Полимерная композиция для изготовления вибропоглощающих клеев и покрытий

ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВИБРОПОГЛОЩАЮЩИХ КЛЕЕВ И ПОКРЫТИЙ(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(72) Авторы Близнец Михаил Михайлович Матвецов Виктор Иванович Инютин Александр Владимирович Панасевич Андрей Алексеевич Близнец Сергей Михайлович Акур Иван Степанович Журавский Владимир Николаевич Нечитайло Александр Порфирьевич Новиков Василий Федорович Кардеенок Геннадий Казимирович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(57) Полимерная композиция для изготовления вибропоглощающих клеев и покрытий, работающих в условиях сезонных изменений температур и повышенной влажности, включающая эпоксиднодиановую смолу, аминный отвердитель, минеральный наполнитель и разбавитель, отличающаяся тем, что дополнительно содержит оксиборид магния, триполифосфат натрия, порошок металла, холестериловый эфир тридекановой кислоты и диметилдитиокарбамат цинка при следующем соотношении компонентов, мас.ч. эпоксиднодиановая смола 100 аминный отвердитель 10-30 минеральный наполнитель 5-100 разбавитель 10-100 оксиборид магния 0,1-25,0 триполифосфат натрия 0,1-10,0 порошок металла 1-60 холестериловый эфир тридекановой кислоты 0,05-3,0 диметилдитиокарбамат цинка 0,3-5,0. Изобретение относится к области создания полимерных композиционных материалов на основе эпоксидных смол и может быть использовано на железнодорожном транспорте для изготовления вибропоглощающих клеев и покрытий, работающих в условиях сезонных изменений температур и повышенной влажности среды, например для соединения 7574 1 2005.12.30 изолирующей втулки, выполненной из армированного фенолформальдегидного композита,с крепежным болтом в скреплениях на железобетонном подрельсовом основании, а также для ремонта блоков цилиндров тепловозов и дизельпоездов, подверженных вибрации. Известна полимерная композиция, включающая эпоксиднодиановую смолу (5473,5 мас. ), алюминиевую пудру (8-16 мас. ), дибутилфталат (10-15 мас. ), мышьяковистокислый кальций (0,5-3 мас. ) и полиэтиленполиамин (8-12 мас. ) 1. Материал, полученный из известной композиции, характеризуется значительной усадкой при отвердении, что приводит к возникновению больших внутренних напряжений в клеевом шве, вызывающих отслоение изолирующей втулки от остального болта и приводящих к выводу из строя изолирующего соединения. Мышьяковистокислый кальций, содержащийся в известной полимерной композиции, является сильно токсичным веществом и вызывает отравление организма человека, что затрудняет использование изделий из известного материала в открытых узлах и конструкциях железнодорожной техники. Известна также полимерная композиция, включающая эпоксиднодиановую смолу (3070 мас. ), фурфуролацетоновый мономер (10-30 мас. ), неорганический наполнитель(8-10 мас. ) 2. Материал, изготовленный из известной полимерной композиции, обладает низкими прочностными свойствами и высоким водопоглощением, что приводит к возникновению в клеевом шве значительных по величине внутренних растягивающих напряжений, приводящих к преждевременному отслаиванию изолирующей втулки от поверхности крепежного болта. Совмещенная соль 3 и , содержащаяся в связующем, вызывает интенсивную коррозию стальной поверхности крепежного болта, что снижает адгезию полимерной композиции к металлу и приводит к преждевременному выходу из строя изолирующего узла в скреплении. Низкие вибропоглощающие свойства известной полимерной композиции также способствуют разрушению клеевого соединения изолирующей втулки с поверхностью стального крепежного болта при небольшом числе циклов вибрационного воздействия. Наиболее близкой к заявляемой является полимерная композиция для изготовления вибропоглощающих клеев и покрытий, работающих в условиях сезонных изменений температур и повышенной влажности, включающая эпоксиднодиановую смолу, аминный отвердитель, минеральный наполнитель и разбавитель 3. Известная полимерная композиция содержит экоксиднодиановую смолу (100 мас.ч.), аминный отвердитель (8-25 мас.ч.), волокнистый наполнитель (10-85 мас.ч.), минеральный наполнитель (10-120 мас.ч.), в качестве разбавителя фурфуролацетоновый мономер (40-80 мас.ч.), хромовокислый цинк (0,53,5 мас.ч.), оксинитрат алюминия (5-12 мас.ч.), калийтитанил щавелевокислый (1-6 мас.ч.). В качестве добавок известная полимерная композиция содержит хромовокислый цинк и оксинитрат алюминия, которые в присутствии калийтитанила щавелевокислого вызывают повышенную коррозию сопряженной стальной поверхности крепежного болта, что приводит к отслоению от его поверхности изолирующей втулки из фенолформальдегидного композита. Это приводит к преждевременному выходу из строя всего изолирующего узла в скреплении на железобетонном подрельсовом основании. Известная полимерная композиция обладает недостаточно высокими вибропоглощающими свойствами, что затрудняет ее применение как для соединения изолирующей втулки с крепежным болтом в скреплении, так и для заделки трещин и раковин в блоке цилиндров тепловозов. Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в создании полимерной композиции для изготовления вибропоглощающих клеев и покрытий, обеспечивающей получение антикоррозионных и вибропоглощающих клеевых композиций на основе эпоксиднодиановых смол, обладающих улучшенными эксплуатационными свойствами клеевых соединений полимерных изделий с металлами за счет повышения адгезии эпоксидной клеевой композиции к металлу и изолирующей втулке, выполненной из армированного фенолформальдегидного композита. 2 7574 1 2005.12.30 Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в увеличении антикоррозионных свойств увеличении вибропоглощающих свойств снижении тепловых деформаций. Указанный технический результат достигается тем, что полимерная композиция для изготовления вибропоглощающих клеев и покрытий, работающих в условиях сезонных изменений температур и повышенной влажности, включающая эпоксиднодиановую смолу, аминный отвердитель, минеральный наполнитель и разбавитель, дополнительно содержит оксиборид магния, триполифосфат натрия, порошок металла, холестериловый эфир тридекановой кислоты и диметилдитиокарбамат цинка при следующем соотношении компонентов, мас. ч. эпоксиднодиановая смола 100 аминный отвердитель 10-30 минеральный наполнитель 5-100 разбавитель 10-100 оксиборид магния 0,1-25,0 триполифосфат натрия 0,1-10, 0 порошок металла 1-60 холестериловый эфир тридекановой кислоты 0,05-3,0 диметилдитиокарбамат цинка 0,3-5,0. Учитывая высокие физико-механические и адгезионные свойства ко многим металлам и неметаллическим материалам в качестве связующего выбраны эпоксиднодиановые смолы марок ЭД-20 и ЭД-16 (ГОСТ 10577-76). Для улучшения ряда технологических и эксплутационных характеристик клеевых композиций, снижения начальной вязкости смолы,улучшения физико-механических свойств, повышения теплостойкости и химической стойкости, снижения стоимости связующего в эпоксидную смолу вводили разбавители. При этом в качестве разбавителей могут быть использованы фенилглицидиловый эфир(ТУ 6-05-1747-76), фурфуролацетоновый мономер (МРТУ 6-05-945-64), полиметилполисилоксан (ГОСТ 13032-77) и другие. При этом высокой адгезией к поверхностям полимера и металла и низким водопоглощением обладает полимерная клеевая композиция,содержащая 10-100 мас. ч. разбавителя на 100 мас. ч. эпоксидной смолы. Введение разбавителя выше оптимальной концепции снижает адгезию клеевой композиции к наполнителям, металлической подложке и к поверхности полимерной изолирующей втулки, а ниже оптимальной концентрации уменьшает стойкость адгезии в условиях вибрационного воздействия и повышает водопоглощение материала. Сшивающими агентами служили аминные отвердители моноцианэтилдиэтилентриалин (ТУ 6-05-1883-78), полиэтиленполиамин(ТУ 6-05-241-202-78), диэтилентриаминометилфенол (ТУ 6-09-4227-76) и др. Содержание отвердителя в связующем определяли на основе оптимального сочетания высоких физикомеханических свойств с технологичностью изготовления и переработки полимерной композиции. Для повышения адгезии и вибропоглощающих свойств клеевой композиции в эпоксидную смолу вводили порошок металла, например порошок железа марки ПЖЧС (ГОСТ 9849-96), бронзовую пудру (ТУ 48-08-496-71) и алюминиевую пудру (ГОСТ 10996-76),оксиборид магния, минеральный наполнитель и триполифосфат натрия (ГОСТ 13493-86). В качестве минерального наполнителя могут быть использованы каолин (ГОСТ 19608-74),дисульфид молибдена (ТУ МХП РУ 1082-64), слюда (ГОСТ 815-74) и др. Оксиборид магния получали путем взаимодействия 60 водного раствора борной кислоты (ГОСТ 18704-78) с оксидом магния (ГОСТ 4526-67). При этом оптимальным сочетанием физико-механических свойств и технологичности при изготовлении обладает оксиборид магния, полученный при растворении 1 грамма оксида магния в 0,75 мл 60 водного раствора борной кислоты. Полученный оксиборид магния является твердым кристаллическим веществом 3 7574 1 2005.12.30 белого цвета. Затем оксиборид магния сушили и измельчали, после чего вводили в композицию. Введение порошка металла, оксиборида магния, минерального наполнителя и триполифосфата натрия ниже оптимальной концентрации уменьшает вибропоглощающие свойства клеевой композиции, а выше оптимальной концентрации - снижает ее адгезию к стали и к фенолформальдегидной изолирующей втулке и повышает водопоглощение клеевого шва. Однако введение указанных модификаторов не предотвращает коррозию поверхности при эксплуатации изолирующего узла в условиях повышенной влажности воздуха и периодического изменения суточных и сезонных температур. Для повышения антикоррозионных свойств клеевой композиции в состав связующего вводили дополнительно холестериловый эфир тридекановой кислоты (ТУ 6-09-4008-77) и диметилдитиокарбамат цинка (ТУ МХП 4385-55). Введение холестерилового эфира тридекановой кислоты и диметилдитиокарбамата цинка ниже оптимальной концентрации повышает коррозию поверхности стального крепежного болта, а выше оптимальной концентрации - снижает адгезию клея к его поверхности. В отличие от известных технических решений нами предложено использовать порошки металлов, оксиборид магния и минеральный наполнитель для повышения адгезии и вибропоглощающих свойств клеевой полимерной композиции на основе эпоксидной смолы. Повышения антикоррозионных свойств клеевой полимерной композиции достигали дополнительным введением в связующее холестерилового эфира тридекановой кислоты и диметилдитиокарбомата цинка. Таким образом, в сравнение с известным уровнем техники заявляемый объект обладает новой совокупностью компонентов и их соотношением, благодаря чему обеспечивается технический результат. Технология формирования разработанной полимерной композиции состоит в следующем. Эпоксиднодиановую смолу, разбавитель, холестериловый эфир тридекановой кислоты и диметилдитиокарбомат цинка совмещают при 60 С, затем вводят минеральный наполнитель и порошки металлов. При непрерывном перемешивании дополнительно вводят оксиборид магния и триполифосфат натрия. Аминный отвердитель вводится в смесь,охлажденную до комнатной температуры (18-20 С). Клеевые соединения, сформированные с использованием разработанной композиции, выдерживаются при температуре 1820 С в течение 20-24 часов, а затем термообрабатываются при температуре 80-100 С в течение 3-4 часов. Примеры составов и основные свойства известной 3 и разработанных клеевых полимерных композиций приведены в таблице. Как видно из таблицы, сочетание выбранных компонентов позволило в сравнении с прототипом повысить адгезию полимерной композиции к стали в 1,18-1,43 раза и к фенолформальдегидной изолирующей втулке в 1,65-1,86 раза, увеличить коэффициент торможения коррозии в 1,6-2,5 раза и снизить тепловые деформации материала в 1,6-1,4 раза. Из таблицы также видно, что разработанная полимерная композиция обладает более высокой устойчивостью адгезии к вибрациям в сравнении с прототипом. Отсутствие в полимерной композиции диметилдитиокарбомата цинка и триполифосфата натрия (состав ), холестерилового эфира тридекановой кислоты и порошка металла (состав ), минерального наполнителя и оксиборида магния (состав ) и разбавителя (состав ) приводит к ухудшению эксплутационных свойств полимерной композиции. Адгезию полимерной композиции к поверхностям фенолформальдегидной изолирующей втулки и стального крепежного болта оценивали на цилиндрических образцах,склеенных композицией встык (торцами) (ГОСТ 209-62). Разрушение образцов осуществляли при скорости нагружения 500 / на разрывной машине ЦД-4. Для оценки устойчивости адгезии полимерной композиции к изолирующей втулке и стальному болту клеевые соединения помещали на виброплатформу, где их подвергали вибрационному воздействию с частотой 25 Гц в течение 72 часов. Коэффициент торможения коррозии стали в 5 ом растворе соляной кислоты вычисляли по формуле 4 7574 1 2005.12.30 1, где- скорость коррозии стали при нанесении покрытия из разработанной полимерной композиции, содержащей ингибиторы коррозии (холестериловый эфир тридекановой кислоты, триполифосфат натрия, диметилдитикарбамат цинка)- скорость коррозии стали при нанесении покрытия из полимерной композиции, не содержащей ингибиторы коррозии. Тепловые деформации в диапазоне температур 20-100 С измеряли на термоанализаторе Термофлекс (Япония). Таблица Составы и основные свойства известной 3,разработанных и исследуемых полимерных композиций Составы и свойства Полимерная композиция, мас. ч. Из- Исследуемая Заявляемая Исследуемая вестная. Составы 1. Эпоксиднодиановая смола 1.1. ЭД-20 100 1.2. ЭД-16 2. Разбавитель 2.1. Фенилглицидиловый эфир 2.2. Фурфуролацетоновый 60 мономер 2.3. Полиметилполисилоксан 3. Оксиборид магния 4. Минеральный наполнитель 4.1. Каолин 4.2. Дисульфид молибдена 4.3. Слюда 35 5. Порошок металла 5.1. Порошок железа марки ПЖ 5.2. Бронзовая пудра 5.3. Алюминиевая пудра 6. Холестериловый эфир тридекановой кислоты 7. Триполифосфат натрия 8. Диметилдитиокарбамат цинка 9. Аминный отвердитель 9.1. Моноцианэтилдиэтилентриамин 7574 1 2005.12.30 1 9.2. Полиэтиленполиамин 9.3. Диэтилентриаминофенол 10. Оксинитрат алюминия 11. Отходы полиэфирного волокна 12. Калийтитанил щавелевокислый 13. Хромовокислый цинк. Свойства 1. Адгезия к стали, Мпа 2. Адгезия к стали после вибрационного воздействия, Мпа 3. Адгезия к фенолформальдегидной изолирующей втулке, МПа 4. Коэффициент торможения коррозии 5. Тепловые деформации в диапазоне температур 20-100 С, мкм Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.