Способ склеивания полиуретанового покрытия с металлической поверхностью
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик .
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 27.03.81(21) 3294430/23-05 (Я) М.Кд.>
С 09 0 5/00
С 09 J 3/16 с присоединением заявки HP
Государственный комитет
СССР но делаи изобретений и открытий (33) Г1риоритет— (33) УДК б78.б64 (088. 8) Опубликовано 070233. Бюллетень HP 5
Дата опубликования описания 07.02.83
М.А.Жуков, Г. И. Тихонов, В.A Ворошилов, В.Ю.Гусев >
В.А.Громов, В.И.Львов, а.A.Çàêàìàëôèà и Е.В.Герливаиов /
/ л л т"
Ф
Проектно-конструкторское и технологическое,бюро " химического машиностроения (72} Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОКЛЕИВАНИЯ ПОЛИУРЕТАНОВОГО ПОКРЫТИЯ
С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ
Изобретение относится к способам склеивания покрытий на основе литьевых полиуретанов с металлами и может быть применено, например в бумажной, полиграфической, шинной промышленности, химического машиностроения, т. е. во всех случаях, где требуется крепление к металлам литьевых полиуретанов на основе простых полизфиров.
Литьевые полиуретаны отличаются повышенной износостойкостью, атмосферо- и оэоностойкостью, высокими физико-иеханическими показателями и эластичностью, в связи с чем проблема их крепления к металлам пред:ставляет значительный интерес.
Известен способ крепления литьевого полиуретана к металлу с применением клея на основе растворов смол винилацетиленовой структуры, в частности на основе клея-диметилвинилэтинилкарбинолуротрогилеовой смолы Ц, Однако прочность склеивания литьевых полиуретанов по данному способу невелика — сопротивление отрыву составляет всего 5 МПа.
Наиболее близким по технической сущности является способ склеивания полиуретанового покрытия с металлы ческой поверхностью, путем предварительного нанесения на поверхность клеевой композиции с последующим нанесением композиции для покрытий на основе литьевого полиуретана и отверждения (2 1.
Однако при проведении данного способа склеивания хотя и достигается высокая прочность склеивания и гидролитическая стойкость, но снижается эластичность, в результате чего при циклических деформационных на15 груэках полученное полнуретановое покрытие разрушается.
Цель изобретения — повышение динамической прочности клеевого соединения при циклических нагрузках.
Поставленная цель достигается тем, что при склеивании полиуретанового покрытия с металлической поверхностью путем .предварительного нанесения на
25 поверхность клеевой композиции с последующим нанесением композиции для покрытия на основе литьевого полиуретана и отверждения, на поверхность вначале наносят клеевую композицию
30 состава, вес.ч.:
994528
15-25
20-30
Полиэтиленгликольадипинат 20- 30
2,4-Толуиленди изоцианат
Ацетилацетонат марганца или 5 железа 0,005-0,01
Ацетон 45-50 выдерживают 12-18 ч при 20„23oC с последующим нанесением клеевой композиции состава, вес.ч.: 3Î
Полиэтиленгликольадипинат
2,4-Толуилендииноцианат 15-25
Ацетилацетонат марганца или железа 0 005-0,01
Ацетон 95-100 и выдержинают 12- 18 ч при 20-23 С.
Использование в качестве клея данного состава способствует повышению адгезионной прочности к металлу, кроме того, его структурная сетка, близкая к полиуретанам, создает возможность. образования химических связей между свободными изоцианатными группами второго слоя и уретановыми группами полимера с образованием аллофановой группировки или взаимо действием с мочевинной группой с образованием биуретовой группы. Это соз- ЗО дает наибольшую адгезионную прочность полиуретаноному покрытию. В связи с тем, что полиуретановые покрытия например на валах буммашин, работают н условиях значительных дефор- 35 мационных нагрузок, очень важно, чтобы зти нагрузки гасились не только в эластичном слое покрытия, но и на границе раздела фаз полиуретан-металл. Использование эластичного кле- 4О евого слоя создает условия гашения нагрузок и позволяет релаксировать во время снятия их, даже кратковре менных. Кроме того, использование в качестве клея данного состава позволяет увеличить его способность к склеиванию до 55 ч„т. е. производить заливку в теченйе продолжительного времени.
За счет данного способа производят крепление литьевых полиуретанов на основе простых и сложных полиэфиров (марок СКУ-ПФЛ, ГУП-5, ГУП-26, ГУП-82 ) к металлам в процессе отверждения . о
Способ реализуется следующим образом.
Готовят клеевую композицию, представляющую собой растнор полиэтиленгликольадипината, для чего берут
20-30 вес.ч. полиэтиленгликольадипи- 60 ната и 45-50 нес.ч. ацетона, затем добавляют 15-25 вес.:ч. 2,4-толуилендииэоцианата и вводят 0,005-0,01 вес..ч. катализатора — ацетиацетонат марганца или железа. 65
Поверхность металла (сталь марки ст. 3) перед нанесением клея обрабатывают дробеструем.и обезжиривают ацетонбм или бензином. Наносят клей на поверхность металла и оставляют покрытую поверхность на 12-18 ч при 20ОС. Затем на отвержденный слой клея наносят следующий слой клея, изготовленный иэ тех же компонентов, что и предыдущий, но раствор полиэтиленгликольадипината приготавливают с использованием 95-100 вес.ч. ацетона, второй слой выдерживают при
20 С до 12-18 ч. Одновременйо готовят литьевой полиуретан (СКУ-ПФЛ), (на основе полиокситетраметиленгликоля с молекулярным весом 1000 и (2,4-толуилендиизоцианата с отвердителем 4,4-метилен-бис-ортохлоранилином ). Остальные марки полиуретана приготавливаются на той же основе, что и СКУ-ПФЛ, разница состоит в том,, что отнердитель для СКУ-ПФЛ вводится в виде расплава, для ГУП-5 в виде порошка, для ГУП-26 — дополнительно вводится 1,4-бутандиола в смеси с полиокситетраметиленглико.-, лем и метилметакрилат; отвердителем для ГУП-82 является смесь полиокситетt раметиленгликоля глицерина и 4, 4-метилен-бис-ортохлоранилина в соотношении 0,25:0,25:0,4, Полученный полиуретан в жидком состоянии заливают в прогретую до
120 С форму с образцами и отверждают известными способами. Прочность крепления литьевых полиуретанов к металлу определяют по ГОСТ 411-69 (сопротивление отслаиванию) и по
ГОСТ 209-62 (сопротивление отрыву).
Динамическую устойчивость клеевого слоя оценивают по выдерживаемому давлению на стенде. Для этого изготавливают облицовку на металлическом ролике диаметром 145 мм и длиной
160 мм с толщиной слоя полиуретана
14 мм. Давление создается прижимом металлического валика. Скорость вращения валиков 285 об/мин., что Моделирует условия работы прессовой части буммашины. Испытания на каждом давлении производится в течение
2 ч с охлаждением водой комнатной температуры, затем давление повышают на 1 MIIa и т. д. до полного разрушения облицовки. По выдерживаемому давлению судят о динамических и адгезионных характеристиках клеевого слоя, так как устойчивость самой облицовки значительно выше прилагаемых давлений.
Пример 1. Для приготовления клея для нанесения первого слоя берут 40 ацетона, 20 полиэтиленгликольадипината, 20 2,4-толуилендиизоцианата, 0,003 ацетилацетоната магния или железа (на 1 м расходуют 75 мл ).
Для нанесения второго слоя (на 1 м 2
994528
Сопротивление
Отрыву МПа Отслоению KH/м
Выдерживаемое давление, МПа
Пример
Эластомер
СКУ-ПФЛ
16,5
16,0
ГУП-5
15,5
17,5
ГУП-26
ГУП-82
10
14,0
14,0
17,0
17,5
СКУ-ПФЛ
ГУП-5
ГУП-26
ГУП-82
17,0
17,0
19,5
19,0
13
14,5
14,0
3 СКУ-ПФЛ
18,0
18,0
17,0
17,0
ГУП-5
ГУП-26
ГУП-82
20,5
20,0
15,5
15,0
СКУ-ПФЛ
ГУП-5
ГУП-26
17,0
17,0
16,0
16,5
18,0
14,0
ГУП-82
14 0
СКУ-ПФЛ
ГУП-5
ГУП-26
ГУП-82
20,0
20,5
19,0
20,0
21,0
23,0
16,0
16,5 расходуют 38 мл ) берут те же компоненты .в тех же вес.ч., разница в том, что ацетона используют 90 вес.ч.
П.р и м е р 2. Ацетон 45, полиэтиленгликольадипинат 20, 2,4 толуилендиизоцианата 20, ацетилацетоната марганца или железа . 0,005. Для второго слоя берут то же, что и для первого, но ацетона 95.
Пример 3., Ацетон 50, полиэтиленгликольадипинат 25, 2,4-толуилендиизоцианат 15, ацетилацетоната марганца или железа 0,01. Для второго слоя ацетона 100.
Пример 4. Ацетон 48, полиэтиленгликольадипинат 30, 2,4-толуилендиизоцианата 20, ацетилацетоната марганца или железа 0,006. Для ,второго слоя ацетона.98 °
«А»
1Пример 5. Ацетон 50, полиэтиленгликольадипинат 25, 2,4 гопуилендиизоцианата 25, ацетилацетоната марганца или железа 0,015. Для второго слоя - то же и 110 ацетона.
Пример 6. Ацетон 55, полиэтиленгликольадипинат 25, 2,4-толуилендиизоцианат 25, ацетилацетоната марганца или железа 0,015: Для второго слоя то же и 110 ацетона.
10 Пример 7. Получение сравнительных данных от использования предлагаемого и известного способов склеивания полиуретановых покрытий с металлами.
15 Показатели прочности склеивания литьевых полиуретанов СКУ-ПФЛ, ГУП-5, ГУП-26, ГУП-82 со сталью и способности к динамическим нагрузкам приве дены в таблице.
994528
Продолжение таблицы
Выдерживаемое давление, МПа
Сопротивление а утлое
Пример
Властомер
Отрыву МП нию кН/м. СКУ- ПФЛ
ГУП-5
ГУП-26
ГУП-82
СКУ-ПФЛ
ГУП-5
ГУП-26
ГУП-82
16,5
16,0
17 0
18 0
14,0
14,0
17,0
9,8
16,5
9,5
10 1
8,2
15-25
15-25
ВНИИПИ Заказ 562/6 Тираж 637 Подписное
Филиал ППП " Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная,4
Из приведенных данных видно, что преимуществом предлагаемого способа склеивания литьевых полиуретанов с металлами (примеры 2-5) с существующим (пример 7 ) является повышение сопротивления отслаиванию в два раза, повышение к динамическим нагрузкам в 1,4-1,8 раза. B примерах 1 и 6 прочность склеивания и способность к динамическим нагрузкам несколько ниже, чем в примераХ 2-5. Это объясняется тем, что снижение количества ацетона для первого слоя (пример 1 ) дает более вязкий раствор и происходит неравномерное нанесение, в. то же время использование большего количества ацетона- (пример 6 ) приводит к утоньшению слоя. При малом количестве катализатора (пример 1) реакция сшивания происходит очень медленно и возможно окисление или появление побочных реакций, которые снижают активность клеевого слоя. При большом же количестве катализатора (пример 6) происходит ускорение реакции, что приводит к увеличению внутренних напряжений в пленке клея, к снижению его эксплуатационных характеристик.
Преимуществом предлагаемого способа является то, что данные соста. вы клея для нанесения первого и второго слоя способны сохранять свои клеящие свойства в течение продолжительного времени, достаточного для качественного формирования облицовки крупногабаритных валов типа прессовых.валов .бумагоделательных махин.
Формула изобретения
Способ склеивания полиуретанового покрытия с металлической поверхностью путем предварительного нанесения на .поверхность клеевой композиции с последующим нанесением композиции
25 для покрытия на основе литьевого полиуретана и отверждения, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения динамической прочности клеевого соединения при циклических нагрузках, на поверхность вначале наносят клеевую композицию состава,, вес.ч.:
Полиэтиленгликольадипинат 20-30
2,4-Толуилендиизоцианат
Ацетилацетонат марганца или железа 0,005-0,01
Ацетон 45-50 выдерживают 12-18 ч при 20-23 С с последующим нанесением клеевой композиции состава, вес.ч.:
Полиэтилен45 гликольадипинат 20-30
2,4-Толуилендииэоцианат
Ацетилацетонат
50 железа 0,005-0,01
Ацетон 95-100 и выдерживают 12-18 ч при 20-23 С.
55 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Хрулев В.N. Синтетические клеи и мастики, М., "Высшая школа", 1970, с. 10 3. . 2. Авторское свидетельство СССР
Р 539934, кл, C 09 J 3/16, 1975 (прототип).
