Результат интеллектуальной деятельности: СОСТАВ ДЛЯ ПОКРЫТИЯ ПО МЕТАЛЛУ

Изобретение относится к области полимерных композиций на эпоксидной основе. Состав рекомендуется для защиты внутренней поверхности топливных баков-кессонов летательных аппаратов, изготовленных из алюминиевых сплавов, от коррозии при длительной эксплуатации в среде топлива.

Состав может также применяться для защиты внутренней и внешней поверхности фюзеляжа самолета, пассажирских вагонов и других агрегатов в системе с эпоксидными, акриловыми, полиуретановыми и другими эмалями. Указанный состав может также использоваться для защиты конструкций из магниевых сплавов и стали.

Одним из сложнейших вопросов, стоящих перед современным материаловедением, является обеспечение надежной противокоррозионной защиты внутренней поверхности топливных кессон-баков из алюминиевых сплавов с анодно-окисным покрытием и стальных деталей крепежа. Кессон-баки заполняются топливом в течение всего срока эксплуатации самолета (до 20-25 лет). При этом покрытие подвергается длительному воздействию топлива, воды (конденсат) при температурах эксплуатации от -60°С до 100-150°С. Поэтому такие покрытия должны быть устойчивы к топливу, воде, обладать высокими адгезионными и физико-механическими свойствами, высокими защитными свойствами (на весь срок эксплуатации самолета), грибостойкостью (устойчивостью к воздействию микроорганизмов) и не ухудшать своих свойств после воздействия эксплуатационных факторов.

Известна полимерная композиция - грунтовка ЭП-076, включающая эпоксидную диановую смолу Э-41, отвердитель - полиамидную смолу ПО-200, пигменты и наполнители (стронций хромовокислый, двуокись титана, тальк) и растворители (ТУ 6-10-755-84).

Существенным недостатком этой грунтовки является низкая водо- и топливостойкость.

Известна полимерная композиция, включающая эпоксидную смолу, карбоксилмодифицированный бутадиенакрилонитрильный каучук (при молярном соотношении акрилонитрила и бутадиена 5:95...45:45) и отвердитель (продукт взаимодействия ароматического или алифатического диамина с тетракарбоновым ангидридом), применяемый в дисперсной системе с жидкой средой из кетона (патент Японии №2848612).

Недостатком указанной композиции является невысокая адгезия к анодированным алюминиевым сплавам и стали в среде топлива.

Известна полимерная композиция для антикоррозионного покрытия, включающая раствор эпоксидной смолы Э-41 в ксилоле или ацетоне; в качестве отвердителя - производное кремнийорганических аминов АСОТ-2; в качестве наполнителя - мелкочешуйчатый α-оксид железа (спекулярит) и тиокол (патент РФ №2174136).

Однако это покрытие имеет недостаточно высокую адгезию к алюминиевым сплавам, а следовательно, невысокую топливо- и водостойкость при длительной эксплуатации в агрессивных средах.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения, принятым за прототип, является композиция грунтовки для антикоррозионного покрытия для изделий из алюминиевых сплавов и стали следующего состава, мас.ч:

Однако эта грунтовка обладает недостаточно высокой топливо- и водостойкостью при длительной эксплуатации в жидких средах при повышенной температуре, низкой грибостойкостью и не сочетается с топливостойкими герметиками.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание состава покрытия по металлу, обладающего высокими адгезионными, физико-механическими и защитными свойствами, высокой топливо- и водостойкостью, устойчивостью к воздействию микроорганизмов при длительной эксплуатации в жидких агрессивных средах при температурах от -60°С до 100-150°С, сочетаемостью с топливостойкими герметиками.

Для решения поставленной технической задачи предложен состав для покрытия по металлу, включающий полимерное связующее, модификатор, отвердитель - кремнийорганический амин, минеральный наполнитель, ингибирующие пигменты и органический растворитель, отличающийся тем, что в качестве полимерного связующего он содержит эпоксидную диановую или эпоксикремнийорганическую смолу, в качестве модификатора - полисульфидный или бутадиенакрилонитрильный карбоксилатный каучук, а в качестве ингибирующих пигментов - хромат стронция, хромат бария, фосфат хрома или их смеси при следующем соотношении компонентов, мас.ч:

В качестве отвердителя состав содержит γ-аминопропилтриэтоксисилан, 1 - аминогексаметилен-6-аминометилентриэтоксисилан или продукт конденсации γ-аминопро-пилтриэтоксисилана.

В качестве минерального наполнителя состав содержит сульфат бария, аэросил, тальк, двуокись титана или их смеси.

В качестве органического растворителя состав содержит ксилол, ацетон, бутилацетат, этилцеллозольв или их смеси.

В качестве полимерного связующего в предлагаемом изобретении могут быть использованы диановые эпоксидные смолы с молекулярной массой от 450 до 1600 и массовой долей эпоксидных групп от 6,0% до 23,5%, например ЭД-20, Э-41, Э-44 по ГОСТ 10587-84, ОСТ 6-10-416-77, ТУ 6-10-607-78, ТУ 6-10-1347-75 или эпоксикремнийорганические смолы (продукты модификации эпоксидных диановых смол кремнийорганическими соединениями) с массовой долей эпоксидных групп 12-15% и содержанием кремния 4-5%, например СЭДМ-1, СЭДМ-2 по ОСТ 6-05-448-95.

В качестве минерального наполнителя могут быть использованы двуокись титана (рутил) по ГОСТ 9808-84, тальк по ГОСТ 19284-79, сульфат бария (микробарит) по ГОСТ 3158-75, аэросил по ГОСТ 14922-77, улучшающие технологические свойства, или их смеси.

Применяемые в качестве модификатора бутадиенакрилонитрильные карбоксилатные каучуки с молекулярной массой от 20000 до 30000 по ТУ 6-00-05807983-160-95 или полисульфидные каучуки с вязкостью от 150 до 300 П по ГОСТ 12812-72 благодаря наличию реакционноспособных карбоксилатных или сульфгидрильных групп, при определенных условиях вступают в химическое взаимодействие с полимерным связующим, осуществляя флексибилизирование покрытия. Кроме того, наличие функциональных групп модификаторов способствует повышению адгезионной прочности. Кремнийорганические амины -γ-аминопропилтриэтоксисилан по ТУ 6-02-724-77, 1-аминогексаметилен-6-аминометилентриэтоксисилан по ТУ 6-02-586-86 или продукт конденсации γ-аминопропилтриэтоксисилана по ТУ 6-02-1250-83, применяемые в качестве отвердителя в предлагаемом составе, взаимодействуют с полимерным связующим, а также оказывают каталитическое действие на процесс взаимодействия эпоксидных групп полимерного связующего с карбоксилатными или сульфгидрильными группами модификатора (как первичные амины). Указанный отвердитель выполняет роль "усилителя" адгезии, поскольку при данном соотношении с полимерным связующим и модификатором осуществляется химическая связь между покрытием и подложкой за счет взаимодействия этоксигрупп при атоме кремния с гидратированной оксидной поверхностью металлов.

Введение в состав для покрытия выщелачивающих хроматов (ингибирующих пигментов) существенно повышает защитные свойства предлагаемого состава. При воздействии коррозионной среды хроматы, обладая незначительной растворимостью в воде, создают искусственные условия для пассивации металла, смещая электродный потенциал в положительную сторону, и тормозят электрохимические процессы коррозии металла. Применяя хроматы стронция по ТУ 48-4-239-82 и бария по ТУ 6-09-5286-86, фосфат хрома по ТУ 6-18-87-85 или их смеси, можно регулировать скорость выщелачивания в начальной и конечной стадии.

Предлагаемый состав обладает длительной высокой стойкостью к действию реактивных топлив и воды при температурах от -60°С до 100-150°С, сохраняя высокий уровень защитных, физико-механических свойств, водо-топливостойкость при повышенных температурах. Указанный состав имеет хорошую совместимость с топливостойкими герметиками и высокую стойкость к действию микроорганизмов.

Примеры осуществления изобретения приведены в таблице 1.

Технология приготовления состава (примеры 1-12) заключается в следующем: полимерное связующее растворяют в смеси растворителей. В полученный раствор добавляют модификатор, пигменты и наполнители и растирают до степени перетира 25-35 мкм (по "клину"). Перед применением в композицию вводят отвердитель, перемешивают и доводят до рабочей вязкости 13-16 с по вискозиметру ВЗ-246.

Изобретение не ограничивается приведенными примерами.

Из составов, приведенных в примерах (1-12), были получены покрытия толщиной 35-45 мкм на алюминиевом сплаве и стали. Определены: адгезионная прочность при отрыве; топливо- и водостойкость; грибостойкость; прочность к удару, эластичность при растяжении в исходном состоянии, а также после термостарения при температуре 200°С в течение 300 часов; защитные свойства на алюминиевом сплаве и стали; сочетаемость покрытий с полисульфидными герметиками. Сочетаемость покрытий с герметиками определялась методом отслаивания с сеткой.

Полученные результаты приведены в таблицах 2 и 3.

Как видно из данных таблиц 2 и 3, адгезионная прочность предлагаемого состава к алюминиевому сплаву и стали по сравнению с прототипом возросла в среднем на 80% как в исходном состоянии, так и после термостарения, эластичность увеличилась на 46%, набухаемость в топливе и воде снизилась в 2-3 раза, адгезия полисульфидного герметика к предлагаемому покрытию увеличилась в среднем в 3,5 раза.

Применение состава по изобретению обеспечивает при небольшой толщине (небольшом привесе покрытия) длительную защиту топливных кессон-баков, которые эксплуатируются в жидких агрессивных средах при перепаде температур от -60°С до 100-150°С.

Разработанный состав обеспечивает надежную защиту топливных баков на весь ресурс эксплуатации -20-25 лет.