходит к имеющимся в них условиям (температура ок. 130 градусов Цельсия, давление 300-400 бар), чем материалы уровня техники.
Решение задачи согласно изобретению удается найти путем представления гомогенной смеси полифенилсульфона (ПФСУ) и политетрафторэтилена (ПТФЭ) особо высокой молекулярной массы и с малым размером или соответственно узким распределением размера зерна. Применяемый ПТФЭ отличается особо высокой молекулярной массой. Он, однако, особо удобен для введения в пластмассы конструктивного назначения (Engineering Plastics), которые обрабатывают при очень высоких температурах плавления.
Решающим при всей разработке решения согласно изобретению было то, что обеспечить желательный эффект на весь срок применения, по мере которого уменьшается толщина ленты, а также обеспечить особо сбалансированные механические свойства как в направлении экструзии, так и поперек него, можно только посредством очень равномерного и мелкодисперсного распределения ПТФЭ по всему сечению матрикса ПФСУ.
Полифенилсульфон (ПФСУ)
В качестве ПФСУ применяют полифенилсульфон, который поступает в торговлю под маркой RADEL R от фирмы Solvay Advanced Polymers.
Повторяющаяся структурная единица полимера имеет следующую формулу:
Речь в этом случае идет о прозрачной высокопрочной пластмассе, обладающей очень малой чувствительностью к разрывам при напряжении, очень высокой ударной вязкостью образца с надрезом, в том числе и после теплового старения, и превосходной химической устойчивостью. Применяемый RADEL R 5000 nt - это не обладающий огнезащитой ПФСУ, который удовлетворяет не всем требованиям авиации.
Его применяют для изготовления деталей медицинской техники, в химической промышленности и в санитарно-техническом оборудовании.
3
2
2
Плотность полимера составляет 1,29 г/см при измерении согласно ISO 1183, напряжение при пределе текучести 70 МПа, измеренном по ISO 527, растяжение при разрыве 60% при измерении согласно ISO 527, модуль упругости на растяжение 2340 МПа, измеренный по ISO 527, ударная вязкость образца с надрезом по IZOD при 23°C составляет 49,4 кДж/м, измеренная по ISO 180/1 А, ударная вязкость образца с надрезом по Шарли при 23°C равна 58,3 кДж/м, измерение по ISO 179/1еА.
-4
-4
15
Диэлектрическая проницаемость при 50 Гц составляет 3,4, будучи измерена согласно IEC 60250, при 1 МГц диэлектрическая проницаемость составляет 3,5, будучи измерена согласно IEC 60250, коэффициент диэлектрических потерь при 50 Гц составляет 6·10, будучи измерен согласно IEC 60250, коэффициент диэлектрических потерь при 1 МГц составляет 76·10, будучи измерен согласно IEC 60250, диэлектрическая прочность на пробой составляет 15 кВ/мм, будучи измерена согласно IEC 60243-1, в соответствии с ASTM. Толщина для прочности на пробой составляет 3,2 мм, а удельное объемное сопротивление согласно IEC 60093 равняется 9·10 Ом·м.
-6
Продольное растяжение вдоль/поперек направления течения составляет 55·10/K, будучи измерено согласно ISO 11359, температура плавления либо же стеклования, будучи измерена согласно ISO 11357, равна 215°C, сохранение формы при нагреве А находится на уровне 207°C, будучи измерено согласно ISO 75 HDT/A (1,8 МПа), сохранение формы при нагреве В находится на уровне 214°C, будучи измерено согласно ISO 75 HDT/A (0,45 МПа), максимальная температура (краткосрочное воздействие) составляет 180°C, максимальная температура (длительное воздействие) составляет 160°C (тепловое старение согласно UL 746 (RTI) Mechanical W/O Imp., 40000 ч). Минимальная температура применения равняется - 100°C.
В частности, настоящее изобретение касается смеси полифенилсульфона и политетрафторэтилена для изготовления деталей, отличающейся тем, что содержание ПТФЭ в смеси составляет от 1% масс. до 15% масс., а содержание в смеси ПФСУ составляет от 99% масс. до 85% масс.
Предпочтительно, чтобы содержание ПТФЭ в смеси составляло от 2% масс, до 10% масс., а содержание в смеси ПФСУ находилось между 98% масс. и 90% масс.
Крайне предпочтительно, чтобы содержание ПТФЭ в смеси составляло от 5% масс. до 10% масс., а содержание в смеси ПФСУ находилось между 95% масс. и 90% масс.
Кроме того, настоящее изобретение касается способа изготовления формованных изделий из синтетического материала, отличающегося тем, что два синтетических материала ПФСУ и ПТФЭ смешивают друг с другом и экструдируют. В частности, настоящее изобретение касается способа, при реализации которого два синтетических материала ПФСУ и ПТФЭ смешивают друг с другом в экструдере при температуре от 340 до 385 градусов Цельсия, полученный компаунд гранулируют, а гранулят экструдируют при температуре шнека от 370 до 390 градусов Цельсия с получением формованных изделий из синтетического материала.
В особенности способ изготовления формованных изделий из синтетического материала согласно изобретению отличается тем, что два синтетических материала ПФСУ и ПТФЭ смешивают друг с другом в экструдере при температуре от 345 до 385 градусов Цельсия, полученный компаунд гранулируют, а гранулят экструдируют при температуре шнека от 375 до 390 градусов Цельсия с получением формованных изделий из синтетического материала.
Кроме того, настоящее изобретение касается применения смеси, соответствующей вышеприведенному описанию, для изготовления противоизносных лент (anti-wear-tapes).
Эти противоизносные ленты получают экструзией смеси, соответствующей вышеприведенному описанию.
Настоящее изобретение касается также трубопровода для текучего материала, отличающегося тем, что трубопровод оснащен по меньшей мере одной такой описанной выше противоизносной лентой.
Политетрафторэтилен (ПТФЭ)
В качестве высокомолекулярного политетрафторэтилена (ПТФЭ) применяют политетрафторэтилен чрезвычайно мелкой зернистости типа Zonyl MP 1300. Этот ПТФЭ особо удобен в применении в качестве добавки в смеси полимеров на основе высокотемпературных термопластов.
Примеры
Примеры компаундирования
Смесь 95% масс. - 60% масс. ПФСУ и 40% масс. - 5% масс. ПТФЭ компаундировали следующим образом.
В двухшнековом экструдере (изготовитель и модель: Werner & Pfleiderer ZSK25 WLE (К4)) расплавили и дегазировали ПФСУ при температуре шнека 345°C-380°C и при скорости вращения 250 оборотов в минуту; ПТФЭ добавили через боковое вводное отверстие.
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Пример 4
Пример 5
ПФСУ (% масс.)
95
95
80
60
60
ПТФЭ (% масс.)
5
5
20
40
40
Температура цилиндра (°C)
345
380
380
380
380
Скорость вращения (об/мин)
200
200
200
200
200
Вакуум (мбар, абс.)
600
600
600
600
600
Полученный компаунд подвергали грануляции.
Пластину согласно изобретению можно изготавливать способом, известным как таковой, путем экструзии из полученного на первом этапе гранулята.
Для этого создают расплав, пластифицированный термическим способом (при простой экструзии - с помощью одного экструдера, а при совместной экструзии - с помощью нескольких экструдеров), и загружают его в экструзионный инструмент. Между экструдером и экструзионным соплом можно (известным способом) располагать дополнительные устройства, как то: насос для расплава и/или фильтр для расплава. Экструдированные ленты можно затем подавать в каландр или на калибровочное устройство.
Гранулят снова плавили и экструдировали из него ленты длиной 1000 мм, шириной 150 мм и толщиной 1,5 мм. Температура расплава составляла ок. 385 градусов Цельсия.
Примеры экструзии
Пример 6 касается ленты с составом из примера 1, гранулят экструдировали в ленту при температуре расплава 347 градусов Цельсия.
Пример 7 касается ленты с составом из примера 1, гранулят экструдировали в ленту при температуре расплава 379 градусов Цельсия.
Пример 8 касается ленты с составом из примера 1, гранулят экструдировали в ленту при температуре расплава 380 градусов Цельсия.
Пример 9 касается ленты с составом из примера 2, гранулят экструдировали в ленту при температуре расплава 347 градусов Цельсия.
Пример 10 касается ленты с составом из примера 2, гранулят экструдировали в ленту при температуре расплава 358 градусов Цельсия.
Пример 11 касается ленты с составом из примера 1, гранулят экструдировали в ленту при температуре расплава 350 градусов Цельсия.
Пример 12 касается ленты с составом из примера 4 или 5, гранулят экструдировали в ленту при температуре расплава 352 градусов Цельсия.
Характерные механические показатели полученных лент были следующими:
Пример 6
Пример 7
Пример 8
Пример 9
Пример 10
Пример 11
Пример 12
Модуль упругости в направлении экструзии (МПа)
2,174
2,183
2,135
2,174
2,152
2,188
2,172
Модуль упругости поперек направления экструзии (МПа)
2,166
2,118
2,170
2,127
2,145
2,190
2,184
Шарпи
излома нет
излома нет
излома нет
излома нет
излома нет
излома нет
излома нет
Гарднер
>18
>18
>18
>18
>18
>18
>18
Коэффициент трения, статический, верхняя поверхность
0,37
0,35
0,3
0,29
0,23
0,26
0,26
Коэффициент трения, статический, нижняя поверхность
0,24
0,23
0,25
0,24
0,25
0,2
0,22
Коэффициент трения, динамический, верхняя поверхность
0,34
0,35
0,26
0,28
0,2
0,26
0,21
Коэффициент трения, динамический, нижняя поверхность
0,19
0,21
0,22
0,22
0,24
0,15
0,2
Методы
Модуль упругости определяли согласно ISO 527-2/1 ВА/0,5, ударную вязкость по Шарпи - согласно ISO 179-1/1еА, тест Гарднера проводили согласно ASTM D 5420, а коэффициенты трения измеряли согласно ISO 8295.
Полученная смесь пригодна для изготовления противоизносных лент, применяемых для изготовления трубопроводов для текучих материалов, например гибких трубопроводов для нефтепродуктов.