Полимерная композиция для антикоррозионной защиты сварных соединений
Владельцы патента RU 2273653:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Изобретение относится к полимерным композициям, применяемым для защиты от коррозии, и может быть использовано для заполнения внутренней полости нахлеста (перед сваркой), образующегося при точечной электросварке металлов и сплавов. Полимерная композиция содержит полимерное связующее - эпоксидированный каучук или диметилсилоксановый каучук, азотсодержащий отвердитель - полиамидную смолу или полиметилсилазан, пассивирующую добавку, наполнитель - тальк или слюду, тиксотропную добавку - аэросил, токопроводящую добавку - порошок никеля электролитического или порошок сплавов системы Al-Fe-Cu. Композиция дополнительно может содержать эпоксидную смолу в количестве 10-20 мас.ч. Технический результат - получение, композиции с высокими защитными свойствами во всеклиматических условиях, что позволяет увеличить ресурс работы изделий. 1 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к полимерным композициям, применяемым для защиты от коррозии, и может быть использовано для заполнения внутренней полости нахлеста (перед сваркой), образующегося при точечной электросварке металлов и сплавов.
Известен провариваемый адгезивный материал, представляющий собой эпоксидную матрицу с содержанием 30-60% металлических волокон, которая выдавливается из сварной точки при сварке (патент США №5240645).
Недостатком известного материала является вероятность непроваров за счет высокой седиментации металлических волокон в полимерной матрице, приводящей к расслоению материала.
Известна антикоррозионная жидкая композиция для покрытия, способная к сварке после отверждения и защищающая металлическую подложку от коррозии после сварки, содержащая полимерную основу (систему смол с разбавителем), тонко измельченные металлы (алюминий, нержавеющую сталь, их сплавы и смеси и никель) и различные целевые добавки (патент США №5047451).
Недостатками этой композиции являются высокая сложность (трудоемкость) получения покрытия перед сваркой (требуется отверждение при температуре 260°С) и наличие летучих компонентов (ухудшение экологии при сварке).
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является полимерная композиция, используемая для заполнения нахлестки, образующейся при сварке сталей и сплавов. Композиция имеет следующий состав, вес.ч.:
| Полимерное связующее - соконденсат | |
| полиметилфенилсилоксанового эластомера | |
| и полиметилфенилсилоксановой смолы, взятых в соотношении | |
| (8-9):(2-1) | 100 |
| Отвердитель - смесь диэтиламинометилентриэтоксисилана | |
| с γ-аминопропилтриэтоксисиланом, взятых | |
| в соотношении 1:1 | 0,5-1,5 |
| Пассивирующая добавка | 15-25 |
| Наполнитель | 10-15 |
| Тиксотропная добавка | 0,5-2 |
| Токопроводящая добавка | 2-10 |
(авт. свид. СССР №471372).
Недостатками композиции - прототипа являются высокая сложность процесса получения связующего (соконденсации), часто приводящая к браку как при получении связующего, так и в процессе эксплуатации состава, высокая токсичность пассивирующих добавок - хроматов (ПДК=0,1-0,01 мг/м3). Кроме того, композиция имеет недостаточную жизнеспособность, а также невысокий допустимый интервал времени выдержки от нанесения композиции до сварки, что затрудняет ее применение при проведении ремонтных работ и при сварке крупногабаритных изделий.
Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение токсичности композиции, удешевление стоимости композиции за счет использования связующего, не требующего при изготовлении применения сложных технологических процессов (соконденсации), увеличение жизнеспособности композиции и допустимого интервала времени использования композиции от нанесения на элементы изделия до сварки.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что предлагается полимерная композиция для антикоррозионной защиты сварных соединений, включающая полимерное связующее, азотсодержащий отвердитель, пассивирующую добавку, наполнитель, тиксотропную добавку - аэросил и токопроводящую добавку, которая в качестве полимерного связующего содержит эпоксидированный каучук или диметилсилоксановый каучук, в качестве азотсодержащего отвердителя - полиамидную смолу или полиметилсилазан при следующем соотношении
компонентов, мас.ч.:
| Полимерное связующее - эпоксидированный каучук | |
| или диметилсилоксановый каучук | 80-100 |
| полиамидная смола или полиметилсилазан | 3-7 |
| пассивирующая добавка | 20-30 |
| наполнитель | 10-15 |
| тиксотропная добавка - аэросил | 1-2 |
| токопроводящая добавка | 10-20 |
В качестве эпоксидированного каучука композиция содержит полипропиленгликольдиуретандиэпоксидный каучук или эпоксидированный полидиенуретановый каучук.
В качестве пассивирующей добавки композиция содержит фосфат хрома, фосфат алюминия или молибдат цинка.
В качестве наполнителя композиция содержит тальк или слюду.
В качестве токопроводящей добавки композиция содержит порошок никеля электролитического или порошок сплавов системы Al-Fe-Cu.
Композиция дополнительно может содержать эпоксидную смолу в количестве 10-20 мас.ч.
В качестве эпоксидной смолы композиция содержит эпоксидную диановую смолу или эпоксидную смолу, модифицированную элементоорганическими соединениями.
В качестве эпоксидированного каучука могут быть использованы различные каучуки с эпоксидными группами, но наилучший технический результат достигается при использовании каучуков с содержанием 2-5% эпоксидных групп, среди которых предпочтительнее использовать, например, полипропиленгликольдиуретандиэпоксидный каучук с содержанием эпоксигрупп 3,8-5,0% по ТУ 38.031.001-89 или эпоксидированный полидиенуретановый каучук с содержанием эпоксигрупп 2,0-3,0% по ТУ 38.103.410-78.
В качестве диметилсилоксанового каучука предпочтительнее использовать синтетический термостойкий низкомолекулярный каучук с вязкостью 600-1100 сек по ВЗ-1 по ГОСТ 13885-73.
В качестве азотсодержащего отвердителя могут быть использованы полиамидная смола - продукт конденсации димеризованных метиловых эфиров кислот растительных масел и полиэтиленполиаминов по ТУ 2224-092-05034239-96 или полиметилсилазан - продукт аммонолиза метилтрихлорсилана и диметилдихлорсилана по ТУ 6-02-991-75.
В качестве токопроводящей добавки используют порошок никеля электролитического с содержанием Ni не менее 99,5% с размером частиц 45-250 мкм по ГОСТ 9722-97 или порошки сплавов системы Al-Fe-Cu с размером частиц 40-150 мкм по ГОСТ 9849-86.
Применение токопроводящей добавки с дендритной структурой порошка позволяет проводить сварку без непроваров и выплесков металла.
Для улучшения адгезионных свойств полимерной композиции к наружному лакокрасочному покрытию она дополнительно содержит эпоксидную смолу. В качестве эпоксидной смолы могут быть использованы различные представители этого класса соединений, но наиболее предпочтительно использовать смолу эпоксидную диановую неотвержденную - продукт взаимодействия эпихлоргидрина с дифенилолпропаном с содержанием эпоксигрупп 10,0-23,5% по ГОСТ 10587-84 или смолу эпоксидную диановую, модифицированную элементоорганическими соединениями, с содержанием эпоксигрупп 12-15% и содержанием кремния 2-5% по ОСТ 6-05-448-80.
Примеры осуществления
Пример 1.
Полимерную композицию получают следующим образом: в Z-образный смеситель загружают 100 мас.ч. полипропиленгликольдиуретандиэпоксидного каучука, 30 мас.ч. фосфата хрома, 10 мас.ч. микроталька, 2 мас.ч. аэросила, 15 мас.ч. порошка никеля электролитического и перемешивают в течение 1 ч. Затем пасту перетирают на краскотерочной машине. Перед применением в пасту добавляют при тщательном перемешивании 7 мас.ч. полиамидной смолы.
Композиции по примерам 2-6 готовят аналогично примеру 1. В таблице 1 представлены примеры полимерных композиций по изобретению и полимерная композиция-прототип.
Изобретение не ограничивается приведенными примерами.
| Таблица 1 | |||||||
| Наименование компонентов | Составы по изобретению, мас.ч. | Прототип | |||||
| №№ примеров | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||
| Полипропиленгликольдиуретандиэпоксидный каучук | 100 | 80 | 85 | 90 | - | - | - |
| Эпоксидированный полидиенуретановый каучук | - | - | - | - | 80 | - | - |
| Низкомолекулярный диметилсилоксановый каучук | - | - | - | - | - | 100 | - |
| Смола эпоксидная диановая неотвержденная | - | 20 | 15 | 10 | - | - | - |
| Смола эпоксидная диановая, модифицированная элементоорганическими соединениями | - | - | - | - | 20 | - | - |
| Полиамидная смола - продукт конденсации димеризованных метиловых эфиров кислот растительных масел и полиэтиленполиаминов | 7 | 5 | 4 | 4 | 3 | - | - |
| Полиметилсилазан | - | - | - | - | - | 5 | - |
| Смесь диэтиламинометилентриэтоксисилана с γ-аминопропилтриэтоксисиланом, взятых в соотношении 1:1 | - | - | - | - | - | - | 1 |
| Фосфат хрома | 30 | 25 | - | - | 20 | 25 | - |
| Фосфат алюминия | - | - | - | 20 | - | - | - |
| Молибдат цинка | - | - | 20 | - | - | - | - |
| Стронцевый крон | - | - | - | - | - | - | 20 |
| Микротальк | 12 | 10 | 10 | 15 | 10 | 10 | 10 |
| Аэросил | 2 | 2 | 1 | 1 | 1,5 | 2 | 2 |
| Порошок никеля электролитического | 15 | 20 | - | 10 | 15 | 10 | - |
| Порошок сплавов системы Al-Fe-Cu | - | - | 10 | - | - | - | - |
| Порошок никеля карбонильного | - | - | - | - | - | - | 8 |
| Соконденсат полиметилфенилсилоксанового эластомера и полиметилфенилсилоксановой смолы, взятых в соотношении (8-9):(2-1) | - | - | - | - | - | - | 100 |
| Таблица 2 | ||||||||||
| Примеры | Технологические свойства | Адгезия к наружному ЛКП по ГОСТ 15140-78, баллы | Антикоррозионные свойства (наличие коррозии в нахлесте) после испытаний в камере солевого тумана КСТ в течение 6 месяцев | Состояние состава после испытаний на термостарение при температуре 150°С в течение 1000 часов | Возможность нанесения гальванопокрытий после сварки | |||||
| Жизнеспособность состава в массе, сут | Допустимый интервал времени выдержки до сварки, ч | По контуру сварного шва | Диаметр сварного ядра при толщине металлов (1+1 мм), мм | |||||||
| В открытом состоянии | В закрытом состоянии | Время сохранения липкости, сут | Вытекаемость | |||||||
| 1 | 4 | 24 | >24 | 3 | Не вытекает | 5,5 -6,0 | 1-2 | нет | Мягкое | Можно |
| 2 | 3 | 24 | 36 | 1 | Не вытекает | 5,5-6,0 | 1 | нет | Резиноподобное | Можно |
| 3 | 4 | 24 | >24 | 3 | Не вытекает | 5,5-6,0 | 1 | нет | Мягкое | Можно |
| 4 | 3 | 24 | .>24 | 2 | Не вытекает | 5,5-6,0 | 2 | нет | Мягкое | Можно |
| 5 | 3 | 24 | >24 | 0,5 | Не вытекает | 5,5-6,0 | 2 | нет | Мягкое | Можно |
| 6 | 4 | 24 | 72 | 2 | Не вытекает | 5,5-6,0 | 1-2 | нет | Резиноподобное | Можно |
| Прототип | 2 | 5 | 24 | 8 | Не вытекает | 4,5-5,0 возможны выплески, непровары | 1 | нет | Резиноподобное | Можно |
Полимерную композицию наносят на предварительно обезжиренную поверхность образцов из алюминиевых сплавов или сталей с помощью шпателя или кисти с коротким ворсом. Расход композиции составляет 250 г/м2. Сварку образцов проводят на контактных сварочных машинах любого типа. Качество сварки определяют путем расчетов прочностных характеристик сварного соединения при испытании его на "срез" или "отрыв" (на разрывных машинах). Жизнеспособность композиции определяют органолептическим методом. Антикоррозионные свойства определяют визуально по состоянию поверхности металла внутри нахлесточного соединения после проведения ускоренных испытаний в камере солевого тумана (КСТ) при разбрызгивании 5% раствора NaCl при t=20°С в течение 6 месяцев.
Свойства предлагаемых полимерных композиций и прототипа представлены в таблице 2.
Как видно из данных таблицы 2, предлагаемая полимерная композиция для антикоррозионной защиты сварных соединений обладает пониженной (в 20-200 раз) токсичностью (ПДК=2 мг/м3) по сравнению с прототипом (ПДК=0,01 мг/м3), увеличенной жизнеспособностью и увеличенным допустимым интервалом времени выдержки композиции от нанесения до сварки, что позволяет производить сварку крупногабаритных изделий в течение длительного времени без ухудшения прочностных характеристик сварного соединения. Предлагаемая композиция имеет меньшее время сохранения липкости, что позволяет своевременно проводить последующие операции технологического цикла. Высокая эластичность предлагаемой композиции увеличивает демпфирующие свойства сварного соединения более чем в 2 раза по сравнению с клеесварными соединениями. Стоимость предлагаемой композиции в несколько раз ниже, чем у прототипа. Кроме того, предлагаемая композиция обладает высокими защитными свойствами во всеклиматических условиях.
Применение предлагаемой композиции позволит увеличить ресурс работы изделий.
1. Полимерная композиция для антикоррозионной защиты сварных соединений, включающая полимерное связующее, азотсодержащий отвердитель, пассивирующую добавку, наполнитель, тиксотропную добавку - аэросил и токопроводящую добавку, отличающаяся тем, что в качестве полимерного связующего она содержит эпоксидированный каучук или низкомолекулярный диметилсилоксановый каучук, а в качестве азотсодержащего отвердителя - полиамидную смолу или полиметилсилазан при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Полимерное связующее - эпоксидированный | |
| каучук или низкомолекулярный диметилсилоксановый каучук | 80-100 |
| Полиамидная смола или полиметилсилазан | 3-7 |
| Пассивирующая добавка | 20-30 |
| Наполнитель | 10-15 |
| Тиксотропная добавка - аэросил | 1-2 |
| Токопроводящая добавка | 10-20 |
2. Полимерная композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве эпоксидированного каучука она содержит полипропиленгликольдиуретандиэпоксидный каучук или эпоксидированный полидиенуретановый каучук.
3. Полимерная композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве пассивирующей добавки она содержит фосфат хрома, фосфат алюминия или молибдат цинка.
4. Полимерная композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя она содержит тальк или слюду.
5. Полимерная композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве токопроводящей добавки она содержит порошок никеля электролитического или порошок сплавов системы Al-Fe-Cu.
6. Полимерная композиция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит эпоксидную смолу в количестве 10-20 мас.ч.
7. Полимерная композиция по п.6, отличающаяся тем, что в качестве эпоксидной смолы она содержит эпоксидную диановую смолу или эпоксидную смолу, модифицированную элементоорганическими соединениями.
