Модифіковане епоксикомпозитне покриття

Корисна модель відноситься до області отримання композитних покриттів для збільшення ресурсу роботи деталей машин та механізмів технологічного устаткування в машинобудуванні, радіотехнічній, хімічній і харчовій промисловості. Відома полімерна композиція [пат. Японії №63183914, Кл. 29.07.88 "Епоксидна композиція для силових електричних пристроїв"] містить (мас. ч.): епоксидна смола на основі дифенілпропану - 30, фенольноноволачна смола - 4, прискорювач тверднення на основі імідазолу - 2 та наповнювач - Аl2О3 - 60. Недоліком композиції є невисокі тиксотропні властивості наповненої системи, що зумовлює погіршення фізико-механічних властивостей захисних покриттів. Найбільш близькою за технічною суттю до покриття, яке заявляється, є полімеркомпозитнене покриття [а.с. SU №1434762 А1, Кл. ДСК "Полімеркомпозитне покриття"], що містить адгезійний і поверхневий шари, виконані з композиції, яка містить епоксидну діанову смолу, отверджувач та дисперсний наповнювач. Недоліком відомого покриття є високі показники залишкових напружень і низькі фізико-механічні властивості, зокрема руйнівне напруження при згинанні. Вказані недоліки зумовлюють швидке старіння покриття, що сприяє погіршенню його фізико-механічних властивостей. В основу корисної моделі поставлено задачу зниження залишкових напружень і підвищення показників руйнівного напруження при згинанні захисного покриття шляхом виконання модифікованого епоксикомпозитного покриття, що містить адгезійний і поверхневий шари, виконані з композиції, яка містить епоксидну діанову смолу, отверджувач та дисперсний наповнювач, причому оброблена постійним магнітним полем композиція адгезійного шару як дисперсний наповнювач містить газову сажу, а оброблена постійним магнітним полем з наступним ультрафіолетовим опроміненням композиція поверхневого шару як дисперсний наповнювач містить дисперсні частки оксиду міді та фериту, з наступним співвідношенням інгредієнтів у шарах, мас.ч.: Адгезійний шар: епоксидна діанова смола 100 отверджувач 8-12 дисперсний наповнювач: газова сажа, 10-20мкм 10-20 Поверхневий шар: епоксидна діанова смола 100 отверджувач 8-12 дисперсний наповнювач: оксид міді, 63мкм 80-100 ферит, 40мкм 10-30. Як зв'язувач для захисного покриття вибрано низькомолекулярну епоксидну діанову смолу марки ЕД-20 (ГОСТ 10687-76), яка у скловидному стані характеризується високими фізико-механічними властивостями та незначними показниками залишкових напружень. Для зшивання епоксидного зв'язувача використано отверджувач поліетилен-поліамін (ПЕПА) (ТУ 6-02-594-73). Отверджувач у зв'язувач вводили при стехіометричному співвідношенні компонентів. Газову сажу вводили для збільшення адгезійної взаємодії на межі поділу фаз "захисне покриття - металева основа", а також для поліпшення когезійної міцності адгезійного шару покриття. Введення у адгезійний шар наповнювача газової сажі до 10мас. ч. на 100мас. ч. смоли ЕД-20 призводить до зменшення об'єму полімеру у стані поверхневих шарів, при цьому адгезійна і когезійна міцність покриття знижується. Введення газової сажі понад 20мас. ч. на 100мас. ч. смоли ЕД-20 зумовлює підвищення залишкових напружень у покритті внаслідок значної кількості дефектів поверхневих шарів навколо дисперсних часток наповнювача. В такому випадку при експлуатації покриття швидко руйнується. Введення у поверхневий шар як основного дисперсного наповнювача оксиду міді та додаткового фериту при оптимальному вмісті забезпечує формування стійкого до седиментації шару покриття з високою когезійною міцністю. Збільшення вмісту оксиду міді та фериту зумовлює виникнення напруженого стану та дефектів у поверхневих шарах, що призводить до зменшення когезійної міцності і, відповідно, до зменшення показників руйнівного напруження при згинанні матеріалу. Обробка епоксидної композиції з дисперсним наповнювачем для адгезійного шару у постійному магнітному полі (до введення отверджувача) поліпшує змочування часток наповнювача епоксидним олігомером за рахунок підвищення температури зв'язувача, а також забезпечує міжфазову взаємодію між доменами макромолекул зв'язувача і частками наповнювача, що поліпшує адгезійну та когезійну міцність захисного покриття. Обробка епоксидної композиції з дисперсним наповнювачем для поверхневого шару у постійному магнітному полі з наступним ультрафіолетовим опроміненням (до введення отверджувача) забезпечує фізичну взаємодію доменів макромолекул на початковому етапі, а у подальшому - утворення вільних активних радикалів у зв'язувачі і подальшу їх рекомбінацію з активними центрами на поверхні дисперсних часток, що підвищує руйнівне напруження при згинанні захисного покриття. Нанесення на стальну основу (Ст.3) методом пневматичного розпилення адгезійного шару з товщиною 0,10,3мм, який містить 10-20мас.ч. газової сажі дозволяє суттєво підвищити адгезійну і когезійну міцність, а також знизити залишкові напруження у розробленому покритті. Термообробка адгезійного шару при температурі Т=323±2К протягом t=1,5-2,0год забезпечує високий ступінь зшивання епоксидної смоли на межі поділу фаз "захисне покриття - металева основа". Виконання адгезійного шару з товщиною, яка менша 0,1мм і більша від 0,3мм, підвищує показники залишкових напружень у захисному покритті. Крім того, термообробка шару при температурі, яка вища оптимальних режимів та з тривалістю, більшою за t=2,0год, зумовлює зменшення міжшарової взаємодії, що погіршує фізико-механічні властивості покриття. Полімеризація шару при температурно-часових режимах, які нижчі від оптимальних значень, погіршує технологічні умови формування захисних покриттів. Поверхневий шар з товщиною 1,0-1,5мм наносять на адгезійний шар після його попередньої полімеризації методом пневматичного розпилення. При подальшому твердненні це зумовлює добру взаємодію між шарами покриття, що значно поліпшує його фізико-механічні властивості. Введення в епоксидну матрицю як основного наповнювача оксиду міді та додаткового фериту і формування поверхневого шару при оптимальній товщині забезпечує значне поліпшення когезійної міцності і, як наслідок, руйнівного напруження при згинанні розробленого покриття порівняно з прототипом. Таким чином, у порівнянні з відомими технічними рішеннями заявлений об'єкт та спосіб його формування має суттєві відмінності, а отримання позитивного ефекту зумовлено усією сукупністю ознак. В таблиці 1 наведено приклади конкретного виконання композиції: технічні рішення згідно з заявкою, контрольні приклади прототипу, а також їхні порівняльні властивості. Таблиця 1 Модифіковане епоксикомпозитне покриття № Компоненти 1 2 Адгезійний шар 1 Епоксидна діанова смола Отверджувач - поліетилен-поліамін 2 (ПЕПА) Наповнювач 3 Газова сажа, 10-20мкм 4 Склобій, 60мкм 5 Аеросил Обробка композиції у постійному 6 магнітному полі Поверхневий шар 7 Епоксидна діанова смола 8 Новолачна фенольна смола Отверджувач - поліетилен-поліамін 9 (ПЕПА) наповнювач 10 Оксид міді, 63мкм 11 Ферит, 40мкм 12 Тугоплавка комплексна сполука 13 Червоний шлам, 10-20мкм Обробка композиції постійним 14 магнітним полем з наступним ультрафіолетовим опроміненням 1 Залишкові напруження, МПа Руйнівне напруження при згинанні, 2 МПа Композиція згідно з винаходом І II III 3 4 5 контрольні приклади І 6 II 7 III 8 прототип IV V VI VII VIII IX X І II III 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 8 10 12 6 6 12 10 15 20 5 8 15 15 10 20 10 20 30 40 - 80 120 160 2 3 4 + + + + + + 100 100 100 8 10 12 80 10 90 20 100 зо + + + 8 + 10 10 12 + + + 8 + 14 15 10 12 15 + + 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 - зо 40 50 6 6 12 8 10 10 12 8 14 15 10.010.010.0 60 70 80 100 90 90 100 5 8 30 10 10 30 20 80 120 140 20 40 50 - 100 140 - 40 50 + + + + + + + + + 180 60 + Характеристики епоксикомпозитного покриття 4,3 4,5 4,3 4,9 4,8 4,4 4,6 4,7 4,6 4,5 4,2 4,8 4,7 7,6 7,8 7,8 72,4 75,3 73,2 68,769,370,072,878,477,473,976,270,168,3 36,136,435,8 Примітка: + обробка композиції енергетичними полями; - обробку композиції енергетичними полями не проводили. Для визначення залишкових напружень у полімеркомпозитних покриттях використовували консольний метод. Величину σвн визначали за формулою: HE d3 sвн = 3L2 æ d + d* öd * ç ÷ è ø де: Н - відхилення пластинки-підкладки від початкового положення, м; Е - модуль пружності пластинки-підкладки (Е=2·105МПа); L - довжина пластинки-підкладки з покриттям, м; d - товщина пластинки-підкладки, м; d* - товщина покриття, м. Залишкові напруження в покритті визначали залежно від природи та вмісту наповнювачів. Покриття формували на стальній основі з товщиною 0,3мм. Руйнівне напруження при згинанні композитів визначали згідно з ГОСТ 4648-71.