Полімеркомпозитне зносостійке покриття

Полімеркомпозитне зносостійке покриття, що містить адгезійний шар, який складається з епоксидної діанової смоли, отверджувача та мінерального наповнювача, проміжний шар, який складається з епоксидної діанової смоли, каучуку та отверджувача і зносостійкий шар, який складається з епоксидної діанової смоли, аліфатичної смоли, отверджувача та мінерального наповнювача, яке відрізняється тим, що адгезійний шар як мінеральний наповнювач містить червоний шлам, проміжний шар додатково містить пластифікатор у вигляді аліфатичної смоли, а як отверджувач він містить поліетиленполіамш, а зносостійкий шар як мінеральний наповнювач містить карбід кремнію та оксид алюмінію, з наступним співвідношенням інгредієнтів у шарах, мас ч Адгезійний шар Епоксидно-діанова смола 100 Отверджувач 8-10 Мінеральний наповнювач Червоний шлам, 2-10мкм 25-35 Проміжний шар Епоксидно-діанова смола 100 Аліфатична смола 40-60 Каучук 12-16 Поліетиленполіамш 12-14 Зносостійкий шар Епоксидно-діанова смола 100 Аліфатична смола 18-20 Отверджувач 10-12 Мінеральний наповнювач Карбід кремнію, 60-80мкм 70-90 Оксид алюмінію, 30-40мкм 15-25 Винахід відноситься до області отримання полімеркомпозитних покриттів для захисту деталей машин і механізмів від спрацювання у машинобудуванні, радіотехнічній, харчовій і ХІМІЧНІЙ промисловості Для захисту технологічного устаткування від спрацювання та з метою зниження внутрішніх напружень і підвищення фізико-механічних характеристик деталей машин використовують полімеркомпозитні покриття, які містять в якості в'яжучого епоксидні смоли і дисперсні наповнювачі Усунути недоліки деталей, які сформовані методом лиття, і підвищити їхні експлуатаційні властивості можливо шляхом нанесення багатошарових полімеркомпозитних покриттів 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 недостатні тиксотропні властивості наповненої системи, що зумовлює виникнення значних внутрішніх напружень на межі поділу фаз покриття - основа Це призводить до швидкого старіння матеріалу та руйнування покриття у процесі роботи технологічного устаткування в умовах пдроабразивного впливу Відоме полімерне покриття (а с SU № 1434762 А1, ДСК), що містить адгезійний шар, який складається з епоксидної діанової смоли, пластифікатора, твердника та мінерального наповнювача і поверхневий шар, який складається з епоксидної діанової смоли, пластифікатора, твердника та мінерального наповнювача - червоного шламу Недоліком відомого покриття є недостатньо високі показники адгезійної МІЦНОСТІ, СТІЙКОСТІ до спрацювання та низькі технологічні характеристики при нанесенні композицій на деталі складного профілю Найбільш близькою за технічною суттю до покриття, яке заявляється, є зносостійке покриття о> о> со ю 53999 (ас SU № 1793605 А1, ДСК), що містить адгезійний шар, який складається з епоксидної діанової смоли, твердника та мінерального наповнювача, проміжний шар, який складається з епоксидної діанової смоли, каучуку та твердника і зносостійкий шар, який складається з епоксидної діанової смоли, аліфатичної смоли, твердника та мінерального наповнювача Недоліком відомого покриття є невисока адгезійна МІЦНІСТЬ до металевих поверхонь та СТІЙКІСТЬ до пдроабразивного спрацювання Значна седиментація дисперсного наповнювача призводить до утворення залишкових градієнтних внутрішніх напружень на межі адгезив - субстрат і в об'ємі композиту, які у процесі експлуатації устаткування в умовах пдроабразивного і кавітаційного впливу зумовлюють локальне відшарування відомого покриття від металевої основи В основу винаходу поставлено задачу підвищення ЗНОСОСТІЙКОСТІ, адгезійної МІЦНОСТІ захисних покриттів до металевої основи та зниження внутрішніх напружень у гетерогенних системах, що працюють в умовах пдроабразивного і кавітаційного впливу, шляхом виконання полімеркомпозитного зносостійкого покриття, що містить адгезійний шар, який складається з епоксидної діанової смоли, твердника та мінерального наповнювача, проміжний шар, який складається з епоксидної діанової смоли, каучуку та твердника і зносостійкий шар, який складається з епоксидної діанової смоли, аліфатичної смоли, твердника та мінерального наповнювача, причому адгезійний шар в якості мінерального наповнювача містить червоний шлам, проміжний шар додатково містить пластифікатор у вигляді аліфатичної смоли, а в якості твердника він містить поліетиленполіамш, а зносостійкий шар в якості мінерального наповнювача містить карбід кремнію та оксид алюмінію, з наступним співвідношенням інгредієнтів у шарах, мас ч Адгезійний шар Епоксидно-діанова смола 100 Твердник 8 -10 Мінеральний наповнювач Червоний шлам, 2 - Юмкм 25 - 35 Проміжний шар Епоксидно-діанова смола 100 Аліфатична смола 40 - 60 Каучук 12-16 Поліетиленполіамш 12-14 Зносостійкий шар Епоксидно-діанова смола 100 Аліфатична смола 18-20 Твердник 10-12 Мінеральний наповнювач Карбід кремнію, 60 - 80мкм 70 - 90 Оксид алюмінію, ЗО - 40мкм 15 - 25 Як базовий компонент для полімерної матриці захисного покриття вибрано низькомолекулярну епоксидно-діанову смолу ЕД-16 (ГОСТ 10687-76), яка у скловидному стані характеризується високими фізико-механічними властивостями та адгезійною МІЦНІСТЮ до чорних металів і сплавів Виконання адгезійного шару товщиною 80 - ЮОмкм, який містить епоксидно-діанову смолу ЕД-16 та наповнювач червоний шлам (25 - 35 мас ч) до зволяє суттєво підвищити адгезшну МІЦНІСТЬ ПОЛІмеркомпозитного покриття та знизити внутрішні напруження внаслідок формування навколо дисперсних частинок поверхневих прошарків високої густини та щільного впакування макромолекул полімеру Уведення наповнювача до 25 мас ч на 100 мас ч ЕД-16 призводить до зменшення об'єму полімеру у стані поверхневих прошарків, що знижує адгезію композитного матеріалу до основи Уведення червоного шламу понад 35 мас ч на 100 мас ч ЕД-16 зумовлює підвищення внутрішніх напружень у композиті внаслідок значної дефектності поверхневих прошарків навколо дисперсних частинок наповнювача Для зшивання епоксидного в'яжучого використовували твердник холодного стверджування - поліетиленполіамш (ПЕПА) (ТУ 602-594-73) Вміст твердника у матриці визначали на основі оптимального поєднання високих фізикомеханічних властивостей з технологічністю виготовлення композиції Уведення твердника понад 10 мас ч на 100 мас ч ЕД-16 зумовлює передчасне старіння матеріалу та зниження адгезії Уведення твердника до 10 мас ч на 100 мас ч ЕД-16 призводить до неповного зшивання матриці Формування між адгезійним та зносостійким шаром проміжного шару товщиною 0,1 - 0,3мм, який містить епоксидну матрицю, пластифіковану аліфатичною смолою ДЕГ-1 (ТУ 6-05-1645-73) (50 мас ч ) та нітрильним каучуком (СКН-26-1) (12 - 15 мас ч), дозволяє поліпшити міжфазну адгезію епоксикомпозитута знизити залишкові напруження у процесі експлуатації покриття, внаслідок зменшення модуля пружності матеріалу Уведення, як пластифікатора, аліфатичної смоли ДЕГ-1 при концентрації до 50 мас ч призводить до зменшення інтенсивності дифузійних процесів у системі та міжшарової взаємодії, а збільшення концентрації пластифікатора понад 50 мас ч зумовлює зниження релаксаційних характеристик проміжного шару та збільшення тривалості тверднення покриття Уведення нітрильного каучуку при концентраціях до 12 мас ч або більше 15 мас ч знижує міжмолекулярну взаємодію у полімерному компаунді, що погіршує фізико-механічні властивості проміжного шару Зносостійкий шар товщиною 1,5 - 2мм наносять на поверхню проміжного шару після його полімеризації протягом х = 1,0 - 1,5 год Уведення пластифікатора - аліфатичної смоли при оптимальних концентраціях ( 1 8 - 2 0 мас ч на 100 мас ч ЕД-16) забезпечує поліпшення технологічних характеристик поверхневого шару та еластичних властивостей матеріалу при ударі потоку пдроабразивних частинок Уведення в композицію, як основного наповнювача, карбіду кремнію (70 - 90 мас ч ), забезпечує значне підвищення ЗНОСОСТІЙКОСТІ ЗНОСОСТІЙКОГО шару, а додаткового наповнювача - оксиду алюмінію (15-25 мас ч ) - зумовлює підвищення седиментаційної СТІЙКОСТІ та тиксотропних характеристик наповнених систем Уведення даних наповнювачів при концентраціях за межами оптимальних значень не є доцільним через зниження ЗНОСОСТІЙКОСТІ захисного покриття Таким чином, у порівнянні з відомими технічними рішеннями заявлений об'єкт має суттєві ВІДМІННОСТІ, а отримання позитивного ефекту зумовлено усією 53999 сукупністю ознак В таблиці наведено приклади конкретного виконання композиції технічні рішення згідно із заявкою, контрольні приклади прототипу, а також їхні порівняльні властивості Композицію формують і наносять на поверхню за наступною технологією Адгезійний шар Дозування компонентів, змішування епоксидної смоли з наповнювачем та твердником Отриману композицію протягом ЗО - 40 хвилин наносять на попередньо обезжирену поверхню методом пневматичного розпилення, після чого полімеризують за режимом Т = 313 - ЗЗЗК, х = ЗО - 40хв Проміжний шар Дозування компонентів, змішування епоксидної і аліфатичної смол з підігрівом їх на водяній ванні до температури Т = 323 - ЗЗЗК і охолодження суміші до 293 - ЗОЗК, добавляють каучук, після перемішування композиції вводять твердник (ПЕПА) Полімеризацію проводять при температурі Т = 353 - 363К протягом х = 1,0 - 1,5 год Таблиця Xs 1 1 2 3 4 5 Композишя згідно ї винаходом І 0 Ш 4 5 3 Компоненти 2 Адгезійний шар Ешжсиаеа шопа (ЕД-16) Твердник ЩЕПА) Мінеральний наповнювач Кварцевий шсок, 250-400мкм Фарфор, 40-бОмкм Червоний шлам, 2-І0мкм Проміжний шар Епоксидна смола {ЕД-16) 6 Аліфатична смола (ДЕГ-і) 7 Каучук (СКН-26-1) 8 Триетаноламін (TEA) 9 10 Твердник (ПЕПА) Зносостійкий шар Епоксидна смола (ЕД~ 16) Аліфатична смола (ДЕГ-1) ІЗ Твсрдшк (ПЕПА) Мінеральний наповнювач 14 Карбід кремнію, 60-80мкм 15 Оксил алюмінію, ЗО 40 мкм 16 Карбі яооксщша кеаашка,60-80м 3 7 ) Червоний шлам, 50-70мкн п 1 2 Контрольні приклади І 6 11 7 Ш 8 IV 9 V 10 100 5 100 9 100 9 І00 10 прототип VI VII 12 VIII ІЗ ЇХ 14 X 15 І 16 II 17 Ш 18 100 8 100 8 100 10 100 1І 100 Ї4 100 10 100 11 100 12 90 40 . 140 190 60 so 8 . 100 3 08 10 TOO 35 10 12 100 4 12 ' 100 8 " 100 9 1 100 10 100 7 " 10 35 25 25 35 ЗО зо 40 45 100 ЗО 10 100 25 8 100 50 14 Ї0О 50 !4 і 00 50 12 І00 50 16 100 40 16 100 60 12 100 70 10 100 100 7 10 10 12 14 14 12 13 13 10 9 100 10 7 100 !8 Н 100 20 11 100 19 10 100 19 12 100 20 10 100 1 8 12 100 25 14 100 35 16 100 18 10 100 20 11 100 22 12 40 5 90 25 70 15 80 15 SO 25 70 25 90 1 5 100 30 120 40 80 50 160 60 240 70 06 261 52 1 14 2 12 68 4 11 2 08 67 2 1 4 2 34 67 1 12 2 46 69 2 1.0 2 28 67 1 12 2 34 66 8 ІЗ 2.67 65 7 09 2 74 53 2 06 411 55 3 09 3 87 56 4 05 3 74 53 8 30 100 40 12 100 50 14 _ ІЗ 100 60 16 100 IS 10 100 19 100 20 12 100 15 9 70 15 80 20 90 25 60 10 12 п 3S 20 25 14 Характеристики композитного матеріалу 1 3 Виносна ЗНОСОСТІЙКІСТЬ* ВНУТРІШНІ напруження, МПа Адгезійиа МІЦНІСТЬ, МПа ; 1 2 198 68 1 зносостійкість ВІДНОСНО етаяі Ст З 15 1 92 71 3 1 4 2 03 69 4 08 2 47 54 3 Зносостійкий шар Технологія приготування зносостійкого шару аналогічна технології приготування адгезійного та проміжного шарів Тверднення покриття після нанесення зносостійкого шару методом пневматичного розпилення здійснюють при температурі Т = 443 - 463К протягом х = 2,0 - 2,5 год Як видно з таблиці оптимальний вибір інгредієнтів дозволяє у порівнянні з прототипом підвищи ти ЗНОСОСТІЙКІСТЬ та адгезшну МІЦНІСТЬ, а також знизити внутрішні напруження у захисних покриттях Крім того, невисока вартість та доступність компонентів і матеріалів розробленого покриття зумовлює широке його використання у промисловості для підвищення ресурсу роботи технологічного устаткування ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24