Полимерный композиционный ремонтный материал

Изобретение относится к полимерным композициям холодного отверждения на основе эпоксидных смол и может быть использовано в различных областях машиностроения при ремонте изношенных и сломанных деталей и узлов различных машин, агрегатов и оборудования. Описывается полимерный композиционный ремонтный материал, содержащий базовую часть на основе эпоксидной смолы ЭД-20 и отверждающую часть, состоящую из аминного отвердителя (полиэтиленполиамина) и пластификатора (смеси дибутилфталата с триэтиленгликолем при соотношении, мас.ч.: дибутилфталат (ДБФ) 45-55; триэтиленгликоль (ТЭГ-1) 55-45). Базовая часть и отверждающая часть содержат тонкодисперсный наполнитель, в качестве которого использован Аэросил 175 или Аэросил 380, шунгит, карбид кремния, карбид вольфрама, углеродные нанотрубки. Предложенная полимерная композиция обладает малым весом, повышенной теплопроводностью и теплостойкостью. 1 н. и. и 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к полимерным композициям холодного отверждения на основе эпоксидных смол и может быть использовано в различных областях машиностроения при ремонте изношенных и сломанных деталей и узлов различных машин, агрегатов и оборудования.

Известны различные композиции на основе эпоксидной смолы и аминного отвердителя, в частности полиэтиленполиамина, используемые в ремонтном производстве в качестве материала для устранения повреждений металлических, пластмассовых, керамических деталей машин и оборудования (патент RU №2058347, кл. C08L 63/02, опубл. 20.04.1996). В указанном источнике информации приведены примеры композиций различного назначения.

Недостатками этих композиций являются высокий вес, низкая технологическая тиксотропность, недостаточно высокие физико-механические характеристики, низкая точность размеров после механической обработки, высокий коэффициент трения, крупнозернистая структура наполнителя, неравномерное распределение температурных полей при прогреве, что дает снижение теплостойкости. Данные композиции применяются в основном как клеевые материалы или как ремонтные материалы при устранении литьевого или иного брака на изделиях и не являются универсальными, не могут быть применены на прецизионном оборудовании с высокими скоростями вращения и нагруженными парами скольжения.

Известен полимерный композиционный ремонтный материал, содержащий базовую часть на основе эпоксидной смолы, отверждающую часть с аминным отвердителем и тонкодисперсный наполнитель. В качестве дисперсного наполнителя материал содержит алюминий или его смесь с нержавеющей сталью (патент RU №2186076, кл. C08L 63/02, опубл. 27.07.2002). Этот ремонтный материал является наиболее близким к заявленному.

Недостатком данного материала является высокий вес, недостаточно высокие физико-механические характеристики, низкая точность размеров после механической обработки. Данный материал применяется в основном как клеевой герметизирующий материал для газовых труб среднего и низкого давления, не является универсальным, не может быть применен на прецизионном оборудовании с высокими скоростями вращения и нагруженными парами скольжения.

Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является снижение веса ремонтного материала, что позволяет восстанавливать вращающиеся с высокой скоростью детали, уменьшая их биение; повышение теплопроводности и теплостойкости материла, отверждающегося при комнатной температуре; повышение физико-механических характеристик в целом, что увеличивает межремонтный период; снижение стоимости материала, упрощение технологии его изготовления.

Технический результат достигается тем, что полимерный композиционный материал включает базовую часть на основе эпоксидной смолы ЭД-20 и тонкодисперсного наполнителя и отверждающую часть на основе полиэтиленполиамина и того же тонкодисперсного наполнителя, при этом базовая часть содержит эпоксидную смолу ЭД-20 и в качестве наполнителя - смесь аэросила, выбранного из группы, включающей Аэросил 175 или Аэросил 380, с шунгитом, карбидом кремния, карбидом вольфрама и углеродными нанотрубками, при следующем соотношении компонентов базовой части, мас.ч.:

эпоксидная смола ЭД-20	100-120
аэросил	2-8
шунгит	1-2
карбид кремния	1-3
карбид вольфрама	0,5-1,2
углеродные нанотрубки	0,1-0,5

а отверждающая часть содержит полиэтиленполиамин, пластификатор - смесь дибутилфталата с триэтиленгликолем при массовом соотношении 45-55 и 55-45 соответственно, и в качестве наполнителя - смесь аэросила, выбранного из группы, включающей Аэросил 175 или Аэросил 380, с шунгитом, карбидом кремния, карбида вольфрама и углеродными нанотрубками при следующем соотношении компонентов отверждающей части, мас.ч.:

отвердитель ПЭПА	33-40
пластификатор	35-40
аэросил	3-8
шунгит	0,4-1
карбид кремния	0,4-1
карбид вольфрама	0,5-1,2
углеродные нанотрубки	0,1-0,5

при соотношении смолы и отвердителя, соответствующем стехиометрической пропорции для эпоксигрупп и третичных аминов, что обеспечивает максимальные физико-механические, теплофизические и технологические характеристики, а также позволяет стабилизировать размеры детали после механической обработки в широком диапазоне температур эксплуатации.

Может быть использован тонкодисперсный наполнитель со следующими размерами частиц:

шунгит	от 500 нм до 1500 нм
карбид кремния	от 100 нм до 700 нм
карбид вольфрама	от 100 нм до 700 нм
углеродные нанотрубки	от 5 нм до 50 нм

что обеспечивает максимальную поверхность смачивания наполнителя, снижает вес ремонтного материала и увеличивает физико-механические, теплофизические и технологические характеристики, а также позволяет стабилизировать размеры детали после механической обработки в широком диапазоне температур эксплуатации.

Базовая часть и отверждающая часть могут содержать дополнительно тонкодисперсный наполнитель в виде дисульфида молибдена с размерами частиц от 5 мкм до 50 мкм в количестве до 7 мас.ч. в каждой части, что обеспечивает получение ремонтного материала с низким коэффициентом трения и высокими трибологическими свойствами, позволяет использовать материал в качестве самосмазывающихся направляющих станочного оборудования, работающих при высоких нагрузках без заедания и при аварийном отсутствии смазки направляющих.

Сущность изобретения поясняется примерами.

Пример 1

Полимерный композиционный материал для ремонта посадочного места под выходной подшипник высокоскоростного шпинделя вибросверлильного станка:

базовая часть, мас.ч.:

смола ЭД-20	100
аэросил	4
шунгит	1,5
карбид кремния	2,5
карбид вольфрама	0,5
углеродные нанотрубки	0,5

отверждающая часть, мас.ч.:

отвердитель ПЭПА	37
пластификатор	37
аэросил	5,5
шунгит	0,4
карбид кремния	1
карбид вольфрама	1
углеродные нанотрубки	0,5

Пример 2

Полимерный композиционный материал для ремонта направляющих каретки горизонтально-расточного станка:

базовая часть, мас.ч.:

смола ЭД-20	120
аэросил	2
шунгит	2
карбид кремния	1
карбид вольфрама	0,5
углеродные нанотрубки	0,5
дисульфид молибдена	5

отверяедающая часть, мас.ч.:

отвердитель ПЭПА	40
пластификатор	40
аэросил	1,5
шунгит	1
карбид кремния	0,4
карбид вольфрама	0,5
углеродные нанотрубки	0,5
дисульфид молибдена	7

Пример 3

Полимерный композиционный материал для ремонта направляющих каретки горизонтально-расточного станка:

базовая часть, мас.ч.:

смола ЭД-20	120
аэросил	2
шунгит	2
карбид кремния	1
карбид вольфрама	0,5
углеродные нанотрубки	0,5
дисульфид молибдена	3

отверждающая часть, мас.ч.:

отвердитель ПЭПА	40
пластификатор	35
аэросил	1,5
шунгит	1
карбид кремния	0,4
карбид вольфрама	0,5
углеродные нанотрубки	0,5
дисульфид молибдена	1

Соотношение смолы и отвердителя взято соответствующим стехиометрической пропорции для эпоксигрупп и третичных аминов без учета количества мелкодисперсного наполнителя, что для смолы ЭД-20 и отвердителя ПЭПА составляет в среднем 3:1 по массе. Отклонение по стехиометрии по любому из указанных компонентов не должно быть более 10% по массе в сторону увеличения, что обеспечивает максимальную прочность сшивки эпоксидной смолы при отверждении, в условиях ремонта оборудования при нормальной температуре.

Ремонтный материал может быть использован для ремонта посадочных мест валов и корпусов редукторов под подшипник, устранение литьевых дефектов, сколов, трещин, восстановления резьбовых соединений, в качестве замены отсутствующих металлических частей корпусов, ремонта центробежных насосов, ремонта посадочных мест диафрагм и корпусов паровых турбин, направляющих скольжения станочного оборудования и других целей.

1. Полимерный композиционный материал, включающий базовую часть на основе эпоксидной смолы ЭД-20 и тонкодисперсного наполнителя и отверждающую часть на основе полиэтиленполиамина и того же тонкодисперсного наполнителя, при этом базовая часть содержит эпоксидную смолу ЭД-20 и в качестве наполнителя смесь аэросила, выбранного из группы, включающей Аэросил 175 или Аэросил 380, с шунгитом, карбидом кремния, карбидом вольфрама и углеродными нанотрубками, при следующем соотношении компонентов базовой части, мас.ч.:

эпоксидная смола ЭД-20	100-120
аэросил	2-8
шунгит	1-2
карбид кремния	1-3
карбид вольфрама	0,5-1,2
углеродные нанотрубки	0,1-0,5

а отверждающая часть содержит полиэтиленполиамин, пластификатор - смесь дибутилфталата с триэтиленгликолем при массовом соотношении 45-55 и 55-45 соответственно, и в качестве наполнителя смесь аэросила, выбранного из группы, включающей Аэросил 175 или Аэросил 380, с шунгитом, карбидом кремния, карбидом вольфрама и углеродными нанотрубками при следующем соотношении компонентов отверждающей части, мас.ч.:

отвердитель ПЭПА	33-40
пластификатор	35-40
аэросил	3-8
шунгит	0,4-1
карбид кремния	0,4-1
карбид вольфрама	0,5-1,2
углеродные нанотрубки	0,1-0,5

при соотношении смолы и отвердителя, соответствующем стехиометрической пропорции для эпоксигрупп и третичных аминов.

2. Материал по п.1, отличающийся тем, что он содержит тонкодисперсный наполнитель со следующими размерами частиц:

шунгит	от 500 нм до 1500 нм
карбид кремния	от 100 нм до 700 нм
карбид вольфрама	от 100 нм до 700 нм
углеродные нанотрубки	от 5 нм до 50 нм

3. Материал по п.1, отличающийся тем, что базовая часть и отверждающая часть дополнительно содержат в качестве наполнителя дисульфид молибдена с размерами частиц от 5 мкм до 50 мкм в количестве до 7 мас.ч. в каждой части.