Полімеркомпозитне покриття

Полімеркомпозитне покриття, що містить адгезійний шар, який складається з епоксидної діанової смоли, пластифікатора, отверджувача та мінерального наповнювача, і поверхневий шар, який складається з епоксидно-діанової смоли, пластифікатора, отверджувача та мінерального наповнювача червоного шламу, яке відрізняється тим, що адгезійний шар як пластифікатор містить аліфатичну смолу, а як наповнювач - червоний шлам, а поверхневий шар як пластифікатор містить аліфатичну смолу, а як наповнювач додатково містить оксид алюмінію та аеросил з наступним співвідношенням інгредієнтів у шарах, мас ч Адгезійний шар Епоксидно-діанова смола 100 Аліфатична смола 15-25 Отверджувач 8-Ю Наповнювач Червоний шлам, 2-10 мкм 30-60 Поверхневий шар Епоксидно-діанова смола 100 Аліфатична смола 15 -25 Отверджувач 8 -10 Наповнювач Оксид алюмінію, 60 - 80мкм 8 0 - 100 Червоний шлам, 2 - Юмкм 30 -60 Аеросил 2 -4 Винахід відноситься до області отримання композитних покриттів для захисту деталей машин та механізмів технологічного устаткування в машинобудуванні, радіотехнічній, ХІМІЧНІЙ і харчовій промисловості від корозії і спрацювання Полімеркомпозитні матеріали забезпечують необхідний комплекс фізико - механічних властивостей, корозійну та ЗНОСОСТІЙКІСТЬ, а також високу ремонтоздатність за рахунок неоднократного відновлення поверхонь деталей композитами, що використовуються в якості покриттів Особливістю полімеркомпозитних покриттів є формування гетерогенної структури композитів внаслідок адсобційноі взаємодії полімерної матриці з наповнювачем та поверхнею металу Неоднакова швидкість протікання фізико - ХІМІЧНИХ процесів при формуванні захисних покриттів супроводжується виникненням внутрішніх напружень, які впливають на адгезійну та когезійну МІЦНІСТЬ системи У зв'язку з цим, велике наукове і практичне значення має розробка методів зниження внутрішніх напружень, направлених на поліпшення в системі міжмолекулярної взаємодії шляхом регулювання дифузійних та адсорбційних процесів у гетерогенних системах Крім того, одним із шляхів зниження внутрішніх напру жень та підвищення адгезшної МІЦНОСТІ системи є регулювання релаксаційних процесів на межі поділу фаз полімер - основа, полімер - наповнювач Відома полімерна композиція (пат Японії №63142021, 11 03 88 "Епоксидна композиція") містить (мас ч ) епоксидна смола - 100, етилтриметоксилан - 0 7, крезольна новолачна смола - 20, новолачна фенолоформальдепдна смола - 9 2, наповнювач S1O2 - 65 5 Недоліком даної композиції є складність технології формування та нанесення захисного покриття на деталі складного профілю 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, кварцова мука або порошок андезиту Недоліком даної композиції є недостатня теплостійкість та високі показники внутрішніх напружень Це призводить до руйнування матеріалу під час експлуатації захисних покриттів при високих температурах Відома полімерна композиція (пат Японії №63183914, 29 07 88 "Епоксидна композиція для ю 52274 силових електричних пристроїв") містить (мас ч ) епоксидна смола на основі дифенілпропану - ЗО, фенольноноволачна смола - 4, прискорювач тверднення на основі імідазолу - 2 та наповнювач АЬОз - 60 Недоліком даної композиції є невисокі тиксотропні властивості наповненої системи, що зумовлює виникнення значних внутрішніх напружень на межі поділу фаз покриття - основа Даний фактор сприяє проникненню агресивних середовищ в об'єм покриттів забезпечуючи локальне руйнування і відшарування композиту від площини субстрату Найбільш близькою за технічною суттю до композиції, яка заявляється, є полімерне покриття (ас 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 відомої композиції є низька теплостійкість та адгезійна МІЦНІСТЬ ДО металевих поверхонь Значна седиментація дисперсного наповнювача призводить до утворення залишкових гредієнтних внутрішніх напружень на межі адгезив - субстрат і в об'ємі композиту, які в процесі експлуатації спричиняють появу мікротріщин у захисних покриттях Дані недоліки зумовлюють локальне відшарування відомої композиції від основи, а також суттєво звужують діапазон температурної експлуатації деталей і механізмів технологічного устатакування В основу винаходу поставлено задачу підвищення адгезійної МІЦНОСТІ захисних покриттів технологічного устаткування, шляхом виконання полімеркомпозитного покриття, 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, причому адгезійний шар в якості пластифікатора містить аліфатичну смолу, а в якості наповнювача - червоний шлам, а поверхневий шар в якості пластифікатора містить аліфатичну смолу, а в якості наповнювача додатково містить оксид алюмінію та аеросил, з наступним співвідношенням інгредієнтів у шарах, мас ч Адгезійний шар Епоксидно - діанова смола 100 Аліфатична смола 15-25 Твердни 8-10 Наповнювач Червоний шлам, 2 - Юмкм ЗО - 60 Поверхневий шар Епоксидно-діанова смола 100 Аліфатична смола 15-25 Твердни 8-10 Наповнювач Оксид алюмінію, 60 - 80мкм 80 - 100 Червоний шлам, 2 - Юмкм ЗО - 60 Аеросил 2-4 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 3 метою поліпшення теплофізичних, фізико-механічних і технологічних властивостей епоксидну матрицю пластифікували аліфатичною смолою ДЕГ-1 (ТУ 605-1645-73), яка являє собою дигліцидиловий ефір диетиленгліколю При уведенні пластифікатора у КІЛЬКОСТІ до 15масч на ЮОмасч ЕД-16 погіршуються реологічні властивості композиції, а збільшення концентрації ДЕГ-1 понад 25мас ч на ЮОмасч ЕД-16 зумовлює зниження теплофізичних характеристик захисного покриття Для зшивання епоксидного в'яжучого використовували твердник холодного стверджування поліетиленполіамін (ПЕПА) (ТУ 6-02-594-73) Вміст твердника у в'яжучому визначали на основі оптимального поєднання високих фізико - механічних властивостей з технологічністю виготовлення композиції Нанесення на сталеву основу (Ст 3) адгезійного шару товщиною 80 - ЮОмкм, який містить ЗО бОмас ч феромагнітного червоного шламу дозволяє суттєво підвищити адгезійну МІЦНІСТЬ полімеркомпозитного покриття та знизити внутрішні напруження Поліпшення зазначених характеристик пов'язано із значним впливом магнітного поля дисперсних частинок на процеси структуроутворення в гетерогенних матеріалах та здатністю макромолекул полімеру до адсорбції Зшивання макромолекул в єдину сітку та зміна їхніх конформаціи під впливом магнітного моменту наповнювача визначає структуру адсорбційних шарів у гетерогенних матеріалах, що забезпечує підвищення адгезійної МІЦНОСТІ покриттів Крім того, формування навколо дисперсних частинок проміжних прошарків високої густини під впливом магнітного поля частинок червоного шламу забезпечує щільне впакування макромолекул полімеру та зниження внутрішніх напружень у матеріалі Уведення наповнювача до ЗОмас ч на ЮОмасч ЕД-16 призводить до зменшення об'єму полімеру у стані граничних прошарків, при цьому адгезія композитного матеріалу знижується Уведення червоного шламу понад бОмас ч на ЮОмасч ЕД-16 зумовлює підвищення внутрішніх напружень у композиті внаслідок значної дефектності граничних прошарків навколо дисперсних частинок наповнювача Червоний шлам, як найбільш доступний та структурно активний наповнювач, вводили з метою здешевлення композиції та забезпечення магнітної взаємодії на межі полімеркомпозит - основа і адсорбційної взаємодії на межі полімер - наповнювач Даний матеріал є побічним продуктом при виробництві оксиду алюмінію і складається із суміші оксидів (мас ч) оксид заліза 20 - 50 оксид алюмінію 7 - 20 оксид кремнію 9 - 20 оксид кальцію 8 - 40 оксид магнію 1- 2 оксид титану 1-15 оксид ванадію 0 2-2 оксид натрію 2-12 ІНШІ оксиди до 100 З метою вилучення інших домішок перед про 52274 ної смоли і пластифікатора з підігрівом їх на водяній ванні до температури 323 - ЗЗЗК і охолодження суміші до 293 - ЗОЗК, добавляють наповнювач, після перемішування композиції вводять твердник (ПЕПА) Отриману композицію протягом ЗО - 40 хвилин наносять на попередньо обезжирену поверхню методом пневматичного розпилення, після чого затверджують за режимом Т = 303 - 31ЗК, х = 40 - бОхв Поверхневий шар Технологія приготування поверхневого шару аналогічна технології приготування адгезійного шару Після нанесення композиції покриття термообробляють при температурі Т = 393 - 403К протягом х = 2 - 2 5год Адгезійну МІЦНІСТЬ до поверхні сталі Ст 3 оцінювали згідно ГОСТ 14760-69 шляхом вимірювання опору відриву клеєвих з'єднань зразків на розривній машині Р-5 при швидкості навантаження ЮН/с Внутрішні напруження визначали консольним методом Релаксацію внутрішніх напружень сіюванням проводили очищення червоного шламу методом ультразвукової обробки у водному розчині з наступним просушуванням при температурі Т = 473 ± 2К протягом 3 - 4 годин Поверхневий шар товщиною 1 5 - 2мм наносять на поверхню адгезійного шару після його полімеризації протягом 40 - бОхв Такий режим тверднення забезпечує формування проміжного шару внаслідок дифузійних фізико - ХІМІЧНИХ процесів, які проходять у КОМПОЗИЦІЙНІЙ системі при полімеризації Дисперсні частинки червоного шламу, які присутні як в адгезійному, так і в поверхневому шарі, приймають участь у дифузійному русі відновлюючи порушену електронейтральність системи та забезпечуючи тиксотропні властивості покриття Уведення, як основного наповнювача оксиду алюмінію та додаткового - аеросилу при оптимальній концентрації забезпечує формування стійкої до седиментації тиксотропної системи з високими фізико - механічними та теплофізичними властивостями Збільшення концентрації даних наповнювачів зумовлює виникнення напруженого стану та дефектів у поверхневих прошарках, що спричиняє зниження термостабільності і ДОВГОВІЧНОСТІ захисних матеріалів Таким чином, у порівнянні з відомими технічними рішеннями заявлений об'єкт має суттєві ВІДМІННОСТІ, а отримання позитивного ефекту зумовлено усією сукупністю властивостей компонентів оцінювали за величиною відхилення консолі з досліджуваним КОМПОЗИТОМ ПІСЛЯ 20-ТИ ХВИЛИННОГО термостатування при температурі Т = 353 ± 2К Теплостійкість (за Мартенсом) полімеркомпозитних матеріалів визначали згідно ГОСТ 21341 -75 Як видно з таблиці оптимальний вибір інгредієнтів дозволяє у порівнянні з прототипом підвищити адгезійну МІЦНІСТЬ та теплостійкість, а також знизити внутрішні напруження гетерогенних матеріалів Крім того, низька вартість та доступність компонентів і матеріалів розробленого покриття у порівнянні з прототипом зумовлює більш широке його використання у промисловості для підвищення ресурсу роботи технологічного устаткування 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 епоксид Таблиця № 1 Кс МІТОЗІІЩЯ ЗГІДНО 3 винаходом І її Ш 3 4 5 Компоненти 2 АліезіЙний шар 1 Епоксидна смола (ЕД-16) 2 Пластифікатор 3 Аліфатична смола (ДЕГ-1) 4 Тверддак - паліетмленполіамш (ПЕПА) Наповнювач 5 СклобіВ, бООмкм й Аероснл 7 Червоний шлаи, 2-Шнкм Поверхневий шар 8 Епоксидна смола (ЕД-16) 9 Пластифікатор 10 Аліфатична смола (ДЕГ-1) П Ацетон 12 Твердий* - ноліетиленіюліаюш (ПБПА) і наповнювач 13 Оксид алюмінію (60-80 мкм) 24 Червоний щяам, 2-ІОнкм 15 Тугоплавка комплексна сполука 16 Авросил \ 100 15 8 100 20 10 100 25 12 30 45 60 100 15 100 20 _ _ _ _ І 6 12 via ІЗ IX 14 X 15 І 16 П 17 Ш 18 100 20 10 100 100 20 20 10 10 100 20 10 100 20 10 100 20 10 100 20 10 100 15 100 IE 12 100 20 15 40 50 [ 60 7 100 20 10 100 20 Ї0 & 100 20 10 20 10 9 V 10 4Є 50 70 60 ЗО 100 100 100 100 100 100 20 10 20 10 20 10 20 10 20 10 20 10 20 20 10 10 70 20 10 100 90 20 90 30 90 25 90 25 100 25 ео 25 • ПО 10 3 2 2 4 2 < * 2 90 202 602 345 90 25 100 2 3 4 1 2 56 168 642 360 3 34 3 2 34 2 4І 54 2 344 5S3 339 • 120 3 160 4 80 10Э 20 10 30 2 20 ЇВ 100 so 20 зо vn 12 Ш IV прототип VI 11 зо II 100 ЇО Контрольні приклади 100 15 IS 10 1О0| 18 100 20 20 12 22 15 120 20 40 100 50 140 60 180 1 2 96 2 12 3 3S 3 21 5 85 5 15 4 82 3 07 2 91 5 16 4 76 4 24 58 1 365 і6 7 351 593 353 100 Характеристики композитного матеріалу 1 2 з 4 Внутрішні напруження, МШ 2 85 2 63 Температурна релаксшія І 82 1 75 ЕЧУТПІШНІЛ напружень, МПа* Адгезійна МІЦНІСТЬ, МПа 65 3 66 0 Теплостійкість, 356 3^0 * Значення внутрішніх напружень при 3S3±2K 4 2 3 18 2 70 2 12 193 62 2 67 2 352 1 348 2 58 2 55 170 176 64 S 621 350 362 38^ 323 32 8 331 46 3 329 52274 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71