Композиция для склеивания металлических изделий
Владельцы патента RU 2430945:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мичуринский государственный аграрный университет" (RU)
Изобретение относится к композиции для склеивания металлических изделий. Композиция включает анаэробный герметик АН-111 и наполнители. Наполнители представляют собой микротальк Талькон Т-20 и бронзовый порошок БПП. Использование композиции позволяет повысить прочность и сокращение времени отверждения клеевых соединений. 3 табл., 3 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области машиностроения и ремонта техники, в частности к склеиванию металлических деталей в узлах машин.
Уровень техники
Известна композиция при следующем соотношении компонентов (в % по массе) [1]:
- анаэробный герметик АН-111 - 78,08,
наполнители:
- порошкообразный акриловый лак АК-506 - 21,7,
- наноразмерный порошок сплава железа с никелем - 0,22.
Прочность клеевых соединений, выполненных данной композицией,
составляет 28,2 МПа при толщине клеевого шва 0,1 мм (фиг.1), что на 22% выше прочности клеевых соединений анаэробного герметика АН-111 без наполнителей (23 МПа). К недостаткам композиции относятся:
1) повышенные требования к точности концентрации компонентов, что повышает трудоемкость приготовления композиции и, соответственно, ее цену;
2) относительно незначительное повышение прочности клеевых соединений (до 22%), выполненных композицией, по сравнению с прочностью клеевых соединений анаэробного герметика АН-111 без наполнителей;
3) время отверждения клеевых соединений, выполненных композицией, не отличается от времени отверждения клеевых соединений анаэробного герметика АН-111.
Раскрытие изобретения
Заявлена композиция при следующем соотношении ингредиентов (в % по массе):
- анаэробный герметик АН-111 - 78…89,
наполнители:
- микротальк Талькон Т-20 - 10…20,
- бронзовый порошок БПП - 1…2.
Анаэробные герметики представляют собой многокомпонентные жидкие составы, способные длительное время храниться без изменения свойств и быстро отверждаться при отсутствии взаимодействия с кислородом воздуха. Основой анаэробных герметиков являются полимеризационно-способные соединения акрилового ряда, чаще всего диметакриловые эфиры полиалкиленгликолей, для которых характерна высокая скорость превращения в трехмерно-сшитые полимеры. В состав анаэробных герметиков входят также ингибирующие и инициирующие системы, обеспечивающие длительное хранение герметиков и быстрое отверждение в изделиях, различные загустители, модификаторы, красители и другие добавки [2].
Отличие анаэробного герметика АН-111 от других марок анаэробных герметиков Анатерм заключается в том, что для повышения эластичности полимерных сеток анаэробных герметиков были синтезированы олигомерные каучуки с концевыми уретанакрилатными группами, которые представляют собой продукты взаимодействия гидроксилсодержащих полиэфиров и олигомерных каучуков с диизоцианатами и акрилатами [3]. В таблице 1 представлены показатели качества анаэробного герметика АН-111 [4].
| Таблица 1 | ||
| Показатели качества [4] | ||
| № п/п | Наименование показателя | Значения |
| 1 | Кажущаяся вязкость по Брукфильду при температуре 25°С, А/2/10, МПа*с | 2000-3000 |
| 2 | Момент отвинчивания образцов из конструкционной стали, резьба M10*1,5, после выдержки при (23±2)°С в течение 1 часа и 3 часов, Н*м, не менее | 20 |
| 3 | Момент отвинчивания образцов из оцинкованной стали, резьба M10*1,5, после выдержки при (23±2)°С в течение 1 часа и 3 часов, Н*м, не менее | 15 |
| 4 | Предел прочности при аксиальном сдвиге через 24 часа при (23±2)°С, МПа, не менее | 20 |
При изготовлении бронзовой пудры исходным сырьем служат марки бронз, близкие по составу к получаемой продукции или специально приготовленные сплавы. Получение пудры включает в себя фрезерование заготовок сплавов, размол крупки в шаровой мельнице, полировку частиц во вращающемся барабане. Форма частиц получаемых пудр - лепесткообразная. Состав пудр БПП, %: 72-92 Cu; до 1,2 Al; до 1,0 Fe, примесей не более 0,8, цинк - остальное [5].
Минерал тальк представляет собой гидратированный силикат магния следующей химической формулы 3MgO*4SiO2*H2O. Теоретически он содержит 31,7% MgO, 63,5% SiO2 и 4,8% Н2О. Состав реального минерала обычно отличается от теоретического и зависит от его месторождения. Он имеет триоктаэдральную трехслойную структуру. Монокристаллы талька состоят из трех слоев. Внутренний слой состоит из бруцита (гидроксида магния MgO*H2O), а внешние слои - из кремнезема (SiO2). Эти слои связаны между собой слабыми Ван-дер-ваальсовыми силами и легко смещаются относительно друг друга под действием сдвиговых напряжений. Тальк является химически инертным веществом, плохо вступающим в химические реакции. Для него характерна высокая кислотостойкость [5]. В таблице 2 приведены характеристики микроталька Талькон Т-20 [6].
| Таблица 2 | |
| Характеристика микроталька Талькон Т-20 | |
| Характеристика | Микротальк Талькон Т-20 |
| Концентрация талька, % | 97 |
| Хлорит, % | 3 |
| Белизна (L*CIE Lab), % | 95 |
| Маслоемкость, г/г | 50/100 |
| Насыпная плотность, г/см3 | 0,2-0,4 |
| Максимальный размер частиц, мкм | 20 |
| Средний размер частиц, мкм | 6 |
| Удельная поверхность BET, м/г2 | 6,6 |
Таким образом, заявленное техническое решение имеет существенные отличительные признаки от прототипа и соответствует, тем самым, критериям изобретения.
Экспериментальные исследования показали, что прочность клеевых соединений, выполненных заявляемой композицией, при толщине клеевого шва 0,1 мм составляет 32 МПа. Это на 13% превышает прочность клеевых соединений, выполненных композицией-прототипом, и на 39% - прочность клеевых соединений, выполненных анаэробным герметиком АН-111 (фиг.1).
Исследования процессов отверждения диэлектрическим методом показали, что время полного отверждения клеевых соединений, выполненных композицией-прототипом при температуре окружающей среды Т=20°С, составляет 6 ч, а клеевых соединений, выполненных заявляемой композицией, - 1 ч. Таким образом, время отверждения сократилось на 5 ч, что позволяет значительно сократить длительность процесса сборки узла, в конструкцию которого входит клеевое соединение.
Реализация отличительных существенных признаков от прототипа, а именно использование в качестве наполнителей микроталька Талькон Т-20 и бронзового порошка БПП в композиции на основе анаэробного герметика АН-111, позволяет получить технический результат, который выражается в: 1) повышении прочности клеевых соединений, выполненных заявляемой композицией; 2) сокращении времени отверждения клеевых соединений, выполненных заявляемой композицией.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - зависимость прочности клеевых соединений τ от толщины клеевого шва h, выполненных анаэробным герметиком АН-111 (1), композицией-прототипом (2) и заявляемой композицией (3);
Фиг.2 - валы-образцы для клеевых соединений с подшипником 209;
Фиг.3 - центрирующее приспособление для сборки деталей клеевого соединения.
Осуществление изобретения
Заявлена композиция при следующем соотношении ингредиентов (в % по массе):
- анаэробный герметик АН-111 - 78…89,
наполнители:
- микротальк Талькон Т-20 - 10…20,
- бронзовый порошок БПП - 1…2.
Анаэробный герметик АН-111 (ТУ 2257-274-00208947-96) поставляется в воздухопроницаемых полиэтиленовых флаконах емкостью 50, 100 и 200 г. Разработчик - НИИ полимеров им. Каргина (г.Дзержинск).
Микротальк Талькон Т-20 (ТУ 5727-001-49439345-02) имеется в широкой продаже.
Бронзовая пудра БПП (ТУ 48-21-150-72) имеется в широкой продаже. Поставляется в полиэтиленовых пакетах в количестве 10 и 50 г.
Ингредиенты взвешивали на аналитических весах марки ВЛА-200 М. Первоначально в стеклянную емкость заливали отобранный герметик АН-112, затем добавляли тальк и бронзовый порошок, после чего композицию тщательно перемешивали. Композицию использовали в течение 10 мин.
Образцами являлись клеевые соединения внутренних колец подшипников 209 с валами. Валы изготовили из стали 45 (фиг.2). Шероховатость посадочной поверхности Ra 0,63 [7]. Диаметральный зазор в соединении до склеивания обеспечивали шлифованием валов. Для обеспечения соосности деталей клеевого соединения использовали специально разработанные и изготовленные центрирующие приспособления (фиг.3). Клеевые соединения отверждали при температуре 20°С в течение 24 ч.
Исследования прочности проводили на разрывной машине ИР 5047-50 с одновременной записью диаграммы «нагрузка-деформация». Скорость нагружения при испытаниях была постоянной и составляла 5 мм/мин.
Процессы отверждения клеевых соединений исследовали диэлектрическим методом с помощью прибора Е7-11 [8]. Электрическую емкость клеевого шва соединения периодически измеряли прибором Е7-11 и по ней рассчитывали диэлектрическую проницаемость.
Диэлектрическую проницаемость ε определяли по формуле
ε=ln(r2/r1)C/2πεoB,
где ε - диэлектрическая проницаемость клеевого шва;
С - электрическая емкость клеевого шва, Ф;
r1 - радиус вала, мм;
r2 - радиус внутреннего кольца подшипника, мм;
εo - диэлектрическая проницаемость вакуума;
В - ширина кольца подшипника, мм.
О завершении полимеризации судили по стабилизации значений диэлектрической проницаемости клеевого шва. Эксперимент проводили в трехкратной повторности.
Библиографические данные
1. Демин В.Е. Совершенствование технологии восстановления сопряжений опор корпусных деталей с подшипниками качения применением композиционных анаэробных материалов (на примере корпуса КП трактора Т-150К) [Текст]: автореф. дис. канд. техн. наук. / Демин В.Е. - Саратов, 2007. - 19 с.
2. Материалы, выпускаемые ФГУП «НИИ полимеров». // Клеи. Герметики. Технологии. - №1. - 2006. - С.47-48.
3. Хамидулова З.С., Рогачева И.П., Аронович Д.А. и др. Новые анаэробные герметики для автомобилестроения. / Хамидулова З.С., Рогачева И.П., Аронович Д.А. и др. // Пластические массы. - №6. - 1999. - с.40.
4. Паспорт №358 на клей анаэробный герметик АНАТЕРМ-111 ТУ 2257-274-00208947-96. ФГУП «НИИ полимеров».
5. Наполнители для полимерных композиционных материалов. / Под ред. Г.С.Каца и Д.В.Милевски. Пер. с англ. / Под ред. П.Г.Бабаевского. - М.: Химия, 1981. - 736 с.
6. http:/himtek.yaroslavl.ru
7. Спицын Н.А. Подшипники качения [Текст]: Справочное пособие. / Спицын Н.А., Сприщевский А.И. - М.: Машгиз, 1961, 828 с.
8. Щетинин М. В. Восстановление неподвижных соединений подшипников качения сельскохозяйственной техники адгезивом Анатерм-105 [Текст]: дис. канд. техн. наук. / Щетинин М.В. - Мичуринск, 2008, 146 с.
Композиция для склеивания металлических изделий, включающая анаэробный герметик АН-111 и наполнители, отличающаяся тем, что наполнителями являются тальк и бронзовый порошок при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| анаэробный герметик АН-111 | 78-89 |
наполнители:
| микротальк Талькон Т-20 | 10-20 |
| бронзовый порошок БПП | 1-2 |
