КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ СКЛЕИВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2011 года по МПК C09J9/00 C09J133/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области машиностроения и ремонта техники, в частности к склеиванию металлических деталей в узлах машин.

Уровень техники

Известна композиция при следующем соотношении компонентов (в % по массе) [1]:

- анаэробный герметик АН-111 - 78,08,

наполнители:

- порошкообразный акриловый лак АК-506 - 21,7,

- наноразмерный порошок сплава железа с никелем - 0,22.

Прочность клеевых соединений, выполненных данной композицией,

составляет 28,2 МПа при толщине клеевого шва 0,1 мм (фиг.1), что на 22% выше прочности клеевых соединений анаэробного герметика АН-111 без наполнителей (23 МПа). К недостаткам композиции относятся:

1) повышенные требования к точности концентрации компонентов, что повышает трудоемкость приготовления композиции и, соответственно, ее цену;

2) относительно незначительное повышение прочности клеевых соединений (до 22%), выполненных композицией, по сравнению с прочностью клеевых соединений анаэробного герметика АН-111 без наполнителей;

3) время отверждения клеевых соединений, выполненных композицией, не отличается от времени отверждения клеевых соединений анаэробного герметика АН-111.

Раскрытие изобретения

Заявлена композиция при следующем соотношении ингредиентов (в % по массе):

- анаэробный герметик АН-111 - 78…89,

наполнители:

- микротальк Талькон Т-20 - 10…20,

- бронзовый порошок БПП - 1…2.

Анаэробные герметики представляют собой многокомпонентные жидкие составы, способные длительное время храниться без изменения свойств и быстро отверждаться при отсутствии взаимодействия с кислородом воздуха. Основой анаэробных герметиков являются полимеризационно-способные соединения акрилового ряда, чаще всего диметакриловые эфиры полиалкиленгликолей, для которых характерна высокая скорость превращения в трехмерно-сшитые полимеры. В состав анаэробных герметиков входят также ингибирующие и инициирующие системы, обеспечивающие длительное хранение герметиков и быстрое отверждение в изделиях, различные загустители, модификаторы, красители и другие добавки [2].

Отличие анаэробного герметика АН-111 от других марок анаэробных герметиков Анатерм заключается в том, что для повышения эластичности полимерных сеток анаэробных герметиков были синтезированы олигомерные каучуки с концевыми уретанакрилатными группами, которые представляют собой продукты взаимодействия гидроксилсодержащих полиэфиров и олигомерных каучуков с диизоцианатами и акрилатами [3]. В таблице 1 представлены показатели качества анаэробного герметика АН-111 [4].

Таблица 1 Показатели качества [4] № п/п Наименование показателя Значения 1 Кажущаяся вязкость по Брукфильду при температуре 25°С, А/2/10, МПа*с 2000-3000 2 Момент отвинчивания образцов из конструкционной стали, резьба M10*1,5, после выдержки при (23±2)°С в течение 1 часа и 3 часов, Н*м, не менее 20 3 Момент отвинчивания образцов из оцинкованной стали, резьба M10*1,5, после выдержки при (23±2)°С в течение 1 часа и 3 часов, Н*м, не менее 15 4 Предел прочности при аксиальном сдвиге через 24 часа при (23±2)°С, МПа, не менее 20

При изготовлении бронзовой пудры исходным сырьем служат марки бронз, близкие по составу к получаемой продукции или специально приготовленные сплавы. Получение пудры включает в себя фрезерование заготовок сплавов, размол крупки в шаровой мельнице, полировку частиц во вращающемся барабане. Форма частиц получаемых пудр - лепесткообразная. Состав пудр БПП, %: 72-92 Cu; до 1,2 Al; до 1,0 Fe, примесей не более 0,8, цинк - остальное [5].

Минерал тальк представляет собой гидратированный силикат магния следующей химической формулы 3MgO*4SiO₂*H₂O. Теоретически он содержит 31,7% MgO, 63,5% SiO₂ и 4,8% Н₂О. Состав реального минерала обычно отличается от теоретического и зависит от его месторождения. Он имеет триоктаэдральную трехслойную структуру. Монокристаллы талька состоят из трех слоев. Внутренний слой состоит из бруцита (гидроксида магния MgO*H₂O), а внешние слои - из кремнезема (SiO₂). Эти слои связаны между собой слабыми Ван-дер-ваальсовыми силами и легко смещаются относительно друг друга под действием сдвиговых напряжений. Тальк является химически инертным веществом, плохо вступающим в химические реакции. Для него характерна высокая кислотостойкость [5]. В таблице 2 приведены характеристики микроталька Талькон Т-20 [6].

Таблица 2 Характеристика микроталька Талькон Т-20 Характеристика Микротальк Талькон Т-20 Концентрация талька, % 97 Хлорит, % 3 Белизна (L*CIE Lab), % 95 Маслоемкость, г/г 50/100 Насыпная плотность, г/см³ 0,2-0,4 Максимальный размер частиц, мкм 20 Средний размер частиц, мкм 6 Удельная поверхность BET, м/г² 6,6

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

Экспериментальные исследования показали, что прочность клеевых соединений, выполненных заявляемой композицией, при толщине клеевого шва 0,1 мм составляет 32 МПа. Это на 13% превышает прочность клеевых соединений, выполненных композицией-прототипом, и на 39% - прочность клеевых соединений, выполненных анаэробным герметиком АН-111 (фиг.1).

Исследования процессов отверждения диэлектрическим методом показали, что время полного отверждения клеевых соединений, выполненных композицией-прототипом при температуре окружающей среды Т=20°С, составляет 6 ч, а клеевых соединений, выполненных заявляемой композицией, - 1 ч. Таким образом, время отверждения сократилось на 5 ч, что позволяет значительно сократить длительность процесса сборки узла, в конструкцию которого входит клеевое соединение.

Реализация отличительных существенных признаков от прототипа, а именно использование в качестве наполнителей микроталька Талькон Т-20 и бронзового порошка БПП в композиции на основе анаэробного герметика АН-111, позволяет получить технический результат, который выражается в: 1) повышении прочности клеевых соединений, выполненных заявляемой композицией; 2) сокращении времени отверждения клеевых соединений, выполненных заявляемой композицией.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - зависимость прочности клеевых соединений τ от толщины клеевого шва h, выполненных анаэробным герметиком АН-111 (1), композицией-прототипом (2) и заявляемой композицией (3);

Фиг.2 - валы-образцы для клеевых соединений с подшипником 209;

Фиг.3 - центрирующее приспособление для сборки деталей клеевого соединения.

Осуществление изобретения

Заявлена композиция при следующем соотношении ингредиентов (в % по массе):

- анаэробный герметик АН-111 - 78…89,

наполнители:

- микротальк Талькон Т-20 - 10…20,

- бронзовый порошок БПП - 1…2.

Анаэробный герметик АН-111 (ТУ 2257-274-00208947-96) поставляется в воздухопроницаемых полиэтиленовых флаконах емкостью 50, 100 и 200 г. Разработчик - НИИ полимеров им. Каргина (г.Дзержинск).

Микротальк Талькон Т-20 (ТУ 5727-001-49439345-02) имеется в широкой продаже.

Бронзовая пудра БПП (ТУ 48-21-150-72) имеется в широкой продаже. Поставляется в полиэтиленовых пакетах в количестве 10 и 50 г.

Ингредиенты взвешивали на аналитических весах марки ВЛА-200 М. Первоначально в стеклянную емкость заливали отобранный герметик АН-112, затем добавляли тальк и бронзовый порошок, после чего композицию тщательно перемешивали. Композицию использовали в течение 10 мин.

Образцами являлись клеевые соединения внутренних колец подшипников 209 с валами. Валы изготовили из стали 45 (фиг.2). Шероховатость посадочной поверхности R_a 0,63 [7]. Диаметральный зазор в соединении до склеивания обеспечивали шлифованием валов. Для обеспечения соосности деталей клеевого соединения использовали специально разработанные и изготовленные центрирующие приспособления (фиг.3). Клеевые соединения отверждали при температуре 20°С в течение 24 ч.

Исследования прочности проводили на разрывной машине ИР 5047-50 с одновременной записью диаграммы «нагрузка-деформация». Скорость нагружения при испытаниях была постоянной и составляла 5 мм/мин.

Процессы отверждения клеевых соединений исследовали диэлектрическим методом с помощью прибора Е7-11 [8]. Электрическую емкость клеевого шва соединения периодически измеряли прибором Е7-11 и по ней рассчитывали диэлектрическую проницаемость.

Диэлектрическую проницаемость ε определяли по формуле

ε=ln(r₂/r₁)C/2πε_oB,

где ε - диэлектрическая проницаемость клеевого шва;

С - электрическая емкость клеевого шва, Ф;

r₁ - радиус вала, мм;

r₂ - радиус внутреннего кольца подшипника, мм;

ε_o - диэлектрическая проницаемость вакуума;

В - ширина кольца подшипника, мм.

О завершении полимеризации судили по стабилизации значений диэлектрической проницаемости клеевого шва. Эксперимент проводили в трехкратной повторности.

Библиографические данные

1. Демин В.Е. Совершенствование технологии восстановления сопряжений опор корпусных деталей с подшипниками качения применением композиционных анаэробных материалов (на примере корпуса КП трактора Т-150К) [Текст]: автореф. дис. канд. техн. наук. / Демин В.Е. - Саратов, 2007. - 19 с.

2. Материалы, выпускаемые ФГУП «НИИ полимеров». // Клеи. Герметики. Технологии. - №1. - 2006. - С.47-48.

3. Хамидулова З.С., Рогачева И.П., Аронович Д.А. и др. Новые анаэробные герметики для автомобилестроения. / Хамидулова З.С., Рогачева И.П., Аронович Д.А. и др. // Пластические массы. - №6. - 1999. - с.40.

4. Паспорт №358 на клей анаэробный герметик АНАТЕРМ-111 ТУ 2257-274-00208947-96. ФГУП «НИИ полимеров».

5. Наполнители для полимерных композиционных материалов. / Под ред. Г.С.Каца и Д.В.Милевски. Пер. с англ. / Под ред. П.Г.Бабаевского. - М.: Химия, 1981. - 736 с.

6. http:/himtek.yaroslavl.ru

7. Спицын Н.А. Подшипники качения [Текст]: Справочное пособие. / Спицын Н.А., Сприщевский А.И. - М.: Машгиз, 1961, 828 с.

8. Щетинин М. В. Восстановление неподвижных соединений подшипников качения сельскохозяйственной техники адгезивом Анатерм-105 [Текст]: дис. канд. техн. наук. / Щетинин М.В. - Мичуринск, 2008, 146 с.

Изобретение относится к композиции для склеивания металлических изделий. Композиция включает анаэробный герметик АН-111 и наполнители. Наполнители представляют собой микротальк Талькон Т-20 и бронзовый порошок БПП. Использование композиции позволяет повысить прочность и сокращение времени отверждения клеевых соединений. 3 табл., 3 ил.

Композиция для склеивания металлических изделий, включающая анаэробный герметик АН-111 и наполнители, отличающаяся тем, что наполнителями являются тальк и бронзовый порошок при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
анаэробный герметик АН-111 78-89