Результат интеллектуальной деятельности: Композиция для покрытия металлических изделий

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области машиностроения и ремонта техники, в частности, к нанесению полимерных покрытий на посадочные места подшипников в металлических деталях машин.

Уровень техники

Известна композиция на основе лака Ф-40 [1], включающая в себя в качестве наполнителей наноразмерные частицы алюминиевого и медного порошков при следующем соотношении ингредиентов (в % по массе):

- лак Ф-40-96…97;

- алюминиевый нанопорошок - 1,8…2;

- медный нанопорошок - 1,5…1,7.

Покрытия из данной композиции позволяют компенсировать износ посадочных мест подшипников в деталях машин и предотвратить появление фреттинг-коррозии - основной причины изнашивания посадочных мест. Помимо ремонта, покрытия из данной композиции можно наносить на посадочные места подшипников в металлических деталях при производстве машин.

Недостатками данной композиции являются относительно низкие деформационно-прочностные свойства материала - удельная работа разрушения составляет 13,0 МДж/м³. Удельная работа разрушения характеризует стойкость материала к циклическим нагрузкам. Чем она больше, тем выше долговечность полимерных покрытий и надежность узлов машины в целом [2].

Раскрытие изобретения

Заявлена композиция для покрытия металлических изделий в узлах машин, включающая лак Ф-40, отличающаяся тем, что она содержит в качестве наполнителей углеродные нанотрубки (УНТ) марки «Таунит-М» при следующем соотношении ингредиентов (в % по массе):

- лак Ф-40 - 99,9…99,95;

- углеродные нанотрубки (УНТ) марки «Таунит-М» - 0,05…0,1.

Лак Ф-40 (ТУ 6-06-246-92) представляет собой раствор композиции каучука и модифицированной фенольной смолы в органическом растворителе. Лак Ф-40 - прозрачная жидкость коричневого цвета без механических включений, характеризующаяся по следующим показателям [3]:

- массовая доля сухого остатка - 20%;

- прочность связи со сталью при сдвиге при 20°С не менее - 5,0 МПа. Состав лака Ф-40:

1) смола ФКУ (феноло-формальдегидная смола на основе замещенного фенола винилацетиленовой структуры) - 8 масс. %;

2) каучук синтетический бутадиен-нитрильный марки СКН-40С - 12 масс. %;

3) ацетон технический, ГОСТ 2768-84 - 80 масс. %.

Углеродные нанотрубки (УНТ) серии «Таунит» представляют собой квазиодномерные, наномасштабные, нитевидные образования поликристаллического графита преимущественно цилиндрической формы с внутренним каналом [4].

В таблице 1 приведены технические характеристики материала.

Существенным отличительным признаком от прототипа является то, что композиция содержит в качестве наполнителей углеродные нанотрубки «Таунит-М».

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

Установлено, что удельная работа разрушения пленок, выполненных заявляемой композицией составляет 26,51 МДж/м² (фиг. 1). Это в 2,04 раза больше, чем удельная работа разрушения пленок, выполненных прототипом (13,0 МДж/м³). Реализация отличительных существенных признаков от прототипа, а именно, введение в лак Ф-40 углеродных нанотрубок «Таунит-М», позволяет получить технический результат, который выражается в многократном повышении деформационно-прочностных свойств, а именно удельной работы разрушения, пленок, выполненных заявляемой композицией.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1. Удельная работа разрушения пленок а при одноосном растяжении, выполненных прототипом (1) и заявляемой композицией (2).

Осуществление изобретения

Заявлена композиция для покрытия металлических изделий в узлах машин, включающая лак Ф-40, отличающаяся тем, что она содержит в качестве наполнителей углеродные нанотрубки (УНТ) марки «Таунит-М» при следующем соотношении ингредиентов (в % по массе):

- лак Ф-40 - 99,9…99,95;

- углеродные нанотрубки (УНТ) марки «Таунит-М» - 0,05…0,1.

Лак Ф-40 (ТУ 6-06-246-92) поставляется в виде раствора в пластиковых емкостях различного объема. Разработчик - ОАО «Институт пластмасс» (г. Москва).

УНТ «Таунит-М» производит ООО «НаноТехЦентр» (г. Тамбов). Материал имеется в широкой продаже.

Ингредиенты взвешивали на аналитических весах марки ВЛА-200М. Первоначально в стеклянную емкость заливали отобранный лак Ф-40, затем добавляли наполнитель (углеродные нанотрубки «Таунит-М» или нанопорошки алюминия и меди), после чего композицию тщательно перемешивали. Композицию использовали в течение 10 мин.

Образцы представляли собой пленки прямоугольной формы 60×15×0,21 мм. Расчетная длина образца составляла 40 мм. В качестве подложки при изготовлении пленок использовали пластину 200×160×4 мм из фторопласта-4. Прямоугольную форму и геометрические размеры пленки обеспечивали при помощи рамки-трафарета 180×140×0,8 мм из стали 3 с тремя окнами для пленок. Внутренние размеры окон - 70×20 мм. Рамку накладывали на фторопластовую пластину и заполняли ее, нанося послойно композицию волосяной кистью №5. После заполнения рамки, поверхность покрытия формовали фторопластовой пластиной, с целью обеспечения равномерной толщины полимерной пленки. После отверждения образцы кондиционировали в течение 16 ч. при стандартной атмосфере 23°С [5]. Предельные отклонения размеров образцов не превышали по длине и ширине ± 0,1 мм. Отверждение пленок проводили в сушильном шкафу СНОЛ-3.5,3.5,3.5/3 в течение 2,5 ч при температуре 140°С.

Деформационно-прочностные свойства пленок композиции-прототипа и заявляемой композиции оценивали удельной работой разрушения при одноосном растяжении пленок. Испытания образцов осуществляли на разрывной машине ИР 5047-50 с одновременной записью диаграммы «нагрузка-деформация». Скорость нагружения при испытаниях была постоянной и составляла 5 мм/мин. По полученной диаграмме «нагрузка-деформация» рассчитывали удельную работу разрушения.

Библиографические данные

1. Ли, Р.И. Композиция для покрытия металлических изделий [Текст]: Патент на изобретение РФ №2569547. Заявл. 22.10.2014 / Ли Р.И., Мироненко А.В. // Опубл. 25.11.2015. - Бюл. №33.

2. Курчаткин В.В. Восстановление посадок подшипников качения сельскохозяйственной техники полимерными материалами. - Дис … док. техн. наук. - М., 1989, - 407 с.

3. https://institut-plastmass.tiu.ru/p32507115-fenolnye-smoly-laki.html

4. http://www.nanotc.ru/producrions/87-cnm-taunit

5. ГОСТ 12423-66. Пластмассы. Условия кондиционирования и испытания образцов (проб) [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1989. - 6 с.