материал для футеровочных пластин

Классы МПК:C08L23/06 полиэтен
C08K3/22 металлов
B82B1/00 Наноструктуры
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Селютин Геннадий Егорович (RU),
Гаврилов Юрий Юрьевич (RU),
Попова Олимпиада Евгеньевна (RU),
Воскресенская Елена Николаевна (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-06-24
публикация патента:

Изобретение относится к композиционному материалу, который может быть использован для защиты поверхностей ковшей экскаваторов, бункеров, кузовов самосвалов и других механизмов от абразивного износа в режиме ударных нагрузок. Материал получен путем смешения механоактивированного сверхвысокомолекулярного полиэтилена и порошка оксида алюминия Аl2О3 . В качестве оксида алюминия Аl2О3 использован оксид алюминия Аl2О3 модификации корунд двух фракций с размером 0,1 мм и размером 0,3 мм при соотношении 1:2 и в общем количестве 18% от массы СВМПЭ. Материал для футеровочных пластин обладает повышенной ударной прочностью и износостойкостью. 1 табл.

Формула изобретения

Материал для футеровочных пластин на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, полученный путем смешения сверхвысокомолекулярного полиэтилена и порошка оксида алюминия Аl2О3 , отличающийся тем, что оксид алюминия Аl2О3 представляет собой оксид алюминия А12О3 модификации корунд двух фракций - размером 0,1 мм и размером 0,3 мм в соотношении 1:2 и в общем количестве 18% от массы сверхвысокомолекулярного полиэтилена, причем сверхвысокомолекулярный полиэтилен является механоактивированным.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к полимерному материаловедению и может быть использовано в машиностроении для изготовления защитных футеровок ковшей экскаваторов, бункеров, кузовов самосвалов и других поверхностей, подверженных абразивному износу в режиме ударных нагрузок.

К большинству современных конструкционных материалов на основе полимерных матриц предъявляют комплекс требований: стойкость к удару, морозоустойчивость, износостойкость и другие физико-механические характеристики. В связи с этим при создании композитов необходимо подобрать компоненты, которые оказывают комплексное воздействие на полимерную матрицу, обеспечивая синергетический эффект.

Известна полимерная композиция, содержащая полиформальдегид, модифицированный сернокислым барием, тальком и нитридом бора, и сверхвысокомолекулярный полиэтилен (авторское свидетельство СССР 1670911, C08L 59/02).

Материал имеет высокие физико-механические свойства и эффективен при использовании в качестве конструкционного материала в машиностроении, в частности станкостроении при изготовлении деталей копировальных устройств отделочно-обточных станков.

Недостатком материала является высокое значение износа, низкая морозоустойчивость, высокая текучесть под нагрузкой и низкая стойкость к удару.

Известен материал «Тинолен» (ТУ 2211-001-98386801-2007) полиэтилен сверхвысокомолекулярный, который обладает высокой морозоустойчивостью. Из Тинолена изготавливают изделия технического назначения: листы, пластины, шестерни, высокопрочные нити, спортивные изделия - скользящие поверхности лыж, сноубордов, хоккейные площадки, медицинские изделия - детали протезирования и ортопедии. Недостатком материала является невысокая износостойкость.

Известен композит (патент RU 2087490 С1, МПК C08L 23/04, 20.08.1997), включающий, мас.%, 25,5-92,0 ультравысокомолекулярного линейного полиэтилена с высокой молекулярной массой и температурой плавления кристаллитов выше 143°С и наполнитель. При этом полиэтилен способен к понижению температуры плавления при повторном плавлении, по меньшей мере, на 3°С и имеет кристаллическую морфологию, проявляющуюся в бимодальном распределении параметра складывания молекулярных цепей в кристаллической решетке.

Использование: для получения пленок, протезов, цилиндрических стержней, листовых материалов, панелей.

Недостатком материала является низкая устойчивость к нагрузкам, невысокая стойкость к истиранию частицами повышенной твердости.

Наиболее близкими по технической сущности и фактическому применению к заявленному материалу являются композиционные материалы (патент RU 2381242 С2, МПК C08L 23/4, 15.04.2008) на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, содержащие 4 мас.% нанодисперсного модификатора, в качестве которого использован или карбосил, или оксид вольфрама WO3, или карбид кремния SiC, или оксид алюминия Аl 2О3, которые обладают морозоустойчивостью, высокой стойкостью к истиранию и воздействию алифатических углеводородов. Применяются для облицовки горно-обогатительного и горнодобывающего оборудования, износостойких изделий конструкционного назначения, работающих в режиме абразивного изнашивания в среде нефти, масел, смазок, топлива, кислот и щелочей.

Недостатком материалов является их недостаточное сопротивление удару и низкая ударная вязкость.

Материал из названного патента, содержащий порошок оксида алюминия (Аl2О3 ) с размером частиц не более 0,1 мкм, принят за прототип.

Технической задачей изобретения является повышение износостойкости, сопротивления удару, прочностных характеристик футеровочных пластин.

Поставленная задача решается тем, что сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) активируют в механоактиваторе АГО-2С, который позволяет при ускорениях шаров до 60 g развивать удельную мощность до 100 Вт/г, при этом, благодаря водяному охлаждению, температура в барабанах регулируется. В процессе активации молекулярное устройство СВМПЭ изменяется без разрыва внутримолекулярных связей. Благодаря высокой пластичности СВМПЭ величина удельных энергий при механической активации недостаточна для разрыва С-С связей, но достаточна для изменения укладки углеводородных цепей. Вследствие низкой термической стабильности СВМПЭ процесс реализован при температуре не выше 140°С.

Механоактивация СВМПЭ обеспечивает более эффективное межмолекулярное взаимодействие и, как следствие, повышение прочностных характеристик изделий, улучшение морозостойкости, сопротивления удару материала. В механоактивированный СВМПЭ вводится порошок - модификатор оксида алюминия (Аl2О3) модификации корунд двух фракций - размером 0,1 мм и размером 0,3 мм в соотношении 1:2, в общем количестве 18% от массы СВМПЭ. Крупные частицы порошка оксида алюминия (Аl2О3) модификации корунд обладают чрезвычайной твердостью; благодаря высокой дозировке они армируют активированную матрицу СВМПЭ, в результате чего значительно увеличивается сопротивления удару и износостойкость пластин для футеровки.

Смешение активированного СВМПЭ с порошком оксида алюминия (Аl2О3 ) производилось в дезинтеграторе серии «Основа» ДИ 0,12.

Пример получения заявленного материала для футеровочных пластин

Подготавливают навески ингредиентов композиционного материала по массе согласно рецепту. Навеску сверхвысокомолекулярного полиэтилена активируют в механоактиваторе АГО-2С в течение 10 мин при частоте вращения барабанов в переносном движении 1820 об/мин. Навеску порошка оксида алюминия (Аl 2О3) двух фракций в количестве 18% от массы СВМПЭ, совместно с предварительно механоактивированным СВМПЭ, загружают в приемный бункер дезинтегратор серии «Основа» ДИ 0,12 и перемешивают при 450 оборотах ротора в минуту. Такой способ смешения обеспечивает максимально равномерное распределение в СВМПЭ оксида алюминия (Аl2О3). Прессование лабораторных образцов проводили на вулканизационном прессе 250×250 мм при температуре 200°С в течение 12 минут при удельном давлении 70 кгс/см2.

Испытания проводили следующим образом:

- истираемость определяли по ГОСТ 426-77. Метод определения сопротивления истираемости при скольжении. Испытания проводили на приборе типа МИ-2 (шлифовальная шкурка № 16Н 14А СФЖ У1С ГОСТ 13344-79, количество оборотов диска - n=600, постоянный груз = 3,6 кг);

- прочность при разрыве, относительное удлинение при разрыве и предел текучести при растяжении определяли по ГОСТ 11262-80. Испытания проводили на машине итальянского производства TKFD/5;

- сопротивление удару определяли по ГОСТ 4647-80 на маятниковом копре.

Свойства композиционного материала приведены в таблице 1.

Таблица 1
Характеристика материала для футеровочных пластин по прототипу
Наименование показателя Прототип Заявляемый материал
Патент RU 2381242 С2, МПК C08L 23/4, 15.04.2008
Истираемость, мг 4512
Предел текучести при растяжении, МПа, менее20 21
Прочность при разрыве, МПа, не менее 3139
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее 428430
Сопротивление удару, кДж/м2, не менее 32,643,4

Как следует из приведенных данных, заявляемый материал для футеровок превосходит прототип по показателю истираемости, прочности при разрыве, сопротивлению удару, при этом показатели относительного удлинения и предела текучести, благодаря механоактивации СВМПЭ, находятся на уровне прототипа. Именно эти показатели определяют эксплуатационные свойства футеровочных пластин, применяемых в машиностроении для защиты поверхностей от абразивного износа, футеровки ковшей экскаваторов, бункеров, кузовов самосвалов и других поверхностей, подверженных абразивному износу в режиме ударных нагрузок.

Использование данного изобретения позволит существенно повысить сопротивление удару, повысить износостойкость футеровочных пластин, что приводит к увеличению ресурса их работы.

Класс C08L23/06 полиэтен

способ изготовления изделий из гранулированных полимерных материалов (варианты) -  патент 2527049 (27.08.2014)
напольное или настенное покрытие -  патент 2524310 (27.07.2014)
огнестойкая резиновая смесь -  патент 2522627 (20.07.2014)
полимерная композиция и способ получения пластмассовых бутылок в двухстадийном процессе инжекционно-раздувного формования -  патент 2520564 (27.06.2014)
ударопрочная композиция полиэтилена низкой плотности (lldpe) и изготовленные из нее пленки -  патент 2517166 (27.05.2014)
полимерная композиция, стойкая к воздействию ионизирующего излучения. -  патент 2515616 (20.05.2014)
полимерная композиция, стойкая к воздействию ионизирующего излучения. -  патент 2515558 (10.05.2014)
полимерная композиция, стойкая к воздействию ионизирующего излучения. -  патент 2515135 (10.05.2014)
способ изготовления резинополимерных изделий -  патент 2513855 (20.04.2014)
полиэтилен, имеющий повышенную скорость кристаллизации и улучшенное сопротивление растрескиванию под действием окружающей среды -  патент 2513703 (20.04.2014)

Класс C08K3/22 металлов

композиция на основе жидкого низкомолекулярного силоксанового каучука для покрытия огнестойкого защитного материала -  патент 2529227 (27.09.2014)
тонкодисперсная органическая суспензия металл/углеродного нанокомопозита и способ ее изготовления -  патент 2527218 (27.08.2014)
морозостойкая резиновая смесь -  патент 2522610 (20.07.2014)
технологическая добавка для термопластичных полиуретанов -  патент 2520441 (27.06.2014)
полимерная композиция -  патент 2519402 (10.06.2014)
способ получения термопластичной эластомерной композиции -  патент 2519401 (10.06.2014)
керамообразующая резиновая смесь (варианты) -  патент 2519379 (10.06.2014)
формованные абразивные частицы с низким коэффициентом округлости -  патент 2517526 (27.05.2014)
резиновая смесь на основе бутадиен-метилстирольного каучука -  патент 2516644 (20.05.2014)
красящее многофункциональное защитное покрытие -  патент 2514940 (10.05.2014)

Класс B82B1/00 Наноструктуры

многослойный нетканый материал с полиамидными нановолокнами -  патент 2529829 (27.09.2014)
материал заменителя костной ткани -  патент 2529802 (27.09.2014)
нанокомпозитный материал с сегнетоэлектрическими характеристиками -  патент 2529682 (27.09.2014)
катализатор циклизации нормальных углеводородов и способ его получения (варианты) -  патент 2529680 (27.09.2014)
способ определения направления перемещения движущихся объектов от взаимодействия поверхностно-активного вещества со слоем жидкости над дисперсным материалом -  патент 2529657 (27.09.2014)
способ формирования наноразмерных структур -  патент 2529458 (27.09.2014)
способ бесконтактного определения усиления локального электростатического поля и работы выхода в нано или микроструктурных эмиттерах -  патент 2529452 (27.09.2014)
способ изготовления стекловидной композиции -  патент 2529443 (27.09.2014)
комбинированный регенеративный теплообменник -  патент 2529285 (27.09.2014)
способ изготовления тонкопленочного органического покрытия -  патент 2529216 (27.09.2014)
Наверх