Коррозионно-стойкая и электропроводящая композиция и способ нанесения покрытия

Группа изобретений относится к области конструкционных коррозионностойких и электропроводящих материалов для применения в производстве изделий, обладающих как коррозионной стойкостью, так и высокой электропроводностью, в том числе и в качестве покрытий изделий. Композиция содержит компоненты, мас.%: пироуплотненный терморасширенный графит 10-55 (содержание пироуглерода от массы графита 4-5%), фторполимер Ф42, ацетон - остальное. Раскрывается способ нанесения покрытия. Композиция обеспечивает улучшение электропроводящих свойств, коррозионной стойкости и прочности получаемых с использованием композиции изделий. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Область использования

Группа изобретений относится к коррозионностойкой и электропроводящей композициии для нанесения покрытия и способу нанесения покрытия, которые могут найти применение в производстве конструкционных коррозионностойких и электропроводящих углерод-полимерных нанокомпозитных материалов. Возможно использование композиции в топливных элементах с протонпроводящей мембраной, электрохимических устройствах для получения различных газов, прежде всего водорода, который обладает повышенной коррозионной активностью по отношению ко многим металлам. Также данные композиции возможно использовать для снятия электростатического заряда с металлических изделий.

Предшествующий уровень техники.

В патенте RU 2318851 раскрывается лакокрасочный материал для антикоррозионной защиты металлических конструкций с большим сроком эксплуатации, содержащий электропроводное пленкообразующее (электропроводный полиэтилен) и углеродные нанотрубки от 10 до 80% объема лакокрасочного материала, увеличивающие электропроводность и стойкость к агрессивной среде, и механическую прочность конструкции.

Данный материал получают путем нагрева электропроводящих пленкообразующих веществ до температуры плавления, последующего добавления в них углеродных нанотрубок и тщательного перемешивания полученной смеси. Затем полученный материал наносят на зачищенную и обезжиренную поверхность защищаемого объекта.

К недостаткам данного известного изобретения можно отнести существенную дороговизну нанотрубок.

Наиболее близкая электропроводящая композиция для нанесения покрытия и способ нанесения покрытия раскрываются в патенте на изобретение US 4547311.

В соответствии с данным патентом композиция содержит: (а) дисперсию сажи или смеси сажи и графита в органическом растворителе, выбранном из группы, состоящей из низших спиртов и низших кетонов и (б) раствор полимера, выбранного из группы, состоящей из фторэластомеров, уретановых эластомеров и сополимеров тетрафторэтилена сажи или смеси сажи с графитом к полимеру составляет от 0.1:1 до 1,5:1, вязкость состава выше чем вязкость дисперсии (а) и раствора (В), где вязкость дисперсии (а) составляет от 100 до 5000 СР и вязкость раствора (б) - от 1000 до 5000 ф.

Способ получения покрытия с использованием данной композиции включает ее получение путем формирования смеси сажи или смеси сажи и графита в органическом растворителе, выбранном из группы, состоящей из низших спиртов и низших кетонов в концентрации от 5 до 15% по весу с получением дисперсии, вязкость которой составляет примерно от 100 до 5000 СП, растворение полимера, выбранного из группы, состоящей из фторэластомеров, уретановых эластомеров и сополимеров тетрафторэтилена и винилиденфторида в органическом растворителе для формирования полимерного раствора, вязкость которого примерно 1000 до 5000 СП, смешивание с дисперсией раствора полимера для получения однородной смеси из электропроводных материалов в полимерном растворе, нанесение композиции при помощи лопатки на защищаемую поверхность и сушку покрытия. Электропроводность покрытия составляет от 14 до 50 См/см.

К недостаткам данного технического решения можно отнести то, что получаемое покрытие не обладает достаточной коррозионной стойкостью, прочностью и газопроницаемостью.

Раскрытие изобретение.

Задачей изобретения является устранение всех присущих известным техническим решениям недостатков.

Поставленная задача решается коррозионностойкой и электропроводящей композицией для нанесения покрытий, содержащей графит и фторполимер, и дополнительно содержащей ацетон, в качестве графита содержащей пироуплотненный терморасширенный графит, а в качестве фторполимера - фторполимер марки Ф42 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пироуплотненный терморасширенный графит	10-55
Фторполимер Ф42	70-25
Ацетон	Остальное

В частных воплощениях данного изобретения поставленная задача также решается тем, что пироуплотненный терморасширенный графит содержит 4-5% пироуглерода от массы терморасширенного графита.

Поставленная задача также решается способом нанесения покрытия, включающим приготовление коррозионностойкой и электропроводящей композиции, ее нанесение на основу и сушку, в соответствии с которым приготавливают раскрытую выше коррозионностойкую и электропроводящую композицию путем смешивания размолотого пироуплотненного терморасширенного графита с фторполимером Ф42 и ацетоном, а после сушки проводят горячее прессование при температуре, равной или превышающей температуру плавления упомянутого фторполимера.

Сущность изобретения состоит в следующем.

В процессе термобарической обработки пресс-порошка, состоящего из смеси углеродного наполнителя - терморасширенного графита (ТРГ) и полимерного связующего - фторполимера марки Ф42, проводимой при температурах, равной или превышающей температуру плавления данного сополимера, при повышенном давлении происходит взаимодействие активных атомов углерода, находящихся на боковых границах пачек графеновых слоев, формирующих структуру ТРГ с атомами фтора С - F связей сополимера. В результате такой обработки достигается наиболее равномерное распределение полимерного связующего в углеродной матрице, а также их взаимодействие с образованием углерод-полимерного композита, что и обуславливает физико-химические свойства получаемого покрытия.

Для приготовления композиции для покрытия в качестве углеродного наполнителя используется ТРГ, полученный путем термической деструкции гидролизованных соединений внедрения в графит с азотной кислотой. Пиролитическое уплотнение ТРГ проводят для уменьшения микропористости углеродного наполнителя с целью обеспечения лучших показателей электропроводности, прочности и газопроницаемости. Оптимальным является содержание пиролитического графита в пределах 4-5 мас.% от массы ТРГ. Пределы содержания пироуплотненного ТРГ в интервале 10-70 мас.% в материале позволяют достичь увеличения комплекса характеристик: электропроводности, коррозионной стойкости, газопроницаемости и механической прочности.

Низкая насыпная плотность непиролизованного ТРГ (до 0,1 г/литр) вызывает ряд затруднений при работе с ним, поэтому для осуществления изобретения ТРГ используют в виде дробленой графитовой фольги (ДГФ), полученной прессованием ТРГ без использования какого-либо связующего и последующим дроблением. ДГФ обладает всеми характеристиками исходного терморасширенного графита.

Использование фторполимера марки Ф42 объясняется, в числе прочего, следующими его преимуществами перед другими полимерами: достаточно высокая температура плавления, термостойкость в широком интервале температур, химическая инертность, низкая газопроницаемость (особенно по водороду), термопластичность и гидрофобность, а также способность растворяться в целом раде доступных растворителей, что позволяет получать материал, используя растворы полимера.

Примеры конкретного выполнения.

Пример

В качестве компонентов коррозионностойкой и электропроводящей композиции использовали отходы производства графитовой фольги (обрезь) в соответствии с ТУ 5728-001-17172478-97, сополимер тетрафторэтилена и винилиденфторида марки Ф42 по ГОСТ 25428-82, ацетон по ГОСТ 2603-79.

Кусочки фольги из терморасширенного графита подвергали пиролитическому насыщению углеродом до его содержания от 4 до 5 мас.% от массы графита в установке импульсного типа (метан, давление 6 кПа, Т=1060°С).

Затем полученную фольгу измельчали до фракции 60-100 мкм и проводили ее смешивание с сополимером тетрафторэтилена и винилиденфторида марки Ф42 и ацетоном.

Полученную композицию кистью наносили на предварительно подготовленную стальную основу. Получали покрытие толщиной 0,1 -0,4 мм. Покрытие высушивали для удаления ацетона, а затем образцы с нанесенной композицией подвергали прессованию при 250°С и давлении 100 атм.

В таблице 1 приведены состав композиции и свойства покрытия на ее основе. Как следует из приведенных в таблице данных, покрытие обладает хорошей электропроводностью, сопоставимой с электропроводностью покрытия в соответствии с патентом US 4547311, улучшенной коррозионной стойкостью, прочностью на изгиб и газопроницаемостью.

1. Коррозионно-стойкая и электропроводящая композиция для нанесения покрытий, содержащая графит и фторполимер, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ацетон, в качестве графита содержит пироуплотненный терморасширенный графит, а в качестве фторполимера - фторполимер марки Ф42 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пироуплотненный терморасширенный графит	10-55
Фторполимер Ф42	70-25
Ацетон	Остальное

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что пироуплотненный терморасширенный графит содержит 4-5% пироуглерода от массы терморасширенного графита.

3. Способ нанесения покрытия, включающий приготовление коррозионно-стойкой и электропроводящей композиции, ее нанесение на основу и сушку, отличающийся тем, что приготавливают коррозионно-стойкую и электропроводящую композицию в соответствии с любым из п.1 или 2 путем смешивания размолотого пироуплотненного терморасширенного графита с фторполимером Ф42 и ацетоном, а после сушки проводят горячее прессование при температуре, равной или превышающей температуру плавления упомянутого фторполимера.