Полімерна композиція

Реферат: Винахід належить до створення полімерних композиційних матеріалів на основі поліуретанів. Задача винаходу - розробка полімерних композицій на основі поліуретанів з підвищеною теплостійкістю для важконавантажених вузлів тертя з періодичною подачею мастила. Поставлена задача досягається тим, що відома композиція на основі термопластичного поліуретану, нафталінформальдегідної смоли та поліелектролітного комплексу додатково містить епоксидіанову смолу при наступному співвідношенні компонентів, мас. ч.: термопластичний поліуретан нафталінформальдегідна смола поліелектролітний комплекс епоксидіанова смола 100 20-25 1,5-3 10-15. UA 99543 C2 (12) UA 99543 C2 UA 99543 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Винахід стосується полімерних композиційних матеріалів на основі поліуретанів і може бути використаний при розробці зносостійких деталей важконавантажених вузлів тертя насоснокомпресорного обладнання металургійних виробництв. Полімерні матеріали знаходять широке розповсюдження у вузлах тертя машин [Полимеры в узлах трения машин и приборов: Справочник / А.В. Чичинадзе, А.Л. Левин, М.М. Бородулин, Е.В. Зиновьев. Под общ. ред. А.В. Чичинадзе - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1988.-328 с.]. Серед їх великої кількості поліуретани займають особливе місце завдяки можливості змінення своїх властивостей у широких межах [Бюист Дж. М. Композиционные материалы на основе полиуретанов. Пер. с англ. / Под. ред. Шутова Ф.А. - М.: Химия, 1983.-238 с.]. Для підвищення зносостійкості, міцності у поліуретани вводять різні домішки і модифікатори [Анисимов В.Н., Кураченков В.Н. Область применения и работоспособность композиционных материалов на основе термопластичных полиуретанов / Тез. докл. московской международной композиции по композитам. - М: АН СССР.-1990. - ч. П. - С. 229-230; А.с. 897809 СССР, C08L 75/04. Полимерная композиция / В.С. Дубровский, В.А. Струк, В.Г. Савкин, Г.С. Стрелец (СССР).- № 2858943/23-05;заявл. 25.12.79; опубл. 15.01.82, Бюл. № 2; Пат. 53746 Україна, С08L 75/04. Полімерна композиція / Анісімов В.М., Кураченков В.М., Семенець О.А.; заявник та патентовласник Український держ. хім.-тех. університет. - № 2000042013; заявл. 10.04.00; опубл. 17.02.03, Бюл. № 2]. Однак, введення дисперсних наповнювачів звично по'вязано з різким падінням фізико-механічних характеристик. Це пояснюється формуванням слабких адгезійних зв'язків на межі полімер-наповнювач. Деяке поліпшення властивостей відбувається при введенні у поліуретани модифікаторів, наприклад, фенолформальдегідної смоли [А.с. 730759 СССР, С08 L 75/04. Абразивная масса для изготовления шлифовального інструмента / Н.И. Богомолов, В.В. Ефанова, Л.А. Кольцов, А.П. Рехман, В.Т. Чалый (СССР). - № 2523631/2305; заявл. 14.09.71; опубл. 30.04.80, Бюл. № 16]. Однак, така композиція також має порівняно невисокі міцнісні характеристики, зносостійкість, теплостійкість. Найбільш близькою до запропонованої по технічній суті і ефекту, що досягається, є поліуретанова композиція, яка включає у своєму складі термопластичний поліуретан, нафталінформальдегідну смолу та поліелектролітний комплекс на основі поліакрилату натрію і полівінілбензилтриметиламонійхлориду, при наступному співвідношенні компонентів, мас. ч.: термопластичний поліуретан 100 нафталінформальдегідна смола 20-25 поліелектролітний комплекс 1,5-3. [A.c. №1599402 CCCP, C08 L 75/04. Композиция для изготовления изделий, работающих в узлах трения машин и механизмов / В.Н. Анисимов, В.Н. Кураченков, В.А. Платонов, В.В. Страхов (СССР). - № 4410445/23-05; заявл. 20.01.88; опубл. 15.10.90, Бюл. № 38] (прототип). Формування сітки із смоли, яка містить у поліуретановому ланцюгу нафталінові ядра, сприяє зростанню міцності, твердості, зносостійкості. Поліелектролітний комплекс (ПЕК) у складі поліуретанової композиції сприяє проникненню молекул води з навколишнього середовища у сітчасту структуру ліофільного ПЕК, що сприяє зосередженню вологи на робочій поверхні виробу. А це у свою чергу створює умови для утворення розділювальної рідинної плівки між поверхнями тертя, в результаті чого відбувається різке зниження сили тертя у спряженні, ріст зносостійкості. Недоліком прототипу є низька теплостійкість. Особливо це виявляється при експлуатації важконавантажених вузлів тертя з періодичною подачею мастила. Тепло, яке виділилось в умовах фрикційного контакту, в першу чергу сприяє розігріву полімерного матеріалу і втраті деформаційної стійкості. В основу винаходу поставлена задача розробки полімерних композицій на основі поліуретанів з підвищеною теплостійкістю для важконавантажених вузлів тертя з періодичною подачею мастила шляхом розкриття епоксиугруповань і утворення в матеріалі структур за типом взаємопроникних сіток. Поставлена задача досягається тим, що відома композиція, яка містить термопластичний поліуретан, нафталінформальдегідну смолу та поліелектролітний комплекс на основі поліакрилату натрію і полівінілбензилтриметиламонійхлориду, згідно з винаходом, додатково містить епоксидіанову смолу марки ЕД-20 при наступному співвідношенні компонентів, мас. ч.: термопластичний поліуретан 100 нафталінформальдегідна смола 20-25 поліелектролітний комплекс 1,5-3 епоксидіанова смола марки ЕД20 10-15. 1 UA 99543 C2 5 10 15 20 25 Використання епоксидіанової смоли ЕД-20 (ГОСТ 10587-72) як модифікатора сприяє підвищенню зносо- і теплостійкості. Позитивний ефект досягається за рахунок реалізації у процесі отримання і гарячої переробки хімічної взаємодії як між епоксидним олігомером і нафталінформальдегідною смолою, так і між епоксіолігомерами з кінцевими ізоціанатними і діольними групами, які не прореагували. Даний процес зумовлений розкриттям і взаємодією епоксиугруповань, що підтверджується результатами ІЧ-спектроскопії. Суттєвим є і той факт, що при переробці запропонованої композиції литтям під тиском, плавлення шару смоли, який сформовувався на гранулах поліуретанового термопласту на першій стадії переробки, інтенсифікує швидкість плавлення полімерних часток, а також знижує в'язкість і підвищує текучість розчину. Тобто модифікатори у цьому випадку виступають у ролі високотемпературного пластифікатора, який дозволяє поліпшити формування виробів і зменшити кількість макродефектів в структурі. Технологічний режим приготування запропонованного композиційного матеріалу пояснюється прикладами конкретного виконання. Приклад 1 50 % спиртовий розчин нафталінформальдегідної і епоксидної смол змішують з розчином поліуретану і при постійному перемішуванні вводять порошок поліелектролітного комплексу. Отриману суміш підсушують і ставлять у вакуумну термошафу. Тут суміш підлягає витримуванню при температурі 373 К до повного усування розчинника. Кількість наповнювача контролюють ваговим методом. Приклад 2 Гранули термопластичного поліуретану зануряють у 50 % спиртовий розчин нафталінформальдегідної і епоксидіанової смол. Після однієї години витримування за допомогою сита гранули відокремлюють від розчину, просушують у термокамері до повного вилучення розчинника (кількість модифікатора контролюється по сухому залишку) і змішують з порошком поліелектролітного комплексу. Отриману композицію переробляють у вироби литтям під тиском на термопластавтоматах типа ДГ при питомому тиску 100 МПа та температурі 473 К. Винахід ілюструється прикладами конкретного виконання (таблиця 1). Таблиця 1 Склад полімерних композицій, мас. ч. Композиції по прикладу, мас. ч. 1 (прототип) 2 3 4 5 6 100 100 100 100 100 100 22 15 20 22 25 зо 2 4 3 2 1,5 1 5 10 12,5 15 20 Компоненти Поліуретан Нафталінформальдегідна смола Поліелектролітний комплекс Епоксидіанова смола 30 35 40 Порівняльні дослідження на тертя та зношування композицій проводили на дисковій машині [Тищенко Г.П., Кураченков В.Н., Анисимов В.Н. и др. Совершенствование методов исследования физико-химических свойств полимерных материалов и защитных покрытий: Обз. инф. М.: НИИТЭХИМ, 1985, вып. 12/242-36 с] в режимі тертя без змащення при навантаженні Р=0,2 МПа та швидкості ковзання V=1 м/с. Як контртіло використовували диск зі сталі 45 (HRC 45-48) з шорсткістю поверхні Ra=0.63-0.8 мкм. Інтенсивність зношування знаходили як втрату ваги зразків шляхом їх зважування на аналітичних терезах ВЛА-200М через кожні 1000 м шляху. Дослідження фізико-механічних характеристик проводили на машині INSTRON1122. Вимірювання теплостійкості проводилось на приладі ТМК по інтегральному методу з автоматичним записом кривої деформації від температури при навантаженні 1МПа і швидкості зростання температури 2 К/хв. Оцінка теплостійкості проводилась по температурі початку розм'якшення. Результати досліджень приведені в таблиці 2 (нумерація у відповідності до таблиці 1). 2 UA 99543 C2 Таблиця 2 Фізико-механічні характеристики розроблених полімерних композицій Показник Композиції по прикладу Гранична міцність при розриві, МПа Інтенсивність зношування, мг/км Теплостійкість, K (температура початку розм'якшення) 5 10 1 (ПУ+25 НФС+2 ПЕК) (прототип) 52 3,0 2 3 4 5 6 38 3,0 52,2 3,0 52,5 2,5 53 1,5 52 4,0 373 373 380 385 390 380 Як контрольний матеріал та прототип використовували термопластичний поліуретан Вітур Т-0213-90 (ТУ 6-05-221-526-82). Як слідує з таблиці 2, запропонований композиційний матеріал має більш високу теплостійкість і зберігає на достатньо високому рівні міцнісні та триботехнічні характеристики. Це відбувається завдяки реалізації хімічних зв'язків між сіткою матриці і наповнювача, а також внаслідок формування у матеріалі більш жорсткої сітки модифікатора з міцнісними ароматичними ядрами. Запропонований винахід може бути використаний в умовах КНПП "Пластик" (м. Дніпропетровськ) з метою випуску широкої номенклатури манжет та ущільнень для насоснокомпресорних станцій металургійних виробництв. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 Полімерна композиція, що містить термопластичний поліуретан, нафталінформальдегідну смолу та поліелектролітний комплекс на основі поліакрилату натрію і полівінілбензилтриметиламонійхлориду, яка відрізняється тим, що вона додатково містить епоксидіанову смолу марки ЕД-20 при наступному співвідношенні компонентів, мас. ч.: 20 термопластичний поліуретан нафталінформальдегідна смола поліелектролітний комплекс епоксидіанова смола ЕД-20 100 20-25 1,5-3 10-15. Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3