Способ получения композитного порошкового наполнителя
Владельцы патента RU 2304153:
Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский Государственный Институт Стали и Сплавов (Технологический Университет)" (RU)
Общество с ограниченной ответственностью "РЕАМ-РТИ", (RU)
Изобретение относится к способу получения композитного порошкового наполнителя для эластомерных композиций, предназначенных для изготовления изделий, работающих в условиях повышенного износа или сухого трения. Способ получения композитного порошкового наполнителя заключается в том, что частицы карбида титана активируют в механохимическом активаторе с интенсивностью подвода механической энергии от 1 до 5 кВт/кг и дозой от 100 до 1000 кДж/кг в среде, выбранной из ряда: воздух, азот, аргон, вакуум с давлением от 10-2 до 1 атм, до получения частиц со средним размером не более 15 мкм, после чего в механохимический активатор вводят полиэтилен высокого давления и модифицируют частицы карбида титана с интенсивностью подвода механической энергии от 0,05 до 0,5 кВт/кг и дозой от 3 до 100 кДж/кг в среде, выбранной из ряда: воздух, азот, аргон, вакуум с давлением от 10-2 до 1 атм. Введение композитного порошкового наполнителя в резиновую смесь приводит к снижению коэффициента трения в условиях сухого трения и к снижению суммарной скорости изнашивания пары трения в условиях гидроабразивного износа. 1 табл.
Настоящее изобретение относится к способам получения наполнителя для эластомерных композиций, предназначенных для изготовления изделий, работающих в условиях повышенного износа или сухого трения.
Известны наполнители Vistamer Ti 911x, Vistamer Ti 9113, Vistamer Ti 9115, которые применяются для создания износостойких изделий. Эти наполнители содержат частицы карбида титана, покрытые полиэтиленом высокого давления (US 6523835, А63С 1/00, 2003 г., US 6642297, С08J 5/10, 2003 г.), но способ получения указанных наполнителей в литературе не описан.
В качестве прототипа выбран способ получения композитного порошкового наполнителя, который содержит в одной частице одно ядро из неорганического материала, например из керамического материала, покрытое слоем силиконового эластомера. (GB 2244489, С08К 9/06, 1991 г.) Способ получения указанного наполнителя включает получение реакционноспособной жидкости, которая является продуктом реакции монофункционального силоксана и вторичного мультифункционального силана, приведение во взаимодействие неорганического материала из керамики и полученной реакционноспособной жидкости путем перемешивания в мешалке-смесителе барабанного типа с добавлением растворителя.
Указанный способ предусматривает получение композитного порошкового наполнителя в оболочке только из жидкой фазы и с использованием только силоксанового покрытия и не позволяет получать наполнитель в оболочке из твердой фазы.
Задачей настоящего изобретения является способ получения композитного порошкового наполнителя в виде карбида титана в оболочке из твердой фазы, например из полиэтилена высокого давления.
Способ получения предлагаемого композитного порошкового наполнителя заключается во взаимодействии частиц керамического материала и полимера, в котором частицы керамического материала в виде карбида титана активируют в механохимическом активаторе с интенсивностью подвода механической энергии от 1 до 5 кВт/кг и дозой от 100 до 1000 кДж/кг в среде, выбранной из ряда: воздух, азот, аргон, вакуум с давлением от 10-2 до 1 атм, до получения частиц со средним размером не более 15 мкм. После чего в активатор вводят полимер в виде полиэтилена высокого давления и модифицируют частицы карбида титана с интенсивностью подвода механической энергии от 0,05 до 0,5 кВт/кг и дозой от 3 до 100 кДж/кг в среде, выбранной из ряда: воздух, азот, аргон, вакуум с давлением от 10-2 до 1 атм.
Изобретение позволяет получить композитный порошковый наполнитель, содержащий в одной частице одно или несколько ядер, покрытые оболочкой из полиэтилена высокого давления. Объемная доля ядер в одной частице наполнителя составляет 0,1-10%. Размер частиц наполнителя составляет не более 50 мкм.
Способ получения композитного порошкового наполнителя реализуют следующим образом.
Частицы карбида титана помещают в рабочую камеру механохимического активатора совместно с мелющими телами. Объем камеры, объем мелющих тел, динамические характеристики механохимического активатора подбираются с таким расчетом, чтобы обеспечить интенсивность подвода механической энергии к обрабатываемому материалу. Сам процесс активации проводят при комнатной температуре с интенсивностью подвода механической энергии от 1 до 5 кВт/кг в среде, выбранной из ряда: воздух, азот, аргон, вакуум с давлением от 10-2 до 1 атм. Требуемая доза подведенной механической энергии в пределах от 100 до 1000 кДж/кг достигается длительностью обработки при заданной интенсивности; В результате активации получают частицы карбида титана со средним размером не более 15 мкм.
Затем через загрузочное устройство в рабочую камеру механохимического активатора вводят гранулы полиэтилена высокого давления со средним размером частиц до 100 мкм. Количество вводимого полиэтилена высокого давления должно соответствовать объемной доле полимера в конечном продукте. Динамические параметры механохимического активатора (частота и амплитуда) изменяют таким образом, чтобы обеспечить интенсивность подвода механической энергии к обрабатываемому материалу в пределах от 0,05 до 0,5 кВт/кг. Требуемая доза подведенной механической энергии в пределах от 3 до 100 кДж/кг достигается достаточной длительностью обработки при заданной интенсивности. Среда, в которой производится обработка карбида титана, выбирается из ряда: воздух, азот, аргон, вакуум с давлением от 10-2 до 1 атм.
В результате обработки частиц карбида титана получают композитный порошковый наполнитель в виде частиц карбида титана в оболочке из полиэтилена высокого давления. В одной частице наполнителя может быть одно или несколько ядер.
В качестве матрицы используют композиции на основе бутадиеннитрильного, этиленпропиленового каучуков, бутилкаучука, фторкаучука.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Глобулярный порошок карбида титана с размером частиц от 10 до 80 мкм и средним размером частиц до 50 мкм помещают в рабочую камеру механохимического активатора совместно с мелющими телами - набором металлических и/или агатовых шаров размером от 3 до 15 мм в диаметре - и активируют по режимам (интенсивность подвода механической энергии, состав среды обработки), которые приведены в таблице. В результате активации получают порошок карбида титана со средним размером частиц, который приведен в таблице. Через загрузочное устройство в рабочую камеру механохимического активатора дополнительно вводят гранулы полиэтилена высокого давления со средним размером частиц до 100 мкм. Характеристики процесса модификации карбида титана (интенсивность, доза подвода механической энергии к обрабатываемому материалу), а также состав среды обработки приведены в таблице.
Полученный композитный материал вводили в резиновую смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука СКН-26, наполненного техническим углеродом (120 мас.ч.), из нее формовали заготовки и вулканизовали изделия. Образцы, полученные из указанной резиновой смеси, содержащие композитный порошковый наполнитель и без него (контрольный пример), были исследованы на машине торцевого трения МТТ-2 без смазки (сухое трение) и на установке, имитирующей пару трения осевой опоры ступени погружного насоса ЭЦН.
Испытания показали, что введение композитного порошкового наполнителя в резиновую смесь приводит к снижению коэффициента трения в условиях сухого трения и к снижению суммарной скорости изнашивания пары трения в условиях гидроабразивного износа.
Предлагаемый по настоящему изобретению способ получения композитного порошкового наполнителя позволяет получить наполнитель в виде карбида титана в оболочке из полиэтилена высокого давления, в котором оболочка нанесена на ядро из твердой фазы.
| Характеристики способа получения композитного порошкового наполнителя | ||||||||||
| № примера | Интенсивность подвода механической энергии, кВт/кг | Доза механической энергии, кДж/кг | Давление среды, атм | Средний размер частиц, мкм | Достигаемая структура наполнителя | |||||
| При активации | При модификации | При активации | При модификации | Среда | При активации | При модификации | После активации | После модификации | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 1 | 1 | 0,05 | 100 | 3 | Воздух | 1 | 1 | 5 | 30 | Порошковый наполнитель в оболочке из ПЭВД |
| 2 | 3 | 0,25 | 500 | 50 | Азот | 1 | 1 | 10 | 30 | Порошковый наполнитель в оболочке из ПЭВД |
| 3 | 5 | 0,5 | 1000 | 10 | Вакуум | 10-2 | 10-2 | 15 | 50 | Порошковый наполнитель в оболочке из ПЭВД |
| 4 | 4 | 0,3 | 750 | 100 | Аргон | 1 | 1 | 10 | 15 | Порошковый наполнитель в оболочке из ПЭВД |
Способ получения композитного порошкового наполнителя, заключающийся во взаимодействии частиц керамического материала и полимера, отличающийся тем, что частицы керамического материала в виде карбида титана активируют в механохимическом активаторе с интенсивностью подвода механической энергии от 1 до 5 кВт/кг и дозой от 100 до 1000 кДж/кг в среде, выбранной из ряда: воздух, азот, аргон, вакуум с давлением от 10-2 до 1 атм, до получения частиц со средним размером не более 15 мкм, после чего в механохимический активатор вводят полимер в виде полиэтилена высокого давления и модифицируют частицы карбида титана с интенсивностью подвода механической энергии от 0,05 до 0,5 кВт/кг и дозой от 3 до 100 кДж/кг в среде, выбранной из ряда: воздух, азот, аргон, вакуум с давлением от 10-2 до 1 атм.
