Епоксикомпозитне покриття

Епоксикомпозитне покриття, що містить адгезійний шар, який складається з епоксидної діановоі смоли, отверджувача та неорганічного наповнювача, і поверхневий шар, виконаний з композиції, що містить епоксидну діанову смолу, пластифікатор, отверджувач і неорганічний наповнювач, яке відрізняється тим, що адгезійний шар Корисна модель відноситься до області отримання композитних покриттів для захисту деталей машин та механізмів технологічного устаткування в машинобудуванні, радіотехнічній, ХІМІЧНІЙ І хар човій промисловості від корозії 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 В цьому напрямку цікавим є використання матеріалів на основі епоксидних смол, які крім вказаних властивостей мають значну адгезію до металевої основи, технологічність при формуванні у якості покриттів на довговимірних поверхнях складного профілю, розвинуту сировинну базу Відома полімерна композиція [пат Японії №63183914, 29 07 88 "Епоксидна композиція для силових електричних пристроїв"], яка містить (мас ч ) епоксидна смола на основі дифенілпропану - ЗО, фенольноноволачна смола - 4, прискорювач тверднення на основі імідазолу - 2 та наповнювач - АІгОз - 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 як неорганічний наповнювач містить газову сажу, а поверхневий шар як пластифікатор містить аліфатичну смолу, а як неорганічний наповнювач - ферит та оксид хрому при наступному співщношенні інгредієнтів у шарах, мас ч адгезійний шар епоксидна діанова смола 100 отверджувач 8-12 неорганічний наповнювач газова сажа, 20-40 мкм 20-30, поверхневий шар епоксидна діанова смола 100 аліфатична смола 10-20 отверджувач 11-12, неорганічний наповнювач ферит, 60-80 мкм 80-100 оксид хрому, 20-40 мкм 30-50. середовищ в об'єм покриттів забезпечуючи локальне руйнування і відшарування композиту від площини субстрату (аналог) Відоме таке покриття fa c SU №1434762], що містить адгезійний шар, який складається з епоксидної діанової смоли, твердника та неорганічного наповнювача і поверхневий шар, виконаний з композиції, що містить епоксидну діанову смолу, пластифікатор, твердник і неорганічний наповнювач (прототип) Недоліком відомого покриття є невисокі фізико-механічні властивості матеріалу Значна седиментація дисперсного наповнювача призводить до утворення залишкових гредієнтних внутрішніх напружень на межі полімер-наповнювач в об'ємі композиту, що в процесі експлуатації спричиняє появу мікротріщин у захисних покриттях Дані недоліки зумовлюють локальне відшарування відомої композиції від основи, а також суттєво звужують діапазон експлуатації деталей і механізмів технологічного устатакування в різних галузях промисловості В основу винаходу поставлена задача вдосконалення епоксикомпозитного покриття, що дозволяє підвищити фізико-механічні властивості та знизити внутрішні напруження у захисних покриттях 00 00 CD о> 6884 Поставлена задача вирішується тим, що в епоксикомпозитному покритті, що містить адгезійний шар, який складається з епоксидної діанової смоли, твердника та неорганічного наповнювача і поверхневий шар, виконаний з композиції, що містить епоксидну діанову смолу, пластифікатор, твердник і неорганічний наповнювач, згідно винаходу вводиться те, що адгезійний шар як неорганічний наповнювач містить газову сажу, а поверхневий шар як пластифікатор містить аліфатичну смолу, а як неорганічний наповнювач - ферит та оксид хрому, з наступним співідношенням інгредієнтів у шарах, мас.ч.: Адгезійний шар: епоксидна діанова смола 100 твердник 8-12 неорганічний наповнювач: газова сажа, 20-40 мкм 20-30 Поверхневий шар: епоксидна діанова смола 100 аліфатична смола 10-20 твердник 11-12 неорганічний наповнювач: ферит, 60-80 мкм 80-100 оксид хрому,20-40 мкм 30-50 Як базовий компонент для полімерної матриці захисного покриття вибрано низькомолекулярну епоксидно-діанову смолу марки ЕД-20 (ГОСТ 10687-76), яка у скловидному стані характеризується високими фізико-механічними властивостями та адгезійною міцністю до чорних металів і сплавів. При формуванні поверхневого шару з метою поліпшення фізико-механічних і технологічних властивостей епоксидну матрицю пластифікували аліфатичною смолою ДЕГ-1 (ТУ 6-05-164573), яка являє собою дигліцидиловий ефір диетиленгліколю. При уведенні пластифікатора у кількості до Юмас.ч. на ЮОмас.ч. ЕД-20 погіршуються реологічні властивості композиції, а збільшення концентрації ДЕГ-1 понад 20мас.ч. на ЮОмас.ч. ЕД-20 зумовлює зниження ступеня зшивання полімерної матриці, що погіршує експлуатаційні характеристики 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. Газову сажу, як достатньо доступний та структурноактивний неорганічний наповнювач, уводили з метою забезпечення адсорбційної взаємодії на межі полімер-наповнювач. Уведення у адгезійний шар наповнювача газової до 20мас.ч. на ЮОмас.ч. ЕД-20 призводить до зменшення об'єму полімеру у стані граничних прошарків, при цьому руйнівне напруження при згинанні композитного матеріалу знижується. Уведення газової сажі понад ЗОмас.ч. на ЮОмас.ч. ЕД-20 зумовлює підвищення внутрішніх напружень у композиті внаслідок значної дефектності граничних прошарків навколо дисперсних частинок наповнювача. Уведення у поверхневий шар, як основного неорганічного наповнювача фериту та додаткового - оксиду хрому при оптимальній концентрації забезпечує формування стійкої до седиментації тиксотропної системи з високими показниками фізико-механічних властивостей. Збільшення концентрації даних наповнювачів зумовлює виникнення напруженого стану та дефектів у поверхневих прошарках, що спричиняє суттєве підвищення внутрішніх напружень композитних матеріалів. Це зменшує довговічність захисних покриттів. Нанесення на сталеву основу (Ст.З) методом газотермічного напилення адгезійного шару товщиною 0.1-0.3мм, який містить 20-30мас.ч. газової сажі дозволяє суттєво підвищити адгезійну міцність полімеркомпозитного покриття. Поліпшення зазначених характеристик пов'язано із значним впливом дисперсних частинок на процеси структуроутворення в гетерогенних матеріалах та здатністю макромолекул полімеру до адсорбції. Попередня полімеризація даного шару при температурі 313-ЗЗЗК протягом 20-30 хвилин забезпечує високий ступінь зшивання макромолекул в єдину сітку та зміну їхніх конформацій, що зумовлює підвищення адгезійної міцності та фізико-механічних властивостей покриттів. Виконання адгезійного шару товщиною, яка менша 0.1мм, погіршує протікання дифузійних процесів при полімеризації захисного покриття. Виконання адгезійного шару товщиною, яка більша 0.3мм, знижує величину адгезійної міцності гетерогенних матеріалів. Крім того, полімеризація шару при температурі, яка вища оптимальних режимів та тривалістю, більшою ЗО хвилин, зумовлює зменшення міжшарової взаємодії, що погіршує захисні властивості полімеркомпозитів. Полімеризація шару при температурно-часових режимах, які нижчі від оптимальних значень, погіршує технологічні умови формування захисних покриттів. Поверхневий шар товщиною 1.5-2.0мм наносять методом газотермічного напилення на поверхню адгезійного шару після його попередньої полімеризації. При подальшій полімеризації композиту така обробка зумовлює краще впакування макромолекул матриці у поверхневих прошарках навколо дисперсного наповнювача, що значно поліпшує захисні властивості гетерогенних матеріалів. Уведення в епоксидну матрицю як основного наповнювача фериту та додаткового оксиду хрому і формування поверхневого шару при оптимальній товщині забезпечує значне підвищення фізико-механічних властивостей розробленого покриття порівняно з прототипом. Крім того, описаний температурно-часовий режим тверднення забезпечує формування проміжного шару внаслідок дифузійних фізико-хімічних процесів, які проходять у композиційній системі при полімеризації. Вибір даних наповнювачів зумовлений тим, що вони характеризуються високими показниками твердості, міцності, а матеріали, наповнені дисперсними частинками, відзначаються достатньо високими фізико-механічними властивостями та низькими внутрішніми напруженнями. 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. Композицію формують і наносять на поверхню за наступною технологією. Адгезійний шар. 6884 Дозування компонентів, перемішування епоксидної смоли і наповнювача, після чого вводять твердник (ПЕПА). Отриману композицію протягом 30-40 хвилин наносять на попередньо обезжирену поверхню методом газотермічного напилення, після чого затверджують за режимом: Т=313-ЗЗК, т = 20-30 хв. Поверхневий шар. Дозування компонентів, змішування епоксидної смоли і пластифікатора, взятих у співвідношенні 100:(10-20), після чого добавляють напов 6 нювач. Після перемішування композиції вводять твердник (ПЕПА). Отриману композицію протягом 30-40 хвилин наносять на попередньо обезжирену поверхню методом газотермічного напилення, після чого проводять термостатування покриття за режимом: Т=393-498К, т = 2.0-2.1 годин. В таблиці наведено приклади конкретного виконання композиції: технічні рішення згідно із заявкою, контрольні приклади прототипу, а також їхні порівняльні властивості. Таблиця 1 Епоксикомпозитне покриття № Компоненти 1 2 Адгезійний шар Епоксидна діанова смола Твердник - поліетиленполіамін (ПЕПА) Наповнювач Газова сажа, 2040мкм Склобій, 60 мкм Аеросил Поверхневий шар Епоксидна діанова смола Аліфатична смола (ДЕГ-1) Новолачна фенольна смола Твердник - поліетиленполіамін (ПЕПА) наповнювач Ферит,60-80 мкм Оксид хрому, 20-40 мкм Тугоплавка комплексна сполука Червоний шлам, 210 мкм 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Композиція згідно з винаходом І II ПІ 3 4 5 Контрольні приклади І 6 II 7 III 8 IV 9 V 10 VI 11 VII 12 прототип VIII 13 IX 14 X 15 І 16 II 17 III 18 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 8 10 12 6 6 10 10 8 12 12 8 14 15 10 12 15 20 25 ЗО 5 15 20 ЗО 25 25 20 ЗО 40 50 80 2 120 160 3 4 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 10 15 20 5 5 15 15 20 20 15 10 40 60 ЗО 40 50 11.0 11.5 12.0 8.0 10.0 11.0 12.0 11.5 11.5 11.0 12.0 14.0 16.0 10.0 10.0 10.0 80 90 100 40 60 90 90 80 100 80 100 120 140 ЗО 40 50 10 20 30 50 50 ЗО 40 40 80 100 100 140 180 40 50 60 Характеристики композитного покриття Руйнівне напружен106. 108. 112. 104. 106. 110. 107. 104. 1 ня при згинанні, 92.2 95.3 99.4 91.8 85.6 63.2 68.7 72.8 1 1 4 5 2 3 4 2 МПа Ударна в'язкість, 10.9 11.0 11.1 10.5 11.1 11.0 10.0 10.5 9.47 9.28 3.78 4.14 4.38 9.32 9.54 2 9.68 кДж/м2 2 3 9 6 2 7 2 6 Внутрішні напру4.8 5.0 4.7 5.2 4.9 4.6 5.4 5.4 5.5 4.9 5.1 4.8 4.6 7.5 7.3 7.0 3 ження, МПа 6884 Руйнівне напруження композитів при згинанні визначали згідно ГОСТ 4648-71 Внутрішні напруження визначали консольним методом МІЦНІСТЬ покриття при ударі досліджували з допомогою маятникового копра згідно ГОСТ 4765-73 Шкала вимірюваного приладу відградуйована так, що нуль знаходиться внизу, а максимальне значення від Комп ютерна верстка Д Дорошенко повідає висоті підйому маятника після руйнування зразка При відомому куті підйому шкала вимірювального приладу фіксує робочий кут проходження маятника після руйнування зразка, розміри якого становили 60х10х8мм Для отримання середніх значень опору для кожного варіанту покриттів використовували не менше 5 зразків Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП 03680 Україна ДП 'Український інститут промислової власності", вул Глазунова 1, м Київ - 4 2 , 01601