RU2509786C2 - Method of producing polymer composition for pipes - Google Patents
Method of producing polymer composition for pipes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2509786C2 RU2509786C2 RU2012118310/05A RU2012118310A RU2509786C2 RU 2509786 C2 RU2509786 C2 RU 2509786C2 RU 2012118310/05 A RU2012118310/05 A RU 2012118310/05A RU 2012118310 A RU2012118310 A RU 2012118310A RU 2509786 C2 RU2509786 C2 RU 2509786C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pe80b
- temperature
- polyethylene
- composite
- reinforcing filler
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title description 22
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 26
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims abstract description 23
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract 7
- 239000012763 reinforcing filler Substances 0.000 claims abstract 5
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 26
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 26
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229920001684 low density polyethylene Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004702 low-density polyethylene Substances 0.000 claims description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 abstract description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 17
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 5
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 5
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004953 Aliphatic polyamide Substances 0.000 description 3
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 3
- 229920003231 aliphatic polyamide Polymers 0.000 description 3
- 230000002902 bimodal effect Effects 0.000 description 3
- 239000012765 fibrous filler Substances 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 3
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 3
- LIKMAJRDDDTEIG-UHFFFAOYSA-N 1-hexene Chemical compound CCCCC=C LIKMAJRDDDTEIG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KWKAKUADMBZCLK-UHFFFAOYSA-N 1-octene Chemical compound CCCCCCC=C KWKAKUADMBZCLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WSSSPWUEQFSQQG-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-1-pentene Chemical compound CC(C)CC=C WSSSPWUEQFSQQG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 2
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 2
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 2
- 101150096674 C20L gene Proteins 0.000 description 1
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 description 1
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 102220543923 Protocadherin-10_F16L_mutation Human genes 0.000 description 1
- 229920001131 Pulp (paper) Polymers 0.000 description 1
- 101100445889 Vaccinia virus (strain Copenhagen) F16L gene Proteins 0.000 description 1
- 101100445891 Vaccinia virus (strain Western Reserve) VACWR055 gene Proteins 0.000 description 1
- 239000011954 Ziegler–Natta catalyst Substances 0.000 description 1
- 150000001252 acrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 239000003831 antifriction material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- NJLLQSBAHIKGKF-UHFFFAOYSA-N dipotassium dioxido(oxo)titanium Chemical compound [K+].[K+].[O-][Ti]([O-])=O NJLLQSBAHIKGKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N n-Octanol Natural products CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N olefin Natural products CCCCCCCC=C JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- CWBIFDGMOSWLRQ-UHFFFAOYSA-N trimagnesium;hydroxy(trioxido)silane;hydrate Chemical compound O.[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].O[Si]([O-])([O-])[O-].O[Si]([O-])([O-])[O-] CWBIFDGMOSWLRQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006163 vinyl copolymer Polymers 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002166 wet spinning Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области полимерного материаловедения, а именно к получению композиционно-волокнистых материалов, содержащих рубленые волокна, и может быть использовано для изготовления полимерной композиции для труб, применяющихся в различных отраслях народного хозяйства, в технике, в строительстве, в коммунальном хозяйстве, в промышленности, например, для транспортировки воды, пульп, газа, нефтепродуктов.The invention relates to the field of polymer materials science, namely to the production of composite fibrous materials containing chopped fibers, and can be used to produce a polymer composition for pipes used in various sectors of the economy, in engineering, in construction, in public utilities, in industry , for example, for transporting water, pulps, gas, oil products.
Уровень техникиState of the art
Известна антифрикционная полимерная композиция, включающая смесь алифатического полиамида, содержащего волокнистый углеродный наполнитель, с полиэтиленом низкого давления, анаэробный герметик Анатерм-Iy на основе олигокарбонатокрилатов и твердую силикатную смазку, в качестве которой используют, например, тальк, при следующем соотношении компонентов, мас.%: волокнистый углеродный наполнитель 4,5-23,9; полиэтилен низкого давления 8,0-18,0; анаэробный герметик Анатерм-Iy на основе олигокарбонатокрилатов 0,3-2,4; твердая смазка (например, тальк) 2,0-4,0; алифатический полиамид - остальное (1. Недиков В.П., Гнусов Ю.В. Антифрикционная полимерная композиция (варианты) и способ ее получения. Патент РФ №2114875, МПК C08L 23/12, дата подачи заявки 25.04.1997. - М.: 1998).Known antifriction polymer composition, comprising a mixture of an aliphatic polyamide containing a carbon fiber filler, with low-pressure polyethylene, an anaerobic sealant Anaterm-Iy based on oligocarbonate acrylates and solid silicate lubricant, which is used, for example, talc, in the following ratio, wt.% : fibrous carbon filler 4.5-23.9; low pressure polyethylene 8.0-18.0; Anaterm-Iy anaerobic sealant based on 0.3-2.4 oligocarbonate; solid lubricant (e.g. talc) 2.0-4.0; aliphatic polyamide - the rest (1. Nedikov VP, Gnusov Yu.V. Antifriction polymer composition (options) and the method for its preparation. RF patent №2114875, IPC C08L 23/12, application filing date 04/25/1997. - M. : 1998).
Композиция обладает достаточно высокими прочностными показателями и используется в качестве конструкционного и антифрикционного материала. Однако при использовании данной полимерной композиции высокие прочностные характеристики реализуются не полностью, в частности, волокнистый углеродный наполнитель, присутствующий в композиции, вызывает повышенную хрупкость полимерного материала и, тем самым, снижает его твердость и прочность. Твердая смазка, в качестве которой используют силикатный компонент, например тальк, в количестве 2,0-4,0 мас.% не обеспечивает необходимое заполнение остаточной пористости, что не позволяет образовать прочные связи между компонентами полимерной композиции. Кроме того, данная полимерная композиция имеет низкую ударную вязкость, что предполагает ограниченное применение композиции в изделиях, работающих при ударных нагрузках или требующих механической обработки, в частности нарезки резьбы на специализированном оборудовании.The composition has a fairly high strength characteristics and is used as a structural and anti-friction material. However, when using this polymer composition, high strength characteristics are not fully realized, in particular, the fibrous carbon filler present in the composition causes increased fragility of the polymer material and, thereby, reduces its hardness and strength. Solid lubricant, which is used as a silicate component, for example talc, in an amount of 2.0-4.0 wt.% Does not provide the necessary filling of residual porosity, which does not allow the formation of strong bonds between the components of the polymer composition. In addition, this polymer composition has a low impact strength, which implies a limited use of the composition in products operating under shock loads or requiring mechanical processing, in particular threading on specialized equipment.
Известна полимерная композиция конструкционного назначения, включающая полиэтилен низкого давления, волокнистый наполнитель и силикатную смазку, линейный полиэтилен высокого давления и скользящую добавку на полимерной основе Booster РО. В качестве волокнистого наполнителя и силикатной смазки используют коротковолокнистый хризотил-асбест с длиной волокон 0,1 и 1,35 мм, взятых в соотношении 1:6. Скользящая добавка на полимерной основе Booster РО состоит из олефиновых эластомеров, сополимера этилена и вторичного винилового сополимера, полиэтилена. Изделия, изготовленные из упомянутой полимерной композиции, обладают повышенными физико-механическими характеристиками и эксплуатационными свойствами при низких и высоких температурах (2. Шуклин В.Н., Беленков В.Н., Бурындин В.Г., Мухин Н.М. Полимерная композиция. Патент РФ №2356919, МПК C08L 23/00, дата подачи заявки 01.10.2007. - М.: 2009). Однако данная полимерная композиция имеет ограниченные области применения (преимущественно для изготовления предохранительных деталей резьбовых частей труб), что связано с технологическими сложностями при изготовлении композита, а также редкостью использованных компонентов.Known polymer composition for structural purposes, including low-pressure polyethylene, fiber filler and silicate lubricant, linear high-pressure polyethylene and a sliding additive on a polymer basis Booster PO. As a fibrous filler and silicate lubricant using short-fiber chrysotile asbestos with a fiber length of 0.1 and 1.35 mm, taken in a ratio of 1: 6. Polymer-based sliding additive Booster PO consists of olefin elastomers, a copolymer of ethylene and a secondary vinyl copolymer, polyethylene. Products made from the aforementioned polymer composition have improved physical and mechanical characteristics and operational properties at low and high temperatures (2. Shuklin V.N., Belenkov V.N., Buryndin V.G., Mukhin N.M. Polymer composition RF patent №2356919, IPC C08L 23/00, filing date of the application 01.10.2007. - M .: 2009). However, this polymer composition has limited applications (mainly for the manufacture of safety parts for threaded pipe parts), which is associated with technological difficulties in the manufacture of the composite, as well as the rarity of the components used.
Известна мультимодальная полимерная композиция, предназначенная для изготовления труб, которая содержит 92-99 мас.% бимодального полиэтилена и 1-8 мас.% сажи (3. Ээрилэ Яри Бэкман Мате. Полимерная композиция для труб. Патент РФ №2271373 МПК C04L 23/04, C04L 23/06, F16L 9/12. - 2006). Материал обладает высокой технологичностью, высоким сопротивлением быстрому распространению трещин и высоким максимально допустимым расчетным напряжением. Недостатком получения данной композиции - полиэтилена с заданным молекулярно-массовым распределением, который состоит из 42-55 мас.% низкомолекулярного гомополимера этилена, имеющего скорость течения расплава MFR2,1 от 350 до 1500 г/10 мин, и 58-45 мас.% высокомолекулярного сополимера этилена с 1-гексеном, 4-метил-1-пентеном, 1 октеном и/или 1-десеном, следует считать технологически сложный процесс получения бимодального полиэтилена: в предпочтительном варианте изобретения бимодальный полиэтилен производится с использованием многоступенчатого процесса. В частности, предпочтительным является процесс, включающий в себя каскад из реактора с циркуляцией и реактора газовой фазы, причем полимеризация происходит в присутствии катализатора Циглера-Натта. Это исключает широкое использование данной полимерной композиции и сильно удорожает готовую продукцию.Known multimodal polymer composition intended for the manufacture of pipes, which contains 92-99 wt.% Bimodal polyethylene and 1-8 wt.% Soot (3. Erile Yari Backman Mate. Polymer composition for pipes. RF patent №2271373 IPC C04L 23/04 , C04L 23/06, F16L 9/12. - 2006). The material has high manufacturability, high resistance to the rapid propagation of cracks and a high maximum allowable rated voltage. The disadvantage of obtaining this composition is polyethylene with a given molecular weight distribution, which consists of 42-55 wt.% Low molecular weight ethylene homopolymer having a melt flow rate MFR 2 , 1 from 350 to 1500 g / 10 min, and 58-45 wt.% of a high molecular weight copolymer of ethylene with 1-hexene, 4-methyl-1-pentene, 1 octene and / or 1-gum, the technologically complex process for producing bimodal polyethylene should be considered: in a preferred embodiment of the invention, bimodal polyethylene is produced using a multistage percent CCA. Particularly preferred is a process comprising a cascade of a loop reactor and a gas phase reactor, the polymerization taking place in the presence of a Ziegler-Natta catalyst. This eliminates the widespread use of this polymer composition and greatly increases the cost of finished products.
Известна полимерная композиция, содержащая термопластичный полимер (60-90 мас.), углеродное волокно (5-30 мас.) и монокристаллы титаната калия (5-30 мас.) (4. Лотар Прейс. Формовочная композиция. Патент СССР №580845. - 1977). Изделия, полученные из данной композиции, обладают пределом прочности при изгибе 1820 кгс/см2, ударной вязкостью 31 кгс/см/см2 и модулем эластичности 74500 кгс/см2.A known polymer composition containing a thermoplastic polymer (60-90 wt.), Carbon fiber (5-30 wt.) And single crystals of potassium titanate (5-30 wt.) (4. Lothar Preuss. Molding composition. USSR patent No. 588045. - 1977). Products obtained from this composition have a flexural strength of 1820 kgf / cm 2 , impact strength 31 kgf / cm / cm 2 and an elastic modulus of 74500 kgf / cm 2 .
Недостатком композиции является то, что изделия, полученные из нее, несмотря на высокие физико-механические и трибологические свойства, обладают высокой ползучестью.The disadvantage of the composition is that the products obtained from it, despite the high physical, mechanical and tribological properties, have high creep.
Известны композиции на основе усиленных термопластичных полимеров, содержащих в составе волокна углерода, полученные посредством пиролиза органических волокон, например волокон полиакрилонитрила или целлюлозных волокон.Known compositions based on reinforced thermoplastic polymers containing carbon fibers, obtained by pyrolysis of organic fibers, for example polyacrylonitrile fibers or cellulose fibers.
Углеродные волокна отличаются особенно высоким модулем эластичности и твердостью при низком удельном весе и могут быть получены различного качества. Они особенно интересны как усиливающий материал и применяются в областях, где требуются особенно высокоценные механические свойства, хорошая теплопроводность, низкий коэффициент растяжения.Carbon fibers are characterized by a particularly high modulus of elasticity and hardness with a low specific gravity and can be obtained in various qualities. They are especially interesting as a reinforcing material and are used in areas where particularly high-value mechanical properties, good thermal conductivity, and low tensile coefficient are required.
Например, полимерная композиция, предназначенная для изготовления изделий конструкционного назначения (5. Казаков М.Е., Рашкован И.А., Лычагин А.И. Полимерная композиция. Патент РФ №2067597. - 1996) и содержащая алифатический полиамид или полипропилен в количестве 70-96 мас.ч.; углеродное волокно на основе гидратцеллюлозы линейной плотности 205-520 текс и некрученое углеродное волокно на основе полиакрилонитрила с плотностью 130-410 текс, характеризуется снижением ползучести при сохранении высоких физико-механических свойств изделий, полученных из данной композиции.For example, a polymer composition intended for the manufacture of structural products (5. Kazakov M.E., Rashkovan I.A., Lychagin A.I. Polymer composition. RF Patent No. 2067597. - 1996) and containing aliphatic polyamide or polypropylene in an amount 70-96 parts by weight; carbon fiber based on cellulose hydrate with a linear density of 205-520 tex and untwisted carbon fiber based on polyacrylonitrile with a density of 130-410 tex, is characterized by a decrease in creep while maintaining high physical and mechanical properties of products obtained from this composition.
Известна полимерная композиция, содержащая алифатический полиамид-6 (ОСТ 6-060-9-85) в количестве 85,75 мас.%, углеволокнистый наполнитель в количестве 14,25 мас.%, представляющий собой крученое низкомодульное углеродное волокно на основе гидратцеллюлозы УВИСН-22, и неполярный полиэтилен в количестве 5 мас.% с массовой плотностью 0,95-1,0 г(6. Гаас В.А., Лычагин А.И., Иевлева А.К., Будницкий Г.А. Полимерная композиция. Патент РФ №2130470. - 1999). Технический результат указанных композиций (5, 6) - полимерный материал с улучшенными антифрикционными свойствами для изделий, работающих в условиях сухого трения, при сохранении требуемых физико-механических характеристик. Изделия, полученные из данных композиций, имеют высокие упругопрочностные показатели, однако они создавалась как самосмазывающиеся материалы, с улучшенными антифрикционными свойствами, предназначенные для изделий, работающих в условиях сухого трения при сохранении требуемых физико-механических характеристик, и не обладают достаточной влагостойкостью для использования их в качестве трубного материала.Known polymer composition containing aliphatic polyamide-6 (OST 6-060-9-85) in an amount of 85.75 wt.%, Carbon fiber filler in an amount of 14.25 wt.%, Which is a twisted low-modulus carbon fiber based on UVISN- 22, and non-polar polyethylene in an amount of 5 wt.% With a mass density of 0.95-1.0 g (6. Gaas V.A., Lychagin A.I., Ievleva A.K., Budnitsky G.A. Polymer composition RF Patent No. 2130470. - 1999). The technical result of these compositions (5, 6) is a polymeric material with improved anti-friction properties for products operating in dry friction, while maintaining the required physical and mechanical characteristics. Products obtained from these compositions have high elastic and strength characteristics, however, they were created as self-lubricating materials with improved antifriction properties, designed for products operating in dry friction while maintaining the required physical and mechanical characteristics, and do not have sufficient moisture resistance to be used in quality of pipe material.
Целью настоящего изобретения является разработка способа получения полимерной композиции для изготовления труб с применением доступных и не дорогих дополнительных ингредиентов с упрощенным технологическим циклом изготовления материала.The aim of the present invention is to develop a method for producing a polymer composition for the manufacture of pipes using available and not expensive additional ingredients with a simplified technological cycle of material production.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Для достижения поставленной цели предлагается технологический подход, основанный на трехстадийной технологии, предусматривающий на первом этапе смешение компонентов, на втором - механическое измельчение (перегрануляция), на третьем - экструзия или горячее прессование композиции. При этом рецептура композита состоит из двух составляющих: полиэтилен низкого давления ПЭ80Б и рубленные углеродные волокна из полиакрилонитрила или гидрата целлюлозы.To achieve this goal, a technological approach based on a three-stage technology is proposed, which provides for the mixing of components at the first stage, mechanical grinding (re-granulation) at the second, and extrusion or hot pressing of the composition at the third. In this case, the composite formulation consists of two components: low-pressure polyethylene PE80B and chopped carbon fibers from polyacrylonitrile or cellulose hydrate.
Гранулы полиэтилена низкого давления ПЭ80Б - 80-90 масс.% и волокна тип 1 или тип 2-10-20 мас.% смешивают в роторном смесителе при температуре 180°С и скорости вращения роторов 10 об/мин в течение 10 мин, затем механически измельчают композиционную смесь до размеров 2-5 мм (размер стандартного гранулированного материала) на лабораторной режущей мельнице, полученные гранулы экструдируют при следующем режиме: температура в зонах составляет 180-185°С, в головке 190°С, продолжительность - 20-25 мин, скорость вращения валков 30 об/мин или прессуют при температуре 180°С и нагрузке 180 кН.Granules of low pressure polyethylene PE80B - 80-90 wt.% And fibers of type 1 or type 2-10-20 wt.% Are mixed in a rotary mixer at a temperature of 180 ° C and a rotor speed of 10 rpm for 10 minutes, then mechanically the composite mixture is crushed to a size of 2-5 mm (the size of a standard granular material) in a laboratory cutting mill, the obtained granules are extruded in the following mode: the temperature in the zones is 180-185 ° C, in the head 190 ° C, the duration is 20-25 minutes, speed of rotation of the rolls 30 rpm or pressed at a temperature of 180 ° C and a load of 180 kN.
Материал готовят из следующих компонентов.The material is prepared from the following components.
ПЭ80Б -полиэтилен низкого давления средней плотности класса ПЭ80 (ТУ 2243-046-00203521-2004) - представляет собой гранулированный материал черного цвета плотностью при 20°С 945-953 кг/м3 и показателем текучести расплава при нагрузке 212 Н-6,5-16,0 г/10 мин и при нагрузке 49 Н - 0,35-0,70 г/10 мин и отличается повышенной стойкостью к старению при эксплуатации.PE80B - low-density polyethylene of medium density, class PE80 (TU 2243-046-00203521-2004) - is a granular material of black color with a density at 20 ° C of 945-953 kg / m 3 and a melt flow index at a load of 212 N-6.5 -16.0 g / 10 min and at a load of 49 N - 0.35-0.70 g / 10 min and is characterized by increased resistance to aging during operation.
Рубленные углеродные волокна представлены двумя типами.Chopped carbon fibers are represented by two types.
Тип 1 - волокно, синтезированное из полиакрилонитрила длиной 5-6 мм, диаметром 5,4-6,0 мкм и удельной поверхностью 1,811 м2/г (ГОСТ 280008-88). Полиакриловые волокна обладают довольно высокой прочностью (разрывное напряжение 250-400 МПа) и сравнительно большой растяжимостью (22-35%). Благодаря низкой гигроскопичности эти свойства во влажном состоянии не изменяются.Type 1 is a fiber synthesized from polyacrylonitrile with a length of 5-6 mm, a diameter of 5.4-6.0 μm and a specific surface area of 1.811 m 2 / g (GOST 280008-88). Polyacrylic fibers have a fairly high strength (tensile stress of 250-400 MPa) and relatively high elongation (22-35%). Due to the low hygroscopicity, these properties in the wet state do not change.
Тип 2 - волокно, синтезированное из гидрата целлюлозы, длиной 5-6 мм, диаметром 8,6-8,9 мкм и удельной поверхностью 1,316 м2/г (ТУ 1916-001-9637987-2009). Волокна на основе гидрата целлюлозы получаются методом мокрого формования из древесной целлюлозы. Начиная с 1959 г. эти волокна стали широко использоваться как сырье при получении высокопрочного, высокомодульного углеродного волокна для композиционных материалов. Графитизация волокон проводится при температуре свыше 2800°С. Волокна при этой температуре находятся очень короткое время, но за этот промежуток времени они могут дополнительно быть вытянуты на 100%. Эта вытяжка обеспечивает ориентацию надмолекулярной структуры, что позволяет достичь высоких физико-механических свойств углеродных волокон.Type 2 - fiber synthesized from cellulose hydrate, 5-6 mm long, 8.6-8.9 microns in diameter and specific surface area 1,316 m 2 / g (TU 1916-001-9637987-2009). Cellulose hydrate based fibers are obtained by wet spinning from wood pulp. Since 1959, these fibers have been widely used as raw materials in the production of high-strength, high-modulus carbon fiber for composite materials. Graphitization of fibers is carried out at temperatures above 2800 ° C. The fibers are at this temperature for a very short time, but during this period of time they can additionally be elongated by 100%. This hood provides orientation of the supramolecular structure, which allows to achieve high physical and mechanical properties of carbon fibers.
Применение технологии переграннуляции позволяет получить полиэтиленовый дисперсно-армированный композит с равномерно распределенным волокнистым наполнителем. Рубленные углеродные волокна обеспечивают получение трубного материала с улучшенными физико-механическими характеристиками за счет двойного действия рубленных углеродных волокон - дисперсного структурно-упрочняющего и повышающего несущую способность (армирующего). Кроме того, применение рубленного волокна позволяет получить дисперсно-армированную трубу используя только два технологических приема - получение перегранулированного материала и собственно экструдирование трубы, в то время как получение труб, армированных непрерывным волокном, или создание многослойных труб включает такие сложные технологические операции как формирование в процессе экструзии двух и более неодинаковых слоев в трубе, что приводит к образованию дефектов, прежде всего вздутий различного размера.The use of redistribution technology makes it possible to obtain a polyethylene dispersion-reinforced composite with a uniformly distributed fibrous filler. Chopped carbon fibers provide pipe material with improved physical and mechanical characteristics due to the double action of chopped carbon fibers - dispersed structurally strengthening and increasing the bearing capacity (reinforcing). In addition, the use of chopped fiber makes it possible to obtain a dispersion-reinforced pipe using only two technological methods — obtaining granulated material and extruding the pipe itself, while obtaining pipes reinforced with continuous fiber or creating multilayer pipes involves such complex technological operations as forming extrusion of two or more unequal layers in the pipe, which leads to the formation of defects, primarily blisters of various sizes.
Физико-механические характеристики композитов заявляемого состава определяли на стандартных образцах согласно ГОСТ 11262-80 и ГОСТ 4651-82. Испытания проводили на стандартной разрывной машине UTS-2 при скорости перемещения активных захватов 50 мм/мин при исследовании прочностных характеристик в условиях деформации растяжения и 2 мм/мин в случае деформации сжатия (установленная условная деформация сжатия составляла 25%).Physico-mechanical characteristics of the composites of the claimed composition were determined on standard samples according to GOST 11262-80 and GOST 4651-82. The tests were carried out on a standard UTS-2 tensile testing machine with an active gripper moving speed of 50 mm / min in the study of strength characteristics under tensile strain and 2 mm / min in the case of compression deformation (the established conditional compression deformation was 25%).
ПримерExample
Для получения полиэтиленового композита с массовой долей углеволокна 10 мас.% в 36 г полиэтилена добавляли 4 г рубленных углеродных волокон, синтезированных из полиакрилонитрила или из гидрата целлюлозы, помещали полученную смесь в печь, нагретую до температуры 180-200°С для предотвращения затвердевания, затем смесь измельчали до размеров 2-5 мм, полученный гранулированный композиционный материал экструдировали при температуре 180-185°С, в головке экструдера температура составляет 190°С, продолжительность процедуры - 20-25 мин, скорость вращения валков 30 об/мин либо прессовали при температуре 180°С и нагрузке 180 кН.To obtain a polyethylene composite with a mass fraction of carbon fiber of 10 wt.% In 36 g of polyethylene, 4 g of chopped carbon fibers synthesized from polyacrylonitrile or from cellulose hydrate were added, the resulting mixture was placed in an oven heated to a temperature of 180-200 ° C to prevent solidification, then the mixture was ground to a size of 2-5 mm, the obtained granular composite material was extruded at a temperature of 180-185 ° C, the temperature in the extruder head was 190 ° C, the duration of the procedure was 20-25 minutes, the rotation speed was lx 30 rpm or pressed at a temperature of 180 ° C and a load of 180 kN.
Трубный дисперсно-армированный материал заявляемого состава обладает повышенными прочностными характеристиками при растяжении либо сжатии в зависимости от концентрации и типа углеродных волокон (таблица 1).Dispersion-reinforced pipe material of the claimed composition has increased tensile or compressive strength characteristics depending on the concentration and type of carbon fibers (table 1).
Как видно из приведенных данных, высокими значениями модуля упругости и предела текучести при растяжении характеризуются композиты, содержащие 10 мас.% углеродного волокна синтезированного из полиакрилонитрила и гидрата целлюлозы. Высокими значениями прочности при сжатии характеризуются композиты, содержащие 20,0 мас.% углеродного волокна, синтезированного из гидрата целлюлозы. Композиты, содержащие 10,0 мас.% волокон обоих типов, характеризуются тем же уровнем прочностных характеристик при сжатии, что и исходный полиэтилен.As can be seen from the above data, composites containing 10 wt.% Of carbon fiber synthesized from polyacrylonitrile and cellulose hydrate are characterized by high elastic modulus and tensile strength. High values of compressive strength are characterized by composites containing 20.0 wt.% Carbon fiber synthesized from cellulose hydrate. Composites containing 10.0 wt.% Fibers of both types are characterized by the same level of compressive strength as the original polyethylene.
Оптимальное содержание волокнистого наполнителя для создания труб с улучшенными физико-механическими свойствами - 10,0 мас.%. Композит, содержащий 20 мас.% рубленного углеродного волокна, может найти применение в изделиях, где необходима повышенная несущая способность.The optimal content of fibrous filler to create pipes with improved physical and mechanical properties is 10.0 wt.%. A composite containing 20 wt.% Chopped carbon fiber can be used in products where increased bearing capacity is required.
Применение композиционного дисперсно-армированного трубного материала заявляемого состава для изготовления трубопроводов различного функционального назначения позволит повысить ресурс их работы.The use of composite dispersion-reinforced pipe material of the claimed composition for the manufacture of pipelines for various functional purposes will increase the resource of their work.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012118310/05A RU2509786C2 (en) | 2012-05-03 | 2012-05-03 | Method of producing polymer composition for pipes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012118310/05A RU2509786C2 (en) | 2012-05-03 | 2012-05-03 | Method of producing polymer composition for pipes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012118310A RU2012118310A (en) | 2013-11-10 |
| RU2509786C2 true RU2509786C2 (en) | 2014-03-20 |
Family
ID=49516692
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012118310/05A RU2509786C2 (en) | 2012-05-03 | 2012-05-03 | Method of producing polymer composition for pipes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2509786C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU580845A3 (en) * | 1974-11-15 | 1977-11-15 | Байер Аг (Фирма) | Moulding composition |
| WO2006041186A1 (en) * | 2004-10-12 | 2006-04-20 | Showa Denko K.K | Resin composition containing vapor grown carbon fiber and use thereof |
| JP2008189867A (en) * | 2007-02-07 | 2008-08-21 | Teijin Ltd | Composite material of carbon fiber-reinforced thermoplastic resin |
-
2012
- 2012-05-03 RU RU2012118310/05A patent/RU2509786C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU580845A3 (en) * | 1974-11-15 | 1977-11-15 | Байер Аг (Фирма) | Moulding composition |
| WO2006041186A1 (en) * | 2004-10-12 | 2006-04-20 | Showa Denko K.K | Resin composition containing vapor grown carbon fiber and use thereof |
| JP2008189867A (en) * | 2007-02-07 | 2008-08-21 | Teijin Ltd | Composite material of carbon fiber-reinforced thermoplastic resin |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| МОРОВА Л.Я. Перспективы применения макро- и наноуглеродных волокон для модификации полиэтилена марки ПЭ80Б. - Известия Самарского научного центра академии наук, т.13, No.1(2), 2011, с.386-389. * |
| МОРОВА Л.Я. Перспективы применения макро- и наноуглеродных волокон для модификации полиэтилена марки ПЭ80Б. - Известия Самарского научного центра академии наук, т.13, №1(2), 2011, с.386-389. САВВИНОВА М.Е. Перспективы применения углеродных волокон для модификации трубной марки полиэтилена. - Материаловедение, №11, 2010, с.50-53. * |
| САВВИНОВА М.Е. Перспективы применения углеродных волокон для модификации трубной марки полиэтилена. - Материаловедение, No.11, 2010, с.50-53. * |
| СЕМЕНОВА Е.С. и др. Влияние наполнителей различной природы на свойства полиэтилена марки ПЭ80Б*. - Ремонт, восстановление, модернизация, 3, 2011, с.5-8. * |
| СЕМЕНОВА Е.С. и др. Влияние наполнителей различной природы на свойства полиэтилена марки ПЭ80Б*. - Ремонт, восстановление, модернизация, №3, 2011, с.5-8. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012118310A (en) | 2013-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| El-Shekeil et al. | Influence of fiber content on mechanical, morphological and thermal properties of kenaf fibers reinforced poly (vinyl chloride)/thermoplastic polyurethane poly-blend composites | |
| Shahi et al. | Experimental investigation on reprocessing of extruded wood flour/HDPE composites | |
| Mohanty et al. | Short bamboo fiber-reinforced HDPE composites: influence of fiber content and modification on strength of the composite | |
| Rozman et al. | The effect of compounding techniques on the mechanical properties of oil palm empty fruit bunch–polypropylene composites | |
| Kumari et al. | Fundamental studies on wood/cellulose-plastic composites: effects of composition and cellulose dimension on the properties of cellulose/PP composite | |
| Sarifuddin et al. | The Effect of Kenaf Core Fibre Loading on Properties of Low Density Polyethylene/Thermoplastic Sago Starch/Kenaf Core Fiber Composites. | |
| CN101250300B (en) | A kind of ultra-high molecular weight polyethylene composite liner | |
| Sarkhel et al. | Dynamic mechanical and thermal properties of PE‐EPDM based jute fiber composites | |
| Syed et al. | Studies on the physico‐mechanical, thermal, and morphological behaviors of high density polyethylene/coleus spent green composites | |
| Lin et al. | Short‐time fabrication of well‐mixed high‐density polyethylene/ultrahigh‐molecular‐weight polyethylene blends under elongational flow: morphology, mechanical properties and mechanism | |
| Balakrishna et al. | The effects of rattan filler loadings on properties of rattan powder-filled polypropylene composites | |
| Arzondo et al. | Injection molding of long sisal fiber–reinforced polypropylene: Effects of compatibilizer concentration and viscosity on fiber adhesion and thermal degradation | |
| CN114213751B (en) | Carbon fiber reinforced polypropylene composite material and preparation method thereof | |
| CN107964163A (en) | A kind of modified nylon supermolecule weight polythene blending material | |
| He et al. | Effects of maleic anhydride grafted polyethylene on rheological, thermal, and mechanical properties of ultra high molecular weight polyethylene/poly (ethylene glycol) blends | |
| RU2509786C2 (en) | Method of producing polymer composition for pipes | |
| RU2500697C1 (en) | Method of producing polymer-based, carbon fibre-reinforced composite materials | |
| Rahman et al. | Rice husk/high density polyethylene bio-composite: effect of rice husk filler size and composition on injection molding processability with respect to impact property | |
| Khademieslam et al. | Evaluation of the bending strength, impact strength, and morphological properties of wheat straw fiber/paper mill sludge/polypropylene composites | |
| Singh | Effect of water absorption on interface and tensile properties of jute fiber reinforced modified polyethylene composites developed by Palsule process | |
| Alodan et al. | Effect of fiber loading on physical, mechanical, and thermal properties of low density polyethylene/palm tree waste fiber composites | |
| Saieh et al. | Biodegradable composites of recycled thermoplastic starch and sawdust: the effect of cellulose nanofibers, nanoclay and temperature | |
| CN105385184A (en) | High temperature and corrosion resisting high polymer material and preparation method thereof | |
| Meng et al. | Biodegradable composites of poly (butylene succinate‐co‐butylene adipate) reinforced by poly (lactic acid) fibers | |
| RU2674019C1 (en) | Extruded antifriction composite on basis of super-high-molecular polyethylene and method of its obtaining |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200504 |