Композиция для склеивания металлических изделий

Авторы патента:

Быконя Андрей Николаевич (RU)

Псарев Дмитрий Николаевич (RU)

Ли Роман Иннакентьевич (RU)

Малюгин Владимир Андреевич (RU)

Киба Мария Романовна (RU)

C09J133/00 - Клеящие вещества на основе гомополимеров или сополимеров соединений, содержащих один или более ненасыщенных алифатических радикалов, каждый из которых содержит только одну углерод-углеродную двойную связь, и только один из них - только одну концевую карбоксильную или карбоксилатную (солевую), карбоксангидридную, карбоксэфирную, карбоксамидную, карбоксимидную или карбонитрильную группу; клеящие вещества на основе их производных

C09J11/04 - неорганические

B82Y30/00 - Нанотехнология

B82B1/00 - Наноструктуры

Владельцы патента RU 2678063:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к клеевой промышленности и может быть использовано в области машиностроения и ремонта техники. Композиция для склеивания металлических изделий содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: анаэробный герметик АН-111 - 98,3-99,1; наполнитель: нанопорошок алюминия 70 - 0,7-1,3, нанопорошок меди 70 - 0,2-0,4. Обеспечивается сокращение времени отверждения клеевых соединений, увеличение долговечности клеевых соединений при циклическом нагружении. 4 ил., 3 табл.

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 - 95…96,

наполнитель:

- углеродные нанотрубки «Таунит-М» - 4…5.

К недостаткам композиции-прототипа относятся:

1. Относительно высокая цена композиции, которая составляет 20954,67 руб./кг.

2. Время отверждения клеевых соединений, выполненных композицией, составляет 0,75 ч, что является причиной увеличения времени сборочных операций.

3. Относительно низкая долговечность клеевых соединений металлических изделий при циклическом нагружении.

Раскрытие изобретения

Задачей заявляемого изобретения является:

1. Снижение стоимости композиции для склеивания металлических изделий.

2. Сокращение времени отверждения клеевых соединений, выполненных композицией для склеивания металлических изделий.

3. Увеличение долговечности клеевых соединений металлических изделий при циклическом нагружении.

Заявлена композиция при следующем соотношении ингредиентов (в % по массе):

- анаэробный герметик АН-111 - 98,3…99,1,

наполнитель:

- нанопорошок алюминия (70) - 0,7…1,3,

- нанопорошок меди (70) - 0,2…0,4.

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].

В таблице 1 представлены показатели качества анаэробного герметика АН-111 [3].

Нанопорошок алюминия (70) получен распылением металлического проводника в атмосфере аргона, затем пассивирован медленным потоком сухого воздуха. В таблице 2 представлены параметры нанопорошка алюминия (70) [4].

Нанопорошок меди (70) получен методом электрического взрыва проводника в атмосфере аргона. В таблице 3 представлены параметры нанопорошка меди (70) [4].

Существенным отличительным признаком от прототипа является то, что в качестве наполнителя используются нанопорошок алюминия (70) и нанопорошок меди (70).

Таким образом, заявленное техническое решение имеет существенные отличительные признаки от прототипа и соответствует, тем самым, критериям изобретения.

Цена анаэробного герметика АН-111 (ТУ 2257-274-00208947-96) составляет - 14874 руб./кг [5].

Цена нанопорошка алюминия (70) (ТУ 1791-003-36280340-2008) составляет - 34630 руб./кг, а нанопорошка меди (70) (ТУ 1791-003-36280340-2008) -36350 руб./кг [4].

Цена углеродных нанотрубок «Таунит-М» составляет - 150000 руб./кг [6].

Соответственно цена композиции-прототипа составляет - 20954,67 руб./кг. Цена заявляемой композиции составляет 15146,73 руб./кг., что на 27,7% меньше цены композиции-прототипа.

Исследования процессов отверждения электрическим методом показали, что время полного отверждения клеевых соединений, выполненных композицией-прототипом при температуре окружающей среды Т=20°С, составляет 0,75 ч, а клеевых соединений, выполненных заявляемой композицией 0,5 ч (фиг. 1). Таким образом, время отверждения сократилось на 33,3%, что позволяет значительно сократить длительность процесса сборки узла, в конструкцию которого входит клеевое соединение.

Исследования долговечности клеевых соединений при циклическом нагружении показали, что долговечность клеевых соединений, выполненных композицией-прототипом при толщине клеевого шва 0,15 мм составляет 2,736×10⁷ циклов нагружения. Аналогичный показатель для клеевых соединений, выполненных заявляемой композицией, при толщине клеевого шва 0,15 мм составляет 3,384×10⁷ циклов нагружения (фиг. 2). Таким образом, долговечность клеевых соединений, выполненных заявляемой композицией, на 23,6% выше, чем долговечность клеевых соединений, выполненных композицией-прототипом.

Реализация отличительных существенных признаков от прототипа, а именно использование в качестве наполнителя нанопорошка алюминия (70) и нанопорошка меди (70) в композиции на основе анаэробного герметика АН-111, позволяет получить технический результат, который выражается в: 1) снижении цены композиции; 2) сокращении времени отверждения клеевых соединений, выполненных композицией; 3) увеличении долговечности клеевых соединений, выполненных композицией.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1. Зависимость удельного электрического сопротивления p_v клеевого шва композиции герметика АН-111 от времени отверждения t: 1 - композиция-прототип; 2 - заявляемая композиция.

Фиг. 2. Долговечность при циклическом нагружении клеевых соединений выполненных: 1 - композицией-прототипом; 2 - заявленной композицией.

Фиг. 3. Валы-образцы для клеевых соединений с подшипником 207.

Фиг. 4. Центрирующее приспособление для сборки деталей клеевого соединения.

Осуществление изобретения

Заявлена композиция при следующем соотношении ингредиентов (в % по массе):

- анаэробный герметик АН-111 - 98,3…99,1, наполнитель:

- нанопорошок алюминия (70) - 0,7…1,3,

- нанопорошок меди (70) - 0,2…0,4.

Анаэробный герметик АН-111 (ТУ 2257-274-00208947-96) поставляется в воздупроницаемых полиэтиленовых флаконах емкостью 50, 100 и 200 г. Разработчик и изготовитель - НИИ полимеров им. Каргина (г. Дзержинск).

Нанопорошок алюминия (70) и нанопорошок меди (70) поставляется в полиэтиленовых пакетах в количестве, заявляемом покупателем. Разработчик и изготовитель - ООО «ПЕРЕДОВЫЕ ПОРОШКОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» (г. Томск).

Ингредиенты взвешивали на аналитических весах марки ГОСМЕР ВЛ-210. Первоначально в стеклянную емкость заливали отобранный герметик АН-111, затем добавляли нанопорошки алюминия и меди, после чего композицию тщательно перемешивали. Композицию использовали в течение 10 мин.

Образцами при исследовании процесса отверждения являлись клеевые соединения внутренних колец подшипников 209 с валами. Валы изготовили из стали 45 (фиг. 3). Шероховатость посадочной поверхности R_a 0,63 [1]. Диаметральный зазор в соединении до склеивания в 0,1 мм обеспечивали шлифованием валов. Для обеспечения соосности деталей клеевого соединения использовали специально разработанные и изготовленные центрирующие приспособления (фиг. 4).

Процесс отверждения клеевых соединений исследовали, периодически измеряя электрическое сопротивление клеевого шва, с помощью прибора Е7-11 [1].

Удельное электрическое сопротивление ρ_v рассчитывали по формуле

где ρ_v- удельное электрическое сопротивление, Ом×м; R - сопротивление клеевого шва, Ом; D и В - диаметр и ширина внутреннего кольца подшипника, м; S - диаметральный зазор в соединении до склеивания, м.

О завершении полимеризации судили по стабилизации значения удельного электрического сопротивления клеевого шва (фиг. 1). Эксперимент проводили в трехкратной повторности.

Испытания на долговечность проводили на специальном стенде на базе электромеханического вибратора ИВ-107А [7], который обеспечивает циклическое нагружение клеевых соединений подшипников 209. Вибратор ИВ-107А представляет собой асинхронный короткозамкнутый электродвигатель [8]. На концах вала ротора установлены дебалансы, которые являются источником возмущающих колебаний и обеспечивают радиальную циклическую нагрузку 20 кН. Вибратор закреплен на двух металлических плитах размерами 500×500×25 мм и массой 50 кг каждая. Плиты установлены на металлическое основание размерами 500×500×10 мм посредством четырех винтовых пружин. Высота пружин 121 мм. Частота вращения ротора составляет 3000 мин^-1. Количество циклов нагружения фиксировали при помощи счетчика, соединенного с валом стенда. Посадочные отверстия в подшипниковых щитах вибратора растачивали и в них запрессовывали специально изготовленные втулки из чугуна СЧ (ГОСТ 1412-80). Смазку подшипников проводили ВНИИНП-242 (ГОСТ 20241-74).

Зазор в клеевом соединении «подшипник-корпус» до склеивания обеспечивали растачиванием посадочной поверхности чугунной втулки. Адгезив наносили на наружное кольцо подшипника и посадочную поверхность чугунной втулки. В качестве адгезивов использовали композицию-прототип и заявленную композицию.

За критерий долговечности приняли наработку до начала сдвига наружного кольца подшипника в посадочном отверстии щита, что фиксировалось по смещению рисок, отмеченных на торцах деталей клеевого соединения, и свидетельствовало о его разрушении.

Библиографические данные

1. Композиция для склеивания металлических изделий [Текст]: Патент на изобретение №2526991 РФ Заявл. 05.02.2013 / Ли Р.И., Бутин А.В., Рожнов А.Б., Сафонов В.Н. // Опубл. 27.08.2014. - Бюл. №24.

2. Материалы, выпускаемые ФГУП «НИИ полимеров» // Клеи. Герметики. Технологии. - №1. - 2006. - С. 47-48.

3. Паспорт №358 на клей анаэробный герметик АНАТЕРМ-111 ТУ 2257-274-00208947-96. ФГУП «НИИ полимеров».

4. www.nanosized-powders.com

5. www.nicp.ru

6. www.nanotc.ru

7. Бутин, А.В. Повышение эффективности восстановления неподвижных соединений подшипников качения сельскохозяйственной техники полимер-полимерными композициями [Текст]: дис. … канд. техн. наук / Бутин А.В. -Мичуринск, 2012. - 127 с.

8. Вибраторы электромеханические общего назначения ИВ-98Б, ИВ-98Н, ИВ-99Б, ИВ-99Н, ИВ-99Б-П, ИВ-105-2.2, ИВ-107А, ИВ-107Н, ИВ-107А-П, ИВ-107А-1.5 [Текст]: Руководство по эксплуатации 2-1.003 РЭ. - Ярославль, 2003 г.

Композиция для склеивания металлических изделий, включающая анаэробный герметик АН-111 и наноразмерные наполнители, отличающаяся тем, что наполнителями являются нанопорошок алюминия (70) и нанопорошок меди (70) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- анаэробный герметик АН-111 - 98,3-99,1,

наполнитель:

- нанопорошок алюминия (70) - 0,7-1,3,

- нанопорошок меди (70) - 0,2-0,4.

Изобретение относится к самоклеящейся массе, к способу получения ее и применению ее для приклеивания печатных пластин Самоклеящаяся масса включает в себя по меньшей мере 60 мас.% полимерной смеси, причем полимерная смесь состоит из первого полимерного компонента A, второго полимерного компонента B и при необходимости одного или более дополнительных полимерных компонентов C.

Реакционноспособная смоляная композиция и ее применение // 2667544

Группа изобретений относится к полимерной промышленности и может быть использована в строительстве в качестве клеев, шпатлевок для заполнения трещин, для крепления строительных элементов.

Связующая композиция для изоляционных изделий // 2659965

Группа изобретений относится к связующей композиции на водорастворимой основе, способу получения изделия и изделию. Связующая композиция на водорастворимой основе улучшает структурную целостность и изоляционные свойства, когда она наносится на целлюлозную подложку.

Полимеры с контролируемой архитектурой // 2637512

Изобретение относится к акриловым полимерам с контролируемым размещением (само)реакционноспособных групп в структуре полимера. Полимеры находят применение для получения клеев и эластомеров.

Клеевая композиция на основе полиакриламида для изготовления древесных материалов // 2632693

Изобретение относится к области производства древесно-стружечных композиционных материалов, а именно изготовление связующего для производства древесно-стружечных плит, фанеры, древесноволокнистых плит и т.п.

Свободнотекучие клеи, склеивающие при надавливании // 2570876

Изобретение относится к термоплавкому клею, склеивающему при надавливании. Клей включает в себя ядро из клея, чувствительного к давлению, содержащего, по крайней мере, один полимер, выбираемый из сложного полиэфира, полиакрилата, полиолефина, полиуретана, этиленвинилацетатных полимеров, стирольных блоксополимеров, или смесей, по крайней мере, один усилитель клейкости и в некоторых случаях добавку.

Акриловые составы для адгезии на субстраты с низкой энергией поверхностного натяжения // 2559456

Настоящее изобретение относится к чувствительному к давлению адгезиву, лейблу, содержащему рабочую поверхность и указанный адгезив, а также к ленте, содержащей основной материал и адгезив.

Термически обратимая термоплавкая клеевая композиция, содержащая многофункциональные диеновые и диенофильные соединения // 2555883

Изобретение относится к термически обратимому термоплавкому клею, не содержащему изоцианата. Термически обратимый термоплавкий клей содержит по меньшей мере один многофункциональный диеновый мономер/преполимер L-(X)P и по меньшей мере один многофункциональный диенофильный мономер/преполимер L-(Y)q, где по меньшей мере один из Р или Q больше 2,1.

Клеевая композиция // 2552410

Изобретение относится к области полимерной химии, конкретно относится к области клеевых композиций на основе сополимера бутилметакрилата и метакриловой кислоты, применяемых для склеивания различных субстратов (металла, дерева, керамики и др.).

Улучшенная клеевая композиция // 2537602

Изобретение относится к клеевой композиции, включающей по меньшей мере один адгезивный компонент и по меньшей мере одну добавку в качестве модификатора реологии, причем в качестве модификатора реологии используют сополимер, мономеры которого включают (i) алкильный эфир ненасыщенной монокарбоновой кислоты формулы CH2=CR-COOH, где R является заместителем, выбранным из группы, состоящей из Н, одновалентного алкильного, арильного или алкиларильного радикала, одновалентного циклоалкильного радикала и алкокси, галоалкильной или цианоалкильной группы, и (ii) C5-С35 алкил алкоксилированный акрилат или метакрилат или смеси двух или большего числа из них.

Смесь частиц, содержащих поверхностно-модифицированный карбонат кальция (mcc), и частиц, содержащих осажденный карбонат кальция (pcc), и ее применения // 2671741

Изобретение может быть использовано при получении бумаги, красок, покрытий, при обработке сточных вод. Способ получения водной суспензии, содержащей смесь частиц, содержащих поверхностно-модифицированный карбонат кальция (MCC), и частиц, содержащих осажденный карбонат кальция (PCC), включает обеспечение водной суспензии частиц, содержащих MCC, и обеспечение водной суспензии частиц, содержащих PCC.

Клеевая композиция для изготовления древесно-стружечных плит и изделий из древесины // 2642568

Изобретение относится к клеевой полимерной промышленности и может быть использовано в производстве древесно-стружечных плит, в том числе ориентированных стружечных плит, фанеры, клееных строительных конструкций и других изделий из древесины.

Клей для изготовления костроплит // 2626861

Изобретение относится к клеевой промышленности и может быть использовано в деревообрабатывающей промышленности при изготовлении костроплит. Клей содержит компоненты при следующих соотношениях, мас.ч.: карбамидоформальдегидная смола (100); кислотный отвердитель – хлористый аммоний (0,55-0,6); модификатор – олеиновая кислота (1,0-1,75).

Клеевые композиции, содержащие частицы графенового углерода // 2607411

Изобретение относится к клеевым композициям, используемым, например, для склеивания лопастей ветровых установок, склеивания автомобильных структурных компонентов, для покрытия, а также к способам формирования клееной подложки.

Проводящий адгезив // 2571744

Предложен проводящий адгезив, пригодный для обеспечения электропроводящего соединения между панелями, в частности проводящими углеродными композитными панелями в WESP, выполненном из коррозионно-стойкой смолы и мелких частиц газовой сажи, равномерно распределенных в смоле.

Термоотверждаемая акриловая клеевая композиция (варианты) // 2561967

Изобретение относится к акриловым клеевым композициям (варианты) термического отверждения для прочного соединения металлических поверхностей, в том числе алюминиевых субстратов.

Способ переработки политетрафторэтилена // 2561111

Изобретение относится к области переработки политетрафторэтилена (ПТФЭ) и утилизации его отходов и может найти применение для получения растворов, содержащих ионы фтора (электролитов) и используемых для проведения электролиза и химических реакций в растворах с участием ионов фтора с выделением товарных продуктов, в частности водорода, ультрадисперсных оксидов металлов и других соединений.

Термоотверждаемая акриловая клеевая композиция // 2544691

Изобретение относится к области акриловых клеев термического отверждения для прочного соединения металлических поверхностей, в том числе алюминиевых субстратов.

Промежуточная пленка для многослойного стекла и многослойное стекло // 2540569

Изобретение относится к промежуточной пленке для многослойного стекла, которую используют для многослойного стекла в автомобилях, зданиях и т.п. Пленка включает теплоизоляционный слой и экранирующий ультрафиолетовое излучение слой.

Связующий материал для соединения камня // 2532173

Изобретение относится к связующему материалу для соединения камня, для заполнения пространства между камнями, керамическими и другими строительными материалами.

Способ получения эластичной алюмооксидной наномембраны // 2678055

Изобретение относится к созданию эластичной алюмооксидной наномембраны на основе анодированного алюминия. Способ включает подготовку поверхности образцов путем термообработки в течение 30 мин при температуре 450°С и анодирование в многокомпонентном электролите 50 г/л щавелевой кислоты + 100 г/л лимонной кислоты + 50 г/л борной кислоты + 100 мл/л изопропилового спирта в гальваностатическом режиме при температуре 20°С и плотности тока 25 мА/см2.