Епоксикомпозитне покриття з модифікованим наповнювачем

Корисна модель відноситься до області машинобудування, може використовуватися для підвищення фізикомеханічних характеристик та поліпшення експлуатаційних властивостей деталей технологічного уста ткування в різних галузях промисловості. З метою підвищення фізико-механічних характеристик технологічного устаткування використовують полімеркомпозитні покриття, які містять в якості в'яжучого епоксидні смоли та дисперсні наповнювачі. При формуванні покриттів з високими експлуатаційними характеристиками уводять дисперсні наповнювачі з достатньо великою твердістю, міцністю, теплостійкістю та корозійною тривкістю. Відоме захисне покриття [пат. Японії № 63202624, 22.08.88 "Епоксидний матеріал для формування"] містить (мас. %): розчин епоксидної смоли з твердником (новолачна фенольна смола) в присутності прискорювача тверднення- 0.05-1, що складається з трифенілфосфіну - 90 та імідазолу - 90-10. Даний матеріал має недолік в технологічному формуванні захисного покриття на деталі складного профілю через недостатні реологічні властивості. Відома композиція для покриттів [а. с. №1148855, опубл. в Б.И., 1985, №13 "Композиція для покриттів"], що містить епоксидно-діанову смолу, кислий глифталевий діефір в якості твердника і мінеральний наповнювач карбід кремнію, кварцева мука або порошок андезиту. Недоліком даної композиції є недостатня когезійна міцність на межі поділу фаз, високі показники внутрішні х напружень, що прискорює старіння матеріалу покриття. Відома антикорозійна композиця [пат. Японії № 152574, 10.08.85 "Протикорозійна фарба"] містить (мас. %): епоксидна смола - 100, стиролбутадієнова смола - 100, мінерал на основі гідратованого силікату Mg, гідратованої магнезії і силікату А1 (100-0.1мкм) - 0.5-50. Недоліком даної композиції є недостатня седиментаційна стійкість наповнювача у матеріалі, що позначається на фізико-механічних властивостях покриття. За технічною суттю найбільш близькою до композиції, яка заявляється, є полімерна композиція [патент України №57994 А, кл. C09D 163/00, опубл. 15.07.2003, бюл. №6 "Полімерна композиція з підвищеними фізикомеханічними характеристиками"], що містить епоксидну діагюву смолу, пласти фікатор, поліетилеиполіамін і дисперсний наповнювач. Відома композиція характеризується недостатньо високими показниками фізико-механічних характеристик матеріалу, що зумовлено незначною когезійною міцністю системи та тиксотропними властивостями. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення фізико-механічних властивостей композитних матеріалів шляхом виконання епоксикомпозитного покриття з модифікованим наповнювачем, що містить епоксидну діанову смолу, пластифікатор, поліетилеиполіамін і дисперсний наповнювач, причому в якості пластифікатора воно містить поліефір і поліефіролігодіефіракрилат, а в якості дисперсного наповнювача -попередньо модифікований епоксидною смолою і у подальшому термооброблений коричневий шлам при наступному співвідношенні компонентів, мас. ч.: епоксидна діанова смола 100 пластифікатор: поліефір . 8-12 поліефіролігодіефіракрилат 18-22 поліетиленполіамін 12-14 дисперсний наповнювач: коричневийшлам,63мкм 80-100 Як базовий компонент для полімерної матриці захисного покриття вибрано низькомолекулярну епоксидну діанову смолу ЕД-20, яка у скловидному стані характеризується високими фізико-механічними та теплофізичними властивостями. Для зшивання епоксидного в'яжучого використовували отверджувач холодного тверднення - поліетиленполіамін (ПЕПА). Вміст отверджувача у матриці визначали на основі оптимального поєднання високих фізико-механічних властивостей з те хнологічністю виготовлення композиції. Уведення отверджувача понад 14мас.ч. на 100мас.ч. ЕД-20 зумовлює передчасне старіння матеріалу і зниження руйнівного напруження та модуля пружності при згинанні. Уведення отверджувача до 12мас.ч. на 100мас.ч. ЕД-20 призводить до неповного зшивання матриці, що суттєво знижує теплостійкість епоксидних матеріалів. Формування компаунду на основі епоксидної діанової смоли ЕД-20 та пластифікатора, що містить поліефір (8-12мас.ч.) і поліефіролігодіефіракрилат (18-22мас.ч.) дозволяє поліпшити реологічні властивості епоксидних композицій та знизити залишкові напруження у процесі експлуатації покриття. Уведення поліефіру понад 12мас.ч. на 100мас.ч. ЕД-20 зумовлює підвищення внутрішніх напружень та зниження тиксотропних характеристик матеріалів внаслідок недостатнього зшивання компаунду. Уведення поліефіру при концентраціях до 8мас.ч. знижує міжмолекулярну взаємодію у полімерному компаунді, що погіршує його фізико-механічні властивості. Уведення поліефіролігодіефіракрилату при концентрації до 18мас.ч. призводить до зменшення інтенсивності дифузійних процесів у системі та хімічної взаємодії компаунду з металевою основою, а збільшення концентрації поліефіролігодіефіракрилату понад 22мас.ч. зумовлює зниження релаксаційних характеристик матеріалу, пористості покриттів, внаслідок випаровування макромолекул при температурній полімеризації. Це значно знижує когезійну міцність систем, що позначається на їхніх теплофізичних і фізико-механічних властивостя х. З метою підвищення фізико-механічних властивостей композиції в якості дисперсного наповнювача використано частинки коричневого шламу (80-100мас.ч.) з дисперсністю 63мкм. Коричневий шлам складається з суміші окисів (мас. ч.): окис заліза - 46-48, окис алюмінію - 7-9, окис кремнію - 12-14, окис кальцію - 8-21, окис магнію - 12, окис титану - 4-7, окис ванадію - 1.5-2.5, окис олова - 0.9-1.6, окис барію - 0.7-1.0, інші окиси - до 100. Уведення у покриття наповнювача до 80 мас. ч. на 100 мас. ч. ЕД-20 призводить до зменшення об'єму полімеру у стані поверхневих шарів, при цьому когезійна міцність покриттів знижується. Уведення коричневого шламу понад 100 мас. ч. на 100 мас. ч. ЕД-20 зумовлює підвищення внутрішніх напружень у композиті внаслідок значної дефектності поверхневих шарів навколо дисперсних частинок наповнювача. Таким чином, порівняно з відомими технічними рішеннями заявлений об'єкт має суттєві відмінності, а отримання позитивного ефекту з умовлено усією сук упністю властивостей компонентів. Композицію формують і наносять на поверхню за такою технологією: Дозування компонентів, гідродинамічне суміщення пластифікатора та епоксидної діанової смоли з підігрівом їх на водяній ванні до температури Т=323-333К і охолодження суміші до Т=293-303К, змочування епоксидною смолою дисперсного наповнювача і термообробка його при температурі Т=323-ЗЗЗК протягом t =1.8-2,0год., охолодження наповнювача до кімнатної температури, введення наповнювача у композицію, перемішування ком позиції, введення поліетиленполіаміну, перемішування композиції. Отриману композицію протягом 60-80 хв. наносять на попередньо обезжирену поверхню методом пневматичного розпилення. Полімеризацію покриття проводять при температурі 393-398К протягом t =2,0год. З метою зниження внутрішніх напружень у композитних матеріалах полімеризовані покриття витримують протягом t =24годин при температурі 293±3К. В таблиці 1 наведено приклади конкретного використання композиції: технічні рішення згідно з заявкою, контрольні приклади прототипу, а також їхні порівняльні властивості. Руйнівне напруження композитів при згинанні визначали згідно ГОСТ 4648-71. Внутрішні напруження визначали консольним методом. Теплостійкість (за Мартенсом) епоксикомпозитних матеріалів визначали згідно ГОСТ 21341-75. Як видно з таблиці оптимальний вибір інгредієнтів дозволяє у порівнянні з прототипом підвищити руйнівне напруження при згинанні епоксикомпозитів та теплостійкість, а також знизити внутрішні напруження у покриттях. Крім того, низька вартість та доступність компонентів і матеріалів розробленого покриття порівняно з прототипом зумовлює більш широке його використання у промисловості для підвищення ресурсу роботи технологічного устаткування. Таблиця 1 Епоксикомпозитне покриття з модифікованим напов нювачем № Компоненти Композиція згідно Контрольні приклади прототип з винаходом І II III І II III IV V VI VII VIII IX X І II III 3 4 5 6 7 8 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 1 2 1 Епоксидна діанов а смола Пластифікатор: 2 Поліефір 8 3 Поліефіролігодіефіракрилат 18 4 Аліфатична смола 5 Поліетиленполіамін 12 Дисперсний наповнюв ач: 4 Карбід титану, 63-80мкм 5 Диборид титану, 30-40мкм 6 Аеросил Коричнев ий шлам (модифі7 80 ков аний), 63мкм 10 20 13 12 22 14 4 10 8 6 14 10 8 18 12 12 22 14 10 20 13 10 20 13 12 22 14 8 18 12 14 26 16 16 30 18 100 40 60 80 100 90 90 100 80 90 120 140 50 15 60 16 70 17 100 110 120 30 40 50 1 2 3 Характеристики композитного матеріалу: Руйнів не напруження при 58.2 59.4 59.2 52.1 54.5 57.3 57.8 58.6 56.3 57.1 58.1 56.3 54.2 37.8 37.7 37.9 згинанні, МПа 2 Теплостійкість, К 357 359 359 344 346 350 353 356 354 350 354 344 340 323 331 329 3 Внутрішні напруження, МПа 1.2 1.2 1.2 1.3 1.4 1.3 1.5 1.5 1.4 1.3 1.5 1.6 1.6 2.0 2.1 2.4 1