Результат интеллектуальной деятельности: МАТЕРИАЛ ДЛЯ ФУТЕРОВОЧНЫХ ПЛАСТИН

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 Аl₂О₃, 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 (Аl₂О₃) 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.

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.