ДВУХФАЗНЫЙ РАСТВОР СОПОЛИМЕРА МЕТИЛМЕТАКРИЛАТА С МЕТАКРИЛОВОЙ КИСЛОТОЙ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Российский патент 1998 года по МПК C09G1/16 

Изобретение относится к технологии машиностроения, оптического приборостроения и может быть использовано для предварительного механического полирования твердых поверхностей различного назначения, изготавливаемых из алюминиевых и медных сплавов, меди, карбида кремния, и т.д.

В настоящее время, в основном, для предварительной механической полировки твердых поверхностей используются алмазные пасты на основе масел или водные абразивные суспензии на основе однофазных растворов полимеров.

Известна паста алмазная HOM (нормальная органическая масляная) ГОСТ 25293-83. Такие алмазные пасты имеют существенный недостаток. Они не могут быть использованы для предварительной полировки твердых поверхностей на смоляных притирах из-за размягчения смолы за счет ее химического растворения в процессе обработки.

Известна алмазно-абразивная суспензия, содержащая алмазный порошок и однофазовый раствор полимера (А.С. N 1199780, C 09 G 1/02, 1985, СССР).

Такой алмазно-абразивной суспензией можно проводить предварительное полирование алюминиевых сплавов на смоляных притирах, но проконтролировать точность формообразования поверхности затруднительно из-за невозможности получения высокоотражающей поверхности, так как введение однофазового раствора полимера в суспензию в качестве стабилизатора не может препятствовать окислению и шаржированию.

"Шаржирование" - это прилипание и внедрение абразивных частиц в поверхность металла за счет адгезионных сил взаимодействия. В результате чего поверхность металла покрывается "вуалью", снижается отражательная способность поверхности, а также производительность обработки (h). Процессы "шаржирования" широко освещены в литературе (Заикин Ю.В. и др. Оптико-механическая промышленность, 1989, N 9, с. 37-39. Тищенко А.А. и др. Оптико-механическая промышленность, 1985 N 12 с. 39).

Известно, что любые высокомолекулярные соединения, способные к образованию двухфазных растворов (коацерватные системы) используют в качестве пленкообразователей. (В. Д. Солодовник. Микрокапсулирование. - М.: Химия. 1980 с. 49-54, 191).

Из вышесказанного видно, что перед исследователями стала задача найти такую систему, которая после обработки поверхностей фрезерным точением позволит обеспечить надежное качество поверхности и точность ее формообразования за счет получения высокоотражающей поверхности.

Поэтому были предложены двухфазные растворы сополимера метилметакрилата с метакриловой кислотой в качестве средства для обработки металлических поверхностей, обеспечивающего одновременно ингибирование окисления и сорбцию продуктов износа на коацерватной фазе раствора, в отличие от известного его свойства пленкообразователя.

Для достижения надежного качества поверхности и точности ее формообразования на смоляных притирах при изготовлении изделий механической обработкой после фрезерного точения двухфазные растворы сополимера обеспечивают высокий съем материала, удаление продуктов износа из зоны трения за счет сорбции и ингибирования их на коацерватной фазе раствора сополимера и, как следствие этого, отсутствие "шаржирования" и окисления на поверхности.

Таким образом, двухфазные растворы сополимеров проявили свойства нового назначения как сорбента, ингибитора окисления при механической обработке твердых поверхностей.

Задачей изобретения является улучшение контроля формообразования поверхности, увеличение производительности и цикла обработки, повышение качества поверхности.

Задача достигается тем, что в качестве ингибитора и сорбента продуктов износа используют 1,0%-ный двухфазный раствор сополимера метилметакрилата с 73-80 мас.% метакриловой кислоты (мк) и 27-20% метилметакрилата (ммк) с молекулярной массой 800000.

Двухфазные растворы сополимеров - это смесь двух растворов одного и того же полимера, отличающихся его концентрацией и взаимной растворимостью. Один из этих растворов (более концентрированный) обычно образует мелкие коацерватные капли, а второй является несущей средой с малой (доли процента) концентрацией полимера. Образование таких растворов - это одна из форм проявления ограниченной растворимости полимера в растворителе. Для их получения обычно меняют состав растворителя, изменяя его растворяющую способность по отношению к полимеру, добавляя, например, соль, щелочь, кислоту, изменяя температуру и т.д.

Способ получения.

1%-й двухфазный раствор сополимера метилметакрилата с 73-80 мас.% метакриловой кислоты(мк) и 27-20% метилметакрилата (ммк) с молекулярной массой 800000 получают следующим образом:
3%-ный однофазный раствор ммк/мк, полученный по ТУ-6-01-1070-81, разбавляют в три раза дистиллированной водой в стеклянном реакторе при температуре 40^oC при постоянном перемешивании в течение не менее двух часов до появления коацерватных капель. Далее 1,0%-ный двухфазный раствор выдерживается при комнатной температуре ≈ 10 дней для достижения адсорбционного равновесия между несущей средой и коацерватной фазой.

Состав двух фаз:
несущая среда содержит 0,1% сополимера,
коацерватные капли содержат 0,9% сополимера.

Для обработки двухфазными растворами были использованы экспериментальные кольцевые образцы диаметром 60 мм с отступлением от плоскости (сферы) 0,001-0,002 мм с шероховатостью фрезерованной поверхности по параметру R_a = 2,5 мкм (▿6) ГОСТ 2789-79.

Режим обработки кольца.

Частота вращения шпинделя -20 об/мин;
частота двойных ходов паводка - 90 дв. ход/мин.;
длина штриха - 20 мм;
удельное давление - 5 кг/пов.

Предварительную полировку проводят на полировочно-доводочном станке 4ПД-200. Контроль съема металла h (производительность обработки) производят путем измерения изменения толщины образца с применением оптикатора 01П на базе стойки C 1 с ценой деления 0,0001 мм при температуре в помещении 22^oC + 0,5^oC. Контроль формы осуществляют интерферометрическим методом. Качество обработанной поверхности оценивают по коэффициенту диффузного отражения ρ_д и шероховатости R_q, которые измеряют интерферометрическим или рефлектометрическим методами. Дефектность полированной поверхности (наличие шаржирования и окисления) оценивают визуально с применением микроскопа НЕОФИТ-21 и МИП-4.

В качестве смоляного притира используют пеноканифольную смолу ПК-9, кольца из алюминиевого сплава Амг-6.

Нижеследующие примеры иллюстрируют данное изобретение:
Пример 1.

Получаем 1%-ную водную алмазную суспензию и испытываем для оценки абразивной способности в течение 5, 10, 40 минут и с разной зернистостью алмаза (табл. 1 пп. 1-3).

Пример 2.

Полученный 1,0%-ный двухфазный раствор сополимера метилметакрилата с 73-80 мас.% метакриловой кислоты (мк) и 27-20% метилметакрилата (ммк) с молекулярной массой 800000 испытываем для оценки абразивной способности в течение 5, 10, 40 минут (табл. 1 пп. 4-5).

Пример 3.

Берем 1%-ный двухфазный раствор сополимера ммк/мк и смешиванием с алмазом ACM зернистостью 7/5 мкм. Полученную систему испытывают для оценки абразивной способности и качества поверхности (табл. 1 пп. 6-9).

В табл. 1 приведены сравнительные данные по абразивной способности водных алмазных суспензий, предлагаемого сополимера без и в присутствии дисперсного материала.

Были использованы абразивные материалы с разной зернистостью. Результаты экспериментов приведены в табл. 2.

В табл. 3 приведены сравнительные данные по составу и свойствам однофазных и двухфазных растворов сополимеров.

В табл. 4 даны сравнительные данные по использованию суспензии на основе известных однофазных растворов и предлагаемого двухфазного раствора сополимеров для обработки металлических поверхностей.

Как видно, из табл. 1, 4 только двухфазным раствором ммк/мк свойственно поддерживать постоянство производительности (h) на уровне 0,5-0,8 ммк/ч при удлинении цикла до 40 минут,
а при введении абразивного материала значительно увеличивать производительность: в 8 раз по сравнению с алмазными суспензиями (табл. 1 пп. 1-3) и в два раза по сравнению с известными (табл. 4 пп. 1, 3). Увеличение (h) приводит к появлению избыточного количества продуктов износа в зоне обработки. Емкость двухфазной системы настолько велика, что избыток продуктов износа не ухудшает качества поверхности. Стабильный процесс обработки с получением качественной поверхности может обеспечиваться только за счет коацерватности двухфазного раствора ммк/мк при одновременном ингибировании окисления и сорбции продуктов износа на коацерватной фазе раствора.

Известные системы и водные алмазные суспензии не обладают указанными свойствами. Для таких систем присущ короткий цикл обработки, снижение (h) даже при наличии абразивного материала. Падение (h) происходит за счет покрытия поверхности металла продуктами износа и окисления.

При обработке малых и, особенно, крупногабаритных изделий ⊘ > 820 мм сферической или асферической форм короткий цикл обработки недопустим, минимальный цикл должен быть не менее 30 мин.

Из приведенных данных (табл. 1 пп. 1-3 и табл. 4 пп. 1-3) видно, что при коротком цикле полировки не более 5 минут сам абразивный материал выполняет функцию средства для обработки металлических поверхностей. При увеличении цикла обработка более 5 минут постоянство (h) предопределяется двухфазностью раствора сополимера ммк/мк (табл. 1 пп. 4-9, табл. 4 п. 4.).

Таким образом, сам двухфазный раствор сополимера, введен или не введен абразивный материал, выполняет функцию средства для обработки металлических поверхностей, обеспечивающего одновременно ингибирование окисления и сорбцию продуктов износа.

Средство для предварительного полирования металлической поверхности на смоляных притирах представляет собой 1,0 %-ный двухфазный коацерватный раствор сополимера из 73-80 мас.% метакриловой кислоты с 20 - 27 мас.% метилметакрилата с молекулярной массой 800000. Благодаря применению двухфазовых растворов сополимера в качестве ингибитора коррозии и сорбента продуктов износа достигается надежное обеспечение качества поверхности и точности ее формообразования за счет получения высокоотражающей поверхности. 3 табл.

Средство для предварительного полирования металлической поверхности на смоляных притирах, обеспечивающее одновременно ингибирование окисления и сорбцию продуктов износа, представляющее собой 1,0%-ный двухфазный коацерватный раствор сополимера из 73 - 80 мас.% метакриловой кислоты с 20 - 27 мас. % метилметакрилата с молекулярной массой 800000.