СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Российский патент 1995 года по МПК C09J5/00 C09J167/07 

Изобретение относится к соединению металлических поверхностей анаэробными композициями, а именно к усовершенствованию способа соединения известными анаэробными композициями на основе (мет)акрилового мономера.

Широко применяются в промышленности анаэробные композиции Унигерм-6 (ТУ 6-01-1285-84), Унигерм-7 (ТУ 6-01-1312-85), Унигермы-8 и 9 (ТУ 6-01-1326-86), Анатерм-1у (ТУ 6-01-1308-85), Анатерм-117 (ТУ 6-01-2-1304-85), Анатерм-260 (ТУ 6-01-2-712-86), Анатермы-6к и 8к (ТУ 6-01-2-726-86), Анатерм-501 (ТУ 6-02-96-90) [1]
Способ соединения металлических поверхностей с применением вышеописанных композиций заключается в том, что по крайней мере на одну из поверхностей наносят анаэробную композицию и соединяемые поверхности совмещают.

Способ должен обеспечивать высокую водостойкость соединений, так как в узлах, имеющих контакт с рабочими жидкостями, они подвергаются воздействию нагретых жидкостей. Так, в системах охлаждения, где используется вода, температура может повышаться до 100^оС. Водостойкость оценивается по остаточной прочности после воздействия на имитаторы, соединенные анаэробной композицией, кипящей воды в течение 10 ч. Для надежной работы узлов в таких условиях остаточная прочность должна составлять не менее 50%
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ соединения металлических поверхностей путем нанесения по крайней мере на одну из поверхностей анаэробной композиции, содержащей (мет)акриловый мономер, инициирующую, стабилизирующую добавки, эпоксианилиновую смолу, бутадиеннитрильный каучук с концевыми карбоксильными группами [2]
Известный способ также не обеспечивает требуемой водостойкости соединений.

Технической задачей изобретения является расширение сферы применения способа за счет повышения водостойкости соединения.

Она достигается тем, что в способе соединения металлических поверхностей путем нанесения по крайней мере на одну из поверхностей анаэробной композиции, содержащей (мет)акриловый мономер, инициирующую и стабилизирующую системы, с последующим совмещением поверхностей соединение осуществляют в присутствии порошкообразного привитого сополимера 10-60 мас. винилхлорида на 40-90 мас. каучукового эластомера, содержащего 67-74 мас. звеньев бутадиена и 33-26 мас. звеньев стирола или 31-37 мас. звеньев пипирилена, 30-36 мас. звеньев бутадиена и 27-39 мас. звеньев стирола, взятого в количестве 3-50 мас.ч. на 100 мас.ч. анаэробной композиции.

Осуществлять соединение металлических поверхностей в присутствии порошкообразного привитого сополимера можно путем предварительного нанесения порошка по крайней мере на одну из соединяемых поверхностей с последующей пропиткой его анаэробной композицией и совмещением поверхности или путем введения порошкообразного сополимера в анаэробную композицию, нанесения этой композиции на одну из поверхностей и совмещением поверхностей.

Синтез привитого сополимера осуществляют следующим образом.

В реактор емкостью 200 л загружают 0,9-6,0 кг крошки каучукового эластомера, содержащего звенья, мас. 67-74 бутадиена и 33-26 стирола (ДСТ-30Р, ТУ 38, 40327-90) или 31-37 пиперилена, 30-36 бутадиена и 27-39 стирола (ПБСТ-Р, Рекламный листок. Термоэластопласт ПБСТ-Р, ЦНИИТЭНЕФТЕХИМ, 1988), 5-12 г инициатора (перекиси водорода или персульфата калия, аммония), 0,9-6 г ионола, 60 кг воды и 68-340 г защитного коллоида (метоцелла, поливинилового спирта или стиромаля). Реактор вакуумируют до 160 мм рт.ст. Затем в него дозируют 60 кг жидкого винилхлорида (ВХ). Нагревают реактор до 70^оС и проводят процесс в течение 2-10 ч. По окончании процесса реактор захолаживают до комнатной температуры и возвращают 58,8-59,4 кг ВХ в рецикл. Далее продукт полимеризации дегазируют при комнатной температуре в течение 1 ч. Порошок сушат в вакуумном шкафу при 50±5^оС. Получают продукт с размером частиц 20-100 мкм привитой сополимер 10-60 мас. винилхлорида на 40-90 мас. каучукового эластомера, содержащего звенья, мас. 67-74 бутадиена и 33-26 стирола или 31-37 пиперилена, 30-36 бутадиена и 27-39 стирола. Состав привитого сополимера определяют фракционированием в диметилформамиде и толуоле. Количество ВХ в привитом сополимере определяют по хлору по ГОСТ 14040-82. Средний размер частиц определяют на электронном микроскопе.

В качестве (мет)акриловых мономеров используют диметакрилаты (поли)этиленгликолей диметакрилат этиленгликоля (ДМЭГ, ТУ 6-01-543-78), диметакрилат триэтиленгликоля (ТГМ-3, СТП2-9-88), диметакрилат тетраэтиленгликоля (ТГМ-4, СТП2-9-88) и их смеси с монометакрилатами октилметакрилатом (ОМАК, СТП 2-15-79), метакрилатом этиленгликоля (МЭГ, ТУ 6-01-1240-80), метоксиэтиленгликольметакрилатом (МДЭМ, СТП2-17-79).

Инициирующая система обеспечивает отверждение анаэробной герметизирующей композиции при попадании в зазор между металлическими поверхностями при нарушении контакта с кислородом воздуха.

В состав системы входят гидропероксидный инициатор гидропероксид кумила (ГПК, ТУ 6-01-579-79), гидропероксид-трет-бутила (ГПТБ, ТУ 6-01-463-76), сульфимидный ускоритель-о-бензосульфимид (ОБСИ, ТУ 64-6-126-79), ди-бензосульфимид (ДБСИ, 6-09-10-923-73), аминный ускоритель диметиланилин (ДМА, ГОСТ 5655-79), диметил-n-толуидин (ДМПТ, ТУ 6-09-2497-77), диметил-n-анизидин (ДМАН, ТУ 6-09-1757-72).

Стабилизирующая система обеспечивает жизнеспособность анаэробной композиции и предохраняет ее от преждевременной полимеризации при хранении.

В состав стабилизирующей системы входят 2,2,6,6-тетраметил-4-оксопиперидин-1-оксил (ТМОП, ТУ 6-06-32-304-79), гидрохинон (ГХ, ГОСТ 19637-74), бензохинон (БХ, ТУ 6-09-159-70), щавелевая кислота (ЩК, ГОСТ 22180-76), 4,4-бис(диметиламино) трифенилметаноксолат (МЗ-малахитовый зеленый, ТУ 6-09-1551-77), динатриевая соль этилендиамин-N,N,N',N'-тетрауксусной кислоты (трилон Б, ГОСТ 10652-73).

В состав анаэробной герметизирующей композиции могут также входить
загустители для повышения вязкости композиций,
пластификаторы для варьирования прочностными показателями,
красители для придания цветности композиции в видимой части спектра,
тиксотропные агенты для придания композиции тиксотропных свойств.

Анаэробную композицию готовят путем смешения составляющих ее компонентов при комнатной температуре до полного растворения.

Соединение металлических поверхностей проводят следующим образом.

При моделировании соединения плоских поверхностей используют имитаторы типа грибок по ГОСТ 14760-69. При моделировании соединения резьбовых деталей используют резьбовые пары болт-гайки М10х1,5. В одном случае на поверхность наносят порошок привитого сополимера, пропитывают его анаэробной композицией и поверхности совмещают, в случае резьбового соединения вкручивают болт в гайку. В другом случае порошок привитого сополимера предварительно смешивают с анаэробной композицией, полученный состав наносят на поверхность и поверхности совмещают, в случае резьбового соединения вкручивают болт в гайку. Отверждение проводят при комнатной температуре. Затем часть имитаторов подвергают следующим испытаниям:
на имитаторах типа "грибки" определяют исходный предел прочности при равномерном отрыве через 24 ч (σ_отр^I) по ГОСТ 14760-69;
на резьбовых парах болт-гайка определяют исходный момент сопротивления отвинчиванию гайки относительно болта через 24 ч (M_p^I) с помощью динамометрического ключа с ценой деления 0,1 Н.м при повороте гайки на 90^о, 180^о, 270^о и 360^о. Величины σ_отр^I и M_p^I определяют как среднее значение, полученное при испытании не менее 5 имитаторов.

Оставшиеся имитаторы помещают в кипящую воду (100^оС) и выдерживают там в течение 10 ч, после чего подвергают следующим испытаниям:
на грибках определяют остаточный предел прочности при равномерном отрыве ( σ_отр²) по ГОСТ 14760-69;
на резьбовых парах определяют остаточный момент сопротивления отвинчиванию (M_p²).

П р и м е р 1. Анаэробную композицию, содержащую 60 г (60 мас.) ТРМ-3, 32,7 г (32,7 мас.) МДЭМ, 3,0 г (3,0 мас.) ГПК, 1,0 г (1,0 мас.) ДМПТ, 1,2 г (1,2 мас.) ОБСИ, 0,05 г (0,05 мас.) ЩК, 0,05 г (0,05 мас.), ТМОП, 2,0 г (2,0 мас. ) поверхностно-активного вещества 1-моноалкилфенилового эфира полиэтиленгликоля (ОП-7) и 50 г (50 мас.ч. на 100 мас.ч. композиции) привитого сополимера 10 мас. ВХ на 90 мас. ПБСТ-Р (ВХ-9ОПБСТ-Р), наносят на плоские имитаторы по ГОСТ 147600-69 и резьбовые пары болт-гайки М10х1,5. Затем плоские поверхности совмещают, а резьбовые пары собирают, отверждение проводят при комнатной температуре в течение 24 ч и имитаторы подвергают вышеописанным испытаниям. Результаты испытаний приведены в таблице.

П р и м е р 2. Анаэробную композицию, содержащую 57,98 г ТГМ-4, 10 г МЭГ, 5 г ГПТБ, 0,8 г ДБСИ, 0,7 г ДМА, 20 г пластификатора диоктилфталата (ДОФ), 0,01 г МЗ, 0,005 г БХ, 0,001 г трилона Б, 0,5 г хлористого натрия (NaCl), 5 г наполнителя аэросил (А-300) и 3 г привитого сополимера 60 мас. ВХ на 40 мас. ПБСТ-Р (ВХ-4ОПБСТ-Р),наносят на имитаторы по ГОСТ 14760-69 и резьбовые пары М10х1,5. Имитаторы соединяют. Отверждение и испытания проводят по примеру 1. Результаты испытаний приведены в таблице.

П р и м е р 3. На поверхность имитаторов наносят привитой сополимер 50 мас. ВХ на 50 мас. ПБСТ-Р (ВХ-5ОПБСТ-Р) из расчета 0,075 г на 1 образец по ГОСТ 14760-69 и 0,0015 г на 1 резьбовую пару (30 мас.ч. сополимера на 100 мас.ч. композиции).

Затем на имитаторы наносят анаэробную композицию, содержащую 55,99 ДМЭГ, 30 г ОМАК, 1 г ГПК, 1,5 г ОБСИ, 1,2 г ДМАН, 0,1 г ГХ, 0,001 г ТМОП, 0,2 г ЩК, 10 г наполнителя аэросил (А-300), 0,01 г красителя. Имитаторы собирают, отверждение и испытания проводят по примеру 1.

Результаты испытаний приведены в таблице.

П р и м е р ы 4-6. В известные промышленно освоенные анаэробные композиции Анатерм-8К, Анатерм-501, Унигерм-9 добавляют привитые сополимеры 30 мас. ВХ на 70 мас. ДСТ-30Р (ВХ-70 ДСТ-30Р), 20 мас. ВХ на 80 мас. ДСТ-30Р (ВХ-80ДСТ-30Р) и 60 мас. ВХ на 40 мас. ДСТ-30Р (ВХ-40 ДСТ-30р) в количестве, соответствующем предлагаемому изобретению (таблица). Составы тщательно перемешивают и наносят на поверхность имитаторов. Имитаторы собирают. Отверждение и испытания проводят по примеру 1. Результаты испытаний приведены в таблице.

П р и м е р ы 7-9 (известные). Металлические поверхности (плоские и резьбовые) соединяют с помощью промышленно освоенных анаэробных композиций Анатерм-8К, Анатерм-501, Унигерм-9. Отверждение и испытания проводят по примеру 1. Результаты испытаний приведены в таблице.

П р и м е р 10 (известный). Металлические поверхности соединяют с помощью композиции, содержащей, мас. МГФ-1 44, каучук СКН-10 КТР 9,8; эпоксианилиновая смола 42; перекись 4,2.

Результаты испытаний представлены в таблице.

П р и м е р 11 (по изобретению). Используют композицию по примеру 10 с добавлением 25 мас.ч. привитого сополимера ВХ-40 ПБСТ-Р.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Как видно из таблицы (примеры 1-6 и 11) при соединении металлических поверхностей по способу по изобретению путем введения в зазор совместного с анаэробной композицией привитого сополимера повышается работоспособность анаэробных композиций при контакте с водой. Так, при испытании имитаторов в кипящей воде при 100^оС в течение 10 ч сохраняется функциональная прочность (не менее 50% от исходной). Это расширяет сферу применения известных композиций.

При соединении металлических поверхностей известными способами (пример 7-10) надежная водостойкость соединения не достигается.

Использование: в соединении металлических поверхностей анаэробными композициями. Сущность изобретения: способ соединения металлических поверхностей заключается в нанесении по крайней мере на одну из поверхностей анаэробной композиции, содержащей (мет)акриловый мономер, инициирующую и стабилизирующую системы, с последующим соединением поверхностей, причем соединение осуществляют в присутствии порошкообразного привитого сополимера 10 60 мас. винилхлорида на 40 90 мас. каучукового эластомера, содержащего 67 74 мас. звеньев бутадиена и 26 33 мас. звеньев стирола или 31 37 мас. звеньев пиперилена, 30 36 мас. звеньев бутадиена и 27 39 мас. звеньев стирола, взятого в количестве 30 50 мас.ч. анаэробной композиции. Способ обеспечивает повышенную водостойкость соединений. При испытании имитаторов в кипящей воде при 100°С в течение 10 ч сохраняется функциональная прочность (не менее 50% от исходной). 1 табл.

СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ путем нанесения по крайней мере на одну из поверхностей анаэробной композиции, содержащей (мет)акриловый мономер, инициирующую и стабилизирующую системы с последующим совмещением поверхностей, отличающийся тем, что соединение осуществляют в присутствии порошкообразного привитого сополимера 10-60 мас. винилхлорида на 40-90 мас. каучукового эластомера, содержащего 67-74 мас. звеньев бутадиена и 26-33 мас. звеньев стирола или 31-37 мас. звеньев пиперилена, 30-36 мас. звеньев бутадиена и 27-39 мас. звеньев стирола, взятого в количестве 3-50 мас.ч. на 100 мас.ч. анаэробной композиции.