эпоксидная композиция

Формула изобретения

Эпоксидная композиция, содержащая, мас.ч.:

эпоксидную диановую смолу	100
полиэтиленполиамин	15-20
дибутилфталат	8-12
измельченный графит с дисперсностью (0,3-0,5)·10-6 м	20-25,

отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кристаллический йод в количестве 0,5-1,0 мас.ч., а порошок железа с дисперсностью (5-10)·10 ^-6 м содержится в количестве 200-250 мас.ч.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области химии, преимущественно к органическим высокомолекулярным соединениям и композициям на их основе, и может найти применение в различных отраслях машиностроения.

Известна эпоксидная композиция (см. авторское свидетельство № 1609799, С08L 63/02, бюл. № 44, 1990 г.), содержащая эпоксидную диановую смолу, полиэтиленполиамин и пятипроцентный раствор диацетата целлюлозы в фурфуриловом спирте при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Эпоксидная диановая смола	100
Полиэтиленполиамин	21-42
Пятипроцентный раствор диацетата
целлюлозы в фурфуриловом спирте	1-25

Признаки, совпадающие, - наличие составляющих: эпоксидная диановая смола, полиэтиленполиамин.

Причины, препятствующие решению поставленной задачи, - данная эпоксидная композиция имеет низкую теплопроводность и ударную прочность при высоких значениях коэффициента трения, а также сложность получения композиции в производственных условиях вследствие ограниченного выпуска диацетата целлюлозы в фурфуриловом спирте деревообрабатывающей промышленностью и его высокой огнеопасности.

Известна эпоксидная композиция (см. Миненков В.В., Стасенко И.В. «Прочность деталей из пластмасс», М.: Машиностроение, 1977, стр.21), содержащая эпоксидную смолу ЭД-5, полиэтиленполиамин, дибутилфталат, железный порошок при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Эпоксидная смола ЭД-5	100
Полиэтиленполиамин	10
Дибутилфталат	10
Железный порошок	200

Признаки, совпадающие: эпоксидная смола ЭД-5, полиэтиленполиамин, дибутилфталат, железный порошок.

Причины, препятствующие решению поставленной задачи, - низкая износостойкость эпоксидной композиции (компаунда), не позволяющая широко использовать сравнительно дешевую композицию в машиностроении при изготовлении, например, втулок для подшипников скольжения, штампов, направляющих и других деталей.

За прототип принята эпоксидная композиция (см. патент РФ № 2156658, С08J 63/02, С08К 13/02, С08J 5/16 // (C08L 63/02, 73:02), (С08К 13/02, 3:08, 3:08, 5:10, бюл. № 23, 2000 г.)), содержащая эпоксидную диановую смолу, полиэтиленполиамин, дибутилфталат, порошок железа с дисперсностью (5-10)·10 ^-6 м, измельченный графит с дисперсностью (0,3-0,5)·10 ^-6 м при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Эпоксидная диановая смола	100
Полиэтиленполиамин	15-20
Дибутилфталат	8-12
Порошок железа с дисперсностью (5-10)·10-6 м	150-200
Измельченный графит с дисперсностью
(0,3-0,5)·10 -6 м	20-25

Признаки, совпадающие, - наличие составляющих: эпоксидная диановая смола, полиэтиленполиамин, дибутилфталат, порошок железа с дисперсностью (5-10)·10 ^-6 м, измельченный графит с дисперсностью (0,3-0,5)·10 ^-6 м.

Причины, препятствующие решению поставленной задачи, - снижение ударной прочности, износостойкости и стойкости к поверхностному истиранию композиционного материала при повышении температуры эксплуатации.

Задачей настоящего изобретения является повышение ударной прочности эпоксидной композиции с одновременным обеспечением высокой износостойкости и стойкости к поверхностному истиранию ее при повышении температуры эксплуатации.

Технический результат заключается в том, что композиция дополнительно содержит кристаллический йод в количестве 0,5-1,0 мас.ч., а порошок железа с дисперсностью (5-10)·10^-6 м содержится в количестве 200-250 мас.ч.

Для достижения технического результата эпоксидная композиция, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:

Эпоксидная диановая смола	100
Полиэтиленполиамин	15-20
Дибутилфталат	8-12
Измельченный графит с дисперсностью
(0,3-0,5)·10 -6 м	20-25,

дополнительно содержит кристаллический йод в количестве 0,5-1,0 мас.ч., а порошок железа с дисперсностью (5-10)·10^-6 м содержится в количестве 200-250 мас.ч.

Сущность изобретения выражается в совокупности новых свойств эпоксидной композиции (повышении износостойкости и стойкости к поверхностному истиранию при нагреве ее до температуры 80°С), достигаемых в результате использования в эпоксидной композиции большего количества порошка железа с дисперсностью (5-10)·10^-6 м и добавления в ее состав кристаллического йода при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Эпоксидная диановая смола	100
Полиэтиленполиамин	15-20
Дибутилфталат	8-12
Порошок железа с дисперсностью (5-10)·10-6 м	200-250
Измельченный графит с дисперсностью
(0,3-0,5)·10 -6 м	25-30
Кристаллический йод	0,5-1,0

Эпоксидная композиция получается следующим образом: в эпоксидную диановую смолу (например, ЭД-5) в количестве 100 мас.ч. добавляется пластификатор дибутилфталат (8-12 мас.ч.), порошок железа с дисперсностью (5-10)·10 ^-6 м (200-250 мас.ч.) и измельченный графит с дисперсностью (0,3-0,5)·10^-6 м (20-25 мас.ч.). Полученная смесь тщательно перемешивается в течение 8-10 мин, после чего в нее добавляются кристаллический йод (0,5-1,0 мас.ч.) и отвердитель - полиэтиленполиамин (15-20 мас.ч.); полученная смесь вновь тщательно перемешивается в течение 3-5 мин. Приготовленная таким образом эпоксидная композиция заливается в формы и устанавливается для затвердевания в сушильном шкафу. Затвердевание эпоксидной композиции происходит в течение 12-16 часов при температуре 60-80°С.

Принятое количество порошка железа с дисперсностью (5-10)·10^-6 м обусловлено необходимостью увеличения теплопроводности и ударной прочности эпоксидной композиции при нагреве ее до температуры 80°С. Более насыщенное содержание частиц железа в эпоксидной композиции позволяет легче отводить тепло из нее в окружающую среду. При этом железо имеет более высокую ударную прочность, чем эпоксидная смола.

Так как изделия из эпоксидной композиции чаще всего работают в узлах трения (например, втулки подшипников скольжения, направляющие металлорежущих станков и приборов, плунжерные пары), то добавление в эпоксидную композицию кристаллического йода необходимо для повышения температурной устойчивости измельченного графита с дисперсностью (0,3-0,5)·10^-6 м, являющегося твердой смазкой, так как с повышением температуры в результате физико-химических превращений активность йода повышается и образующиеся на его основе соединения приобретают свойства твердой смазки (см. Латышев В.Н., Наумов А.Г., Раднюк B.C., Тимаков А.С., Корчагин А.В. Применение йода как компонента СОТС при резании металлов. // Металлообработка, 2008, № 3(45). - С.9-14).

Для определения оптимального соотношения между компонентами предлагаемой эпоксидной композиции были выполнены исследования последней на теплопроводность, ударную прочность и износостойкость. Для определения теплопроводности эпоксидной смолы изготавливались стержни диаметром 10 мм и длиной 100 мм, а для определения ударной прочности эпоксидной композиции изготавливались кубики размером сторон 20·10^-3 м (20 мм). Теплопроводность эпоксидной композиции определялась на специальной установке, содержащей нагреватель (нихромовую спираль), устанавливаемый с одного конца испытываемого стержня, камеры с захватом и тепловым датчиком, прижимаемым к другому концу стержня. Тепловой датчик был настроен на температуру 80°С, по достижении которой зажигалась сигнальная лампочка. О теплопроводности эпоксидной смолы судили по промежутку времени от начала нагрева конца стержня до зажигания лампочки.

Ударная прочность эпоксидной композиции определялась на копре по массе груза, падающего с высоты 1,5 м, при котором происходит разрушение кубика. Последний также нагревался при помощи нихромовых пластин до температуры 80°С.

Для испытания эпоксидной композиции на износостойкость использовалась специальная установка для испытания материалов на истирание (см. Бутенко В.И. «Исследование качества поверхностного слоя обрабатываемой стали». // Известия вуз. Машиностроение, 1979, № 4, стр.101-104). Нагрев испытываемых образцов осуществлялся с помощью устройства индукционного нагрева (см. патент РФ № 2245927, «Устройство индукционного нагрева для обработки поверхностей резанием», С21D 1/42, В23В 1/00, бюл. № 4, 2005 г.). В качестве контртела использовались бруски из быстрорежущей стали Р6М5, закаленной до твердости HRC 63-65. Были приняты следующие режимы испытания: давление контртела на исследуемую поверхность образца р=0,8 МПа, скорость скольжения V_ск=1,2 м/с, без смазки. Износостойкость и стойкость к поверхностному истиранию образцов из эпоксидной композиции определялась на вертикальном оптиметре ИЗВ-1 с точностью ±0,001 мм.

Результаты выполненных исследований по определению оптимального состава предлагаемой эпоксидной композиции приведены в табл.1.

Проведены сравнительные испытания на ударную прочность и износостойкость образцов, изготовленных из известной эпоксидной композиции по прототипу (см. патент РФ № 2154658, С08L 63/02, С08К 13/02, С08J 5/16 // (С08L 63/02, 73:02), (С08К 13/02, 3:04, 3:08, 5:10), бюл. № 23, 2000 г.) и предлагаемой эпоксидной композиции состава, мас.ч.:

Эпоксидная диановая смола	100
Полиэтиленполиамин	15-20
Дибутилфталат	8-12
Порошок железа с дисперсностью (5-10)·10-6 м	200-250
Измельченный графит с дисперсностью
(0,3-0,5)·10 -6 м	20-25
Кристаллический йод	0,5-1,0

Испытания образцов из различных составов эпоксидной композиции проводились на установке для испытания материалов на истирание при индукционном нагреве образцов с использованием в качестве контртела брусков из быстрорежущей стали Р6М5, закаленных до твердости HRC 62-65. Режим испытаний был принят следующим: давление р=1,5 МПа, скорость скольжения V_ск=2 м/с, температура контакта =80°С, время испытаний 7,2·10 с, без смазки. Результаты испытаний приведены в табл.2.

Анализ представленных в табл.2 данные показывает, что использование предлагаемой эпоксидной композиции позволяет в 1,5-2 раза повысить ее ударную прочность с одновременным обеспечением высокой износостойкости и стойкости к поверхностному истиранию при нагреве до температуры 80°С.

Таблица 2 Результаты испытаний образцов из эпоксидной композиции по прототипу и предлагаемого состава на ударную прочность и износостойкость
Состав эпоксидной композиции по прототипу	Предлагаемый состав эпоксидной композиции
№ образца	Ударная прочность, кг/см2	Износ U·10-6, м	№ образца	Ударная прочность, кг/см2	Износ U·10-6, м
1.	8,6	75	1.	14,4	34
2.	8,9	71	2.	15,1	32
3.	8,2	73	3.	14,8	33
4.	7,9	85	4.	15,4	35
5.	8,1	69	5.	15,2	34
6.	8,3	72	6.	15,5	29
7.	8,4	74	7.	14,7	27
8.	8,2	70	8.	14,6	31
9.	9,0	67	9.	15,6	28
10.	8,1	75	10.	15,3	32