Эпоксидная композиция

 

Изобретение относится к области химии, преимущественно к органическим высокомолекулярным соединениям и композициям на их основе, и может найти применение в различных отраслях машиностроения. Описывается эпоксидная композиция, содержащая эпоксидную диановую смолу, полиэтиленполиамин, дибутилфталат и порошок железа, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит измельченный графит с дисперсностью (0,3 - 0,5) · 10^-6 м в качестве твердой смазки, а порошок железа имеет дисперсность (5 - 10) · 10^-6 м, при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.: эпоксидная диановая смола 100, полиэтиленполиамин 15 - 20, дибутилфталат 8 - 12, порошок железа с дисперсностью (5 - 10) · 10^-6 м 150 - 200, измельченный графит с дисперсностью (0,3 - 0,5) · 10^-6 м 20 - 25. Технический результат заключается в получении новых свойств эпоксидной композиции, а именно повышение износостойкости и стойкости к поверхностному истиранию. 2 табл.

Изобретение относится к области химии, преимущественно к органическим высокомолекулярным соединениям и композициям на их основе, может найти применение в различных отраслях машиностроения.

Известна эпоксидная композиция, содержащая эпоксидную диановую смолу, полиэтиленполиамин и пятипроцентный раствор диацетата целлюлозы в фурфуриловом спирте при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: Эпоксидная диановая смола - 100 Полиэтиленполиамин - 10-12 Пятипроцентный раствор диацетата целлюлозы в фурфуриловом спирте - 1-25 Признаки, совпадающие - наличие составляющих: эпоксидная диановая смола, полиэтиленполиамин.

(См. авторское свидетельство N 1609799, C 08 L 63/02, бюл. N 44, 1990 г. ).

Причины, препятствующие поставленной задаче, в том, что эпоксидная композиция имеет низкую теплопроводность, а также сложность получения композиции в производственных условиях вследствие ограниченного выпуска диацетата целлюлозы в фурфуриловом спирте лесоперерабытваающей промышленностью и его высокой огнеопасности.

Известна эпоксидная композиция, содержащая эпоксидную диановую смолу, полиэтиленполиамин при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: Эпоксидная диановая смола - 100 Полиэтиленполиамин - 21-42 Признаки, совпадающие - наличие составляющих: эпоксидная диановая смола, полиэтиленполиамин.

(См. авторское свидетельство N 1608196, C 08 G 59/50, C 09 D 63/02, 1990 г.).

Причины, препятствующие поставленной задаче - данная эпоксидная композиция имеет низкую теплопроводность и ударную прочность при высоких значениях коэффициента трения.

Принятая за прототип эпоксидная композиция имеет следующий состав, мас. ч.: Эпоксидная смола ЭД-5 - 100 Полиэтиленполиамин - 10
Дибутилфталат - 10
Железный порошок - 200
Признаки, совпадающие: эпоксидная смола ЭД-5, полиэтиленполиамин, дибутилфталат, железный порошок.

(См. Миненков Б.В., Стасенко И.В., "Прочность деталей из пластмасс". М.: Машиностроение, 1977 г., стр. 21).

Причины, препятствующие поставленной задаче - низкая износостойкость эпоксидной композиции (компаунда), не позволяющая широко использовать сравнительно дешевую композицию в машиностроении при изготовлении, например, втулок для подшипников скольжения, штампов, направляющих и других деталей.

Задачей настоящего изобретения является повышение износостойкости и стойкости к поверхностному истиранию эпоксидной композиции.

Технический результат заключается в повышении износостойкости в 2,5-3,5 раза.

Для достижения технического результата порошок железа имеет дисперсность (5-10)·10^-6 м, а в качестве твердой смазки используют измельченный графит с дисперсностью (5-0,5)·10^-6 м при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Эпоксидная диановая смола - 100
Полиэтиленполиамин - 15-20
Дибутилфталат - 8-12
Порошок железа с дисперсностью (5-10)·10^-6 м - 150-200
Измельченный графит с дисперсностью (0,3-0,5)·10^-6 м - 20-25
Сущность изобретения выражается в совокупности новых свойств эпоксидной композиции (повышение ее износостойкости и стойкости к поверхностному истиранию), достигаемых в результате использования в эпоксидной композиции порошка железа с дисперсностью (5-10)·10^-6 м и твердой смазки в виде измельченного графита с дисперсностью (0,3-0,5)·10^-6 м при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Эпоксидная диановая смола - 100
Полиэтиленполиамин - 15-20
Дибутилфталат - 8-12
Порошок железа с дисперсностью (5-10)·10^-6 м - 150-200
Измельченный графит с дисперсностью (0,3-0,5)·10^-6 м - 20-25
Эпоксидная композиция получается следующим образом: в эпоксидную диановую смолу (например, ЭД-5) в количестве 100 мас.ч. добавляются пластификатор дибутилфталат (8-12 мас. ч), порошок железа с дисперсностью (5-10)·10^-6 м (150-200 масс. ч. ) и измельченный графит с дисперсностью (0,3-0,5)·10⁶ м (20-25 мас.ч). Полученная смесь тщательно перемешивается в течение 8-10 мин, после чего в нее добавляется отвердитель - полиэтиленполиамин (15-20 мас.ч. ), и полученная смесь вновь тщательно перемешивается в течение 3-5 мин. Приготовленная таким образом эпоксидная композиция заливается в формы и устанавливается для затвердевания в сушильном шкафу. Затвердевание эпоксидной смолы происходит в течение 12-16 часов при температуре 60-80^oC. Принятая дисперсность порошка железа обусловлена следующими двумя факторами.

С одной стороны, размеры частиц железа должны быть такими, чтобы могли обеспечить необходимую прочность получаемой эпоксидной композиции. При размерах частиц железа менее 5·10^-6 м происходит резкое снижение прочности изделий из эпоксидной композиции и ее использование становится невозможным для таких деталей, как штампы, направляющие, рычаги, стойки. Если дисперсность порошка железа превышает 10^-5 м, то шероховатость поверхности деталей из эпоксидной композиции оказывается настолько значительной, что оказывает влияние на процесс изнашивания, вследствие чего износостойкость поверхности резко снижается. Поэтому для дополнительного уменьшения шероховатости поверхности и чтобы избежать повышенного влияния зерен на износостойкость, вводится графит с дисперсностью (0,3-0,5)·10^-6 м.

Таким образом, в предложенной композиции достигнута оптимальная взаимосвязь зерен железа и графита как твердой смазки, обусловленная облеганием зерен порошка железа дисперсности (5-10)·10^-6 м, графитом с дисперсностью (0,3-0,5)·10^-6 м с эпоксидной составляющей, при этом графит указанной дисперсности, используемый в качестве твердой смазки, дополнительно сглаживает неровности без снижения прочности, поскольку не создает значимых включений и они не проявляют себя концентраторами напряжений, как при более крупных фракциях, что не снижает прочностных свойств, а также способствует повышению устойчивости к истиранию и снижению износостойкости, это дает возможность применять заявляемую композицию для таких тяжело нагруженных деталей, как штампы, направляющие, рычаги, стойки и др.

Принятая дисперсность измельченного графита (0,3-0,5)·10^-6 м обусловлена возможностью имеющихся средств измельчения графита (например, шаровой мельницы МШ-1 с последующим многократным просеиванием порошков через специальные сита) и наиболее эффективным проявлением смазочных свойств графита в сочетании с порошком железа дисперсности (5-10)·10^-6 м.

Определение размеров основной фракции получаемых порошков железа и графита проводят на металлографическом микроскопе (например, МИМ-7).

Для определения оптимального соотношения между компонентами эпоксидной композиции были выполнены исследования последней на теплопроводность, ударную прочность и износостойкость. Для определения теплопроводности эпоксидной композиции изготовлялись стержни диаметром 10 мм и длиной 100 мм, а для определения ударной прочности эпоксидной композиции изготовлялись кубики размером сторон 20·10^-3 м (20 мм). Теплопроводность эпоксидной композиции определялась на специальной установке, содержащей нагреватель (нихромовую спираль), устанавливаемый с одного конца испытываемого стержня, камеры с захватом и теплового датчика, прижимаемого к другому концу стержня. Тепловой датчик был настроен на температуру 60^oC, по достижении которой зажигалась лампочка. О теплопроводности эпоксидной композиции судили по промежутку времени от начала нагрева конца стержня до зажигания лампочки.

Ударная прочность эпоксидной композиции определялась на копре по массе груза, падающего с высоты 1,5 м, при котором происходит разрушение кубика.

Для испытания эпоксидной композиции на износостойкость использовалась специальная установка для испытания материалов на истирание (см. Бутенко В. И. , "Исследование качества поверхностного слоя обрабатываемой стали". Известия ВУЗ. Машиностроение. 1979, N 4, стр. 101-104). В качестве контртела использовались бруски из быстрорежущей стали Р6М5, закаленной до твердости HRC 62-65. Были приняты следующие режимы испытания: удельное давление контртела на исследуемую поверхность образца P = 0,8 МПа, скорость скольжения v_ск = 1,2 м/с, без смазки. Износостойкость образцов из эпоксидной композиции измеряется на вертикальном оптиметре ИЗВ-1 с точностью ±0,001 мм.

Результаты выполненных исследований по определению оптимального состава эпоксидной композиции приведены в табл. 1.

Проведены сравнительные испытания на износостойкость образцов, изготовленных из известной эпоксидной композиции по прототипу (См. Миненков Б.В. , Стасенко И.В. "Прочность деталей из пластмасс". М., Машиностроение, 1977 г., стр. 21) и предлагаемой эпоксидной композиции состава, мас.ч.:
Эпоксидная диановая смола - 100
Полиэтиленполиамин - 15-20
Дибутилфталат - 8-12
Порошок железа с дисперсностью (5-10)·10^-6 м - 150-200
Измельченный графит с дисперсностью (0,3-0,5)·10^-6 м - 20-25
Испытание образцов из различных составов эпоксидной композиции проводились на установке для испытания материалов на истирание с использованием в качестве контртела брусков из быстрорежущей стали Р6М5, закаленных до твердости HRC 62-65. Режим испытаний: удельное давление P = 1,5 МПа, скорость скольжения v_ск = 2 м/с, время испытаний 7,2·10³ с, без смазки. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Анализ представленных в табл. 2 данных показывает, что использование предлагаемой эпоксидной композиции позволяет в 2,3-3,5 раза повысить износостойкость деталей из нее по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Эпоксидная композиция, содержащая эпоксидную диановую смолу, полиэтиленполиамин, дибутилфталат и порошок железа, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит измельченный графит с дисперсностью (0,3-0,5)·10^-6 м в качестве твердой смазки, а порошок железа имеет дисперсность (5-10)·10^-6 м, при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.:
Эпоксидная диановая смола - 100
Полиэтиленполиамин - 15 - 20
Дибутилфталат - 8 - 12
Порошок железа с дисперсностью (5-10)·10^-6 м - 150 - 200
Измельченный графит с дисперсностью (0,3-0,5)·10^-6 м - 20 - 25

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2