Способ обработки мелкодисперсных порошковых наполнителей композиционных материалов
Владельцы патента RU 2630527:
Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к способу обработки мелкодисперсных порошковых наполнителей композиционных материалов и может быть использовано при производстве композиционных материалов фрикционного назначения. Обрабатывают поверхность мелкодисперсных порошковых наполнителей раствором фенолформальдегидной смолы резольного типа с неионогенным поверхностно-активным веществом в изопропаноле при интенсивном перемешивании в вакуумном реакторе в условиях кипящего слоя порошковых наполнителей. 1 з.п. ф-лы.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу обработки мелкодисперсных порошковых наполнителей композиционных материалов и может быть использовано при производстве композиционных материалов фрикционного назначения.
Уровень техники
Известно, что при формовании композиционных материалов фрикционного назначения на основе твердых фенолформальдегидных смол время пребывания фенолформальдегидной смолы в расплавленном (жидком) состоянии не превышает нескольких минут [А. Бахман, К. Мюллер. Фенопласты. Пер. с нем. - М.: Химия, 1978. - 288 с.]. Для получения высокого уровня прочностных и трибологических характеристик композиционного материала необходимо, чтобы в течение времени пребывания фенолформальдегидной смолы в расплавленном (жидком) состоянии она заполнила промежутки между частицами наполнителей, в том числе мелкодисперсных порошковых наполнителей, и образовала химические или физико-химические связи между поверхностью мелкодисперсных порошковых наполнителей и смолой. Высокая поверхностная энергия не подготовленных соответствующим образом мелкодисперсных порошковых наполнителей снижает скорость и полноту процесса взаимодействия расплава фенолформальдегидных смол с поверхностью мелкодисперсных порошковых наполнителей [Функциональные наполнители для пластмасс. / Под ред. М. Ксантоса. Пер. с англ. - СПб.: Научные основы и технологии, 210. - 462 с.], что приводит к снижению уровня прочностных характеристик композиционных материалов фрикционного назначения.
Раскрытие изобретения
Цель изобретения - нанесение на поверхность мелкодисперсных порошковых наполнителей слоя фенолформальдегидной смолы для повышения качества отформованных композиционных материалов фрикционного назначения, снижение поверхностной энергии мелкодисперсных порошковых наполнителей, повышение прочностных и эксплуатационных свойств композиционных материалов фрикционного назначения.
Технические результат - снижение количества расходуемого изопропанола и соответственно снижение энергозатрат на сушку.
Также предлагаемый способ позволяет добиться следующих результатов:
- обеспечивает формирование на частицах наполнителя тонкого слоя ФФС, что повышает полноту взаимодействия расплава фенолформальдегидной смолы с частицами наполнителя в процессе формования и, как следствие, качество формованных композиционных материалов фрикционного назначения;
- исключает создание суспензии порошковых наполнителей в растворе ФФС в изопропаноле, что значительно уменьшает время сушки и энергозатраты на нее;
- позволяет исключить попадание вредных компонентов фенолформальдегидных смол (свободный фенол, свободный формальдегид) в атмосферу рабочих помещений, что повышает безопасность труда работников.
Вышеуказанные результаты достигнуты благодаря тому, что предлагаемый способ обработки мелкодисперсных порошковых наполнителей композиционных материалов включает в себя обработку поверхности мелкодисперсных порошковых наполнителей 5-20 мас.% раствором фенолформальдегидной смолы (ФФС) резольного типа с 0,02-0,05 мас.% высокоэффективного неионогенного поверхностно-активного вещества (ПАВ) в изопропаноле при интенсивном перемешивании порошковых наполнителей в вакуумном реакторе и абсолютном давлении в реакторе 0,1-0,5 бар в условиях кипящего слоя порошковых наполнителей в реакторе без интенсивного пылеобразования и последующую сушку под вакуумом до полного удаления изопропанола, в котором упомянутый раствор подают через центробежные форсунки, выполненные с возможностью создания мелкодисперсного аэрозоля.
Во избежание изменения характеристик кипящего слоя мелкодисперсных порошковых наполнителей вплоть до образования суспензии порошковых наполнителей подачу вышеупомянутого раствора и сушку под вакуумом могут осуществлять неоднократно при снижении единовременно подаваемого количества вышеупомянутого раствора и увеличении количества циклов нанесение раствора - сушка.
Способ, описанный в настоящем тексте, далее поясняется на конкретном примере осуществления.
Осуществление изобретения
Мелкодисперсные порошковые наполнители или их смеси обрабатываются раствором фенолформальдегидной смолы (ФФС) резольного типа и высокоэффективного неионогенного поверхностно-активного вещества (ПАВ) в изопропаноле, причем нанесение раствора производится через центробежные форсунки при интенсивном перемешивании порошковых наполнителей в вакуумном реакторе и абсолютном давлении в реакторе 0.1-0.5 бар, при этом скорость вращения мешалки реактора и давление в реакторе устанавливаются так, чтобы обеспечивать создание кипящего слоя частиц порошкового наполнителя и в то же время не допускать интенсивного пылеобразования. Для избежания чрезмерного увлажнения порошковых наполнителей изопропанолом, могущего привести к образованию суспензии порошковых наполнителей и существенному увеличению времени сушки, что сопряжено со значительным расходом тепловой энергии на испарение избыточного количества изопропанола, применяются центробежные форсунки, обеспечивающие получение мелкодисперсного аэрозоля раствора ФФС и ПАВ в изопропаноле. Применение ПАВ в растворе обеспечивает эффективное смачивание частиц порошкового наполнителя раствором ФФС в изопропаноле и формирование тонкой пленки ФФС на частицах наполнителя после удаления изопропанола (сушки).
Удаление изопропанола производится путем сушки смеси под вакуумом при снижении давления до 0.05 бар при постоянном интенсивном перемешивании и нагреве содержимого реактора до 40-50°С путем подачи в рубашку реактора теплоносителя с температурой 50-60°С.
Вакуум создается водокольцевым насосом с замкнутым циклом водооборота, исключающим попадание низкомолекулярных компонентов фенолформальдегидной смолы в атмосферу, с последующей химической их дезактивацией.
Применение описанного способа позволяет добиться результатов, описанных в предыдущем разделе.
1. Способ обработки мелкодисперсных порошковых наполнителей композиционных материалов, включающий в себя обработку поверхности мелкодисперсных порошковых наполнителей 5-20 мас.% раствором фенолформальдегидной смолы (ФФС) резольного типа с 0,02-0,05 мас.% высокоэффективного неионогенного поверхностно-активного вещества (ПАВ) в изопропаноле при интенсивном перемешивании порошковых наполнителей в вакуумном реакторе и абсолютном давлении в реакторе 0,1-0,5 бар в условиях кипящего слоя порошковых наполнителей в реакторе без интенсивного пылеобразования и последующую сушку под вакуумом до полного удаления изопропанола, в котором упомянутый раствор подают через центробежные форсунки, выполненные с возможностью создания мелкодисперсного аэрозоля.
2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в нем подачу вышеупомянутого раствора и сушку под вакуумом осуществляют неоднократно при снижении единовременно подаваемого количества вышеупомянутого раствора и увеличении количества циклов нанесение раствора - сушка.
