ПОЛИУРЕТАНОВОЕ ЭЛАСТОМЕРНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ НАСОСОВ Российский патент 2018 года по МПК C08G18/44 C08G18/10 C08G18/42 C08G18/65 F04B53/02 F04B53/14 F16J15/20 F16J15/16 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к полиуретановому эластомерному уплотнению для гидравлических насосов, которое формуется с использованием поликарбонатно-изоцианатного форполимера, и к способу формования полиуретанового эластомерного уплотнения.

Введение

Гидравлические насосы могут содержать различные механические компоненты, например, по меньшей мере, один поршень, двигающийся возвратно-поступательно в сочетании с поршневым штоком. Как рассмотрено в патенте США № 83121805, поршень может иметь эластомерный уплотнительный материал, который является полиуретановым продуктом, который в качестве уплотнительного материала вводится в пространство между поршнем и стенкой вставной втулки, которая окружает поршень. Рабочие условия (такие как повышенная температура и/или повышенное давление) гидравлических насосов и абразивные материалы, перемещаемые гидравлическими насосами, могут вызвать преждевременное разрушение уплотнения поршня. Поэтому ведутся исследования с целью разработки полиуретановых уплотнений, которые лучше способны выдерживать промышленные условия эксплуатации гидравлических насосов.

Кроме того, гидравлические насосы, такие как насосы для бетона, должны быть способны эффективно перемещать материал, который является абразивным, тяжелым и высоковязким. Использование полиуретановых эластомеров, содержащих поли(тетра-метилен)(простой эфир)гликоль ((ПТМЭГ)(PTMEG)), для обеспечения износостойкости перегружающих труб, соединенных с насосом для бетона, рассматривается в опубликованной заявке № WO 2008/091511. Однако проводится поиск полиуретановых эластомеров, которые предназначены обеспечивать как износостойкость, так и стойкость к высоким температурам в гидравлическом насосе, таком как насос для бетона.

Краткое описание изобретения

Варианты могут быть реализованы при обеспечении способа формования уплотнения поршня гидравлического насоса, который (способ) содержит образование реакционной смеси, которая содержит форполимерный компонент, полиольную добавку, диольный компонент и отверждающий компонент, формование уплотнительного элемента с использованием реакционной смеси и формы и отверждение уплотнительного элемента с формованием уплотнения поршня гидравлического насоса. Форполимерный компонент содержит поликарбонат-изоцианатный форполимер, который является продуктом реакции, по меньшей мере, изоцианатного компонента и поликарбонатполиольного компонента, и форполимерный компонент присутствует в количестве от 55% мас. до 90% мас. по отношению к общей массе реакционной смеси. Полиольная добавка содержит поликарбонатполиол, который присутствует в количестве от 5% мас. до 40% мас. по отношению к общей массе реакционной смеси, диольный компонент присутствует в количестве от 5% мас. до 20% мас. по отношению к общей массе реакционной смеси, и отверждающий компонент содержит диаминсодержащий отвердитель, который присутствует в количестве от 0,01% мас. до 20% мас. по отношению к общей массе реакционной смеси.

Подробное описание изобретения

Варианты относятся к способу формования полиуретанового эластомерного уплотнения, который содержит обеспечение реакции, которая имеет место между компонентом уретансодержащего форполимера, полиольной добавкой, компонентом диольного удлинителя цепи и отверждающим компонентом. Компонент уретансодержащего форполимера содержит поликарбонат-изоцианатный форполимер, который получается в результате реакции между изоцианатным компонентом и поликарбонатполиольным компонентом. Кроме того, варианты относятся к низкофрикционному поршневому уплотнению, которое имеет улучшенную износостойкость и имеет улучшенную способность выдерживать рабочие условия гидравлического насоса. Полиуретановое эластомерное уплотнение может быть рецептурировано таким образом, чтобы иметь твердость по Шору А более 85 (например, от 85 до 100, от 90 до 100 и т.д.), согласно ASTM D 2240 даже после воздействия гидролитического старения в течение 28 дней (672 ч).

Полиуретановое эластомерное уплотнение может быть поршневым уплотнением в насосах, в которых имеется поршень. Например, полиуретановое эластомерное уплотнение может использоваться в гидравлическом насосе, таком как насос для бетона и насос для бурового раствора. Полиуретановое эластомерное уплотнение может формоваться литьевым способом, таким как способ отливки в холодную форму или способ отливки в горячую форму. Например, полиуретановое эластомерное уплотнение может образовывать уплотнительную секцию, которая отливается на месте на поршне гидравлического насоса с использованием реакционной смеси и формы и затем отверждается в прямом контакте с наружной стенкой поршня. Согласно другому типичному варианту полиуретановое эластомерное уплотнение может формоваться в форме с использованием реакционной смеси, удаляться из формы и затем присоединяться к поршню гидравлического насоса. Реакционная смесь содержит компонент уретансодержащего форполимера, имеющего поликарбонат-изоцианатный форполимер, полиольную добавку, компонент полиольного удлинителя цепи и отверждающий компонент, и реакционная смесь может быть формована в или вылита в форму.

Способ формования полиуретанового эластомерного уплотнения содержит формование реакционной смеси, которая содержит уретановый форполимерный компонент, имеющий, по меньшей мере, поликарбонат-изоцианатный форполимер, полиольную добавку, отверждающий компонент, имеющий, по меньшей мере, диаминсодержащий отверждающий агент, и диольный компонент, в форме с формованием уплотнительного слоя. Поликарбонат-изоцианатный форполимер является продуктом реакции изоцианатного компонента и поликарбонатполиола, и форполимерный компонент присутствует в реакционной смеси в количестве от 55% мас. до 90% мас. (например, 60-85% мас., 65-80% мас., 70-80% мас.) по отношению к общей массе реакционной смеси. Как будет понятно специалисту в данной области техники, массовое процентное содержание рассчитывается по отношению к 100% мас. общей массы реакционной смеси. Форполимеры в уретансодержащем форполимерном компоненте могут каждый содержать, по меньшей мере, одну концевую изоцианатную группу, и отверждающий компонент может содержать, по меньшей мере, отверждающий агент, имеющий группу активного водорода.

Уретановый форполимерный компонент содержит, по меньшей мере, один уретансодержащий форполимер. Уретансодержащий форполимер является продуктом форполимеробразующей реакционной смеси, которая содержит изоцианатный компонент и полиольный компонент. Изоцианатный компонент содержит один или более различных изоцианатов (например, по меньшей мере, два различных изомера одного ароматического изоцианата). Каждый из одного или более различных изоцианатов в изоцианатном компоненте может иметь функциональность от 1,8 до 4,2 (например, 1,9 до 3,5, от 2,0 до 3,3 и т.д.). Один или более изоцианатов могут быть независимо выбраны из группы, состоящей из ароматического изоцианата, циклоалифатического изоцианата и алифатического изоцианата. Уретановые форполимеры могут иметь содержание изоцианатной группы (т.е. NCO-содержание) от 5% мас. до 30% мас. (например, 5-20% мас., 8-15% мас., 9-11% мас. и т.д.). Полиольный компонент содержит один или более различных поли-олов. Один или более различных полиолов могут каждый быть одним из простого полиэфира или сложного полиэфира.

При взаимодействии изоцианатного компонента с полиольным компонентом изоцианатный индекс может составлять от 90 до 115 (например, 95-110, 100-105 и т.д.). Изоцианатный индекс представляет собой эквиваленты присутствующих изоцианатных групп (т.е. NCO-остатки), деленные на общие эквиваленты присутствующих изоцианатреакционных водородсодержащих групп (т.е. ОН-остатки), умноженное на 100. Рассмотренный другим образом изоцианатный индекс представляет собой отношение изоцианатных групп к изоцианатреакционным водородным атомам, присутствующим в рецептуре, приведенное как процентной содержание. Таким образом, изоцианатный индекс выражает процентное содержание изоцианта, фактически используемого в рецептуре, по отношению к количеству изоцианата, теоретически требуемому для взаимодействия с количеством изоцианатреакционного водорода, используемого в рецептуре.

Согласно вариантам уретановый форполимерный компонент содержит поликарбонат-изоцианатный форполимер, который образуется с использованием форполимеробразующей реакционной смеси. Для образования поликарбонат-изоцианатного форполимера изоцианатный компонент составляет 20-60% мас. (например, 25-50% мас.), 30-45% мас., 35-40% мас. и т.д.) общей массы форполимеробразующей реакционной смеси. Полиольный компонент составляет 30-80% мас. (например, 45-75% мас., 50-70% мас., 55-65% мас., 60-65% мас. и т.д.) общей массы форполимеробразующей реакционной смеси. Форполимеробразующая реакционная смесь может также содержать дополнительный компонент, который содержит катализатор, который вводят в рецептуру для инициирования, дополнительно, и/или ускорения реакции между изоцианатным компонентом и полиольным компонентом. Например, катализатор может содержать, по меньшей мере, один такой катализатор, который известен в технике. Дополнительный компонент может также содержать другие добавки, выбранные из группы, состоящей из бромоуксусной кислоты, трихлороуксусной кислоты, сложного цианоуксусного эфира, диметилсульфата, бензоилхлорида и ацетилхлорида. Дополнительный компонент составляет менее 5% мас. (например, от 0,01% мас. до 0,05% мас., 0,15-0,1% мас. и т.д.) общей массы форполимеробразующей реакционной смеси.

Типичные изоцианаты, представляющие один или более изоцианатов в изоцианатном компоненте форполимеробразующей реакционной смеси, включают в себя дифенилметандиизоцианат (МДИ), толуолдиизоцианат (ТДИ), мета-фенилендиизоцианат, пара-фенилендиизоцианат (ПФДИ), нафталиндиизоцианат (НДИ), изофорондиизоцианат (ИФДИ), гексаметилендиизоцианат (ГДИ) и их различные изомеры и/или производные. С использованием одного из 2,4’-, 2,2’- и 4,4’- изомеров МДИ может иметь полимерную, сополимерную, смешанную или модифицированную полимерную форму. Типичные МДИ-продукты являются доступными от фирмы The Dow Chemical Company под торговыми марками ISONATE, PAPI и VORANATE. При использовании, по меньшей мере, одного из 2,4-, 2,6-изомеров МДИ может иметь полимерную, сополимерную, смешанную или модифицированную полимерную форму. Типичные МДИ-продукты являются доступными от фирмы The Dow Chemical Company под торговой маркой VORANATE.

Согласно типичному варианту изоцианатный компонент в форполимеробразующей реакционной смеси может содержать смесь ароматических диизоцианатов, которая содержит два различных ароматическую диизоцианата, например, смесь различных изомеров МДИ или ТДИ или смесь МДИ и ТДИ. Согласно типичным вариантам смесь ароматических диизоцианатов может содержать, по меньшей мере, 60% мас. 4,4’-метилендифенилизоцианата и остаток (до 100% мас.), по меньшей мере, один представитель, выбранный из группы, состоящей из изомера ТДИ и одного изомера МДИ, который отличается от 4,4’-метилендифенилизоцианата (например, в соотношениях смеси 60% мас. и 40% мас., 70% мас. и 30% мас., 80% мас. и 20% мас., 90% мас. и 10% мас., 95% мас. и 5% мас., 98% мас. и 2% мас. и т.д.) по отношению к общей массе изоцианатного компонента. Например, смесь ароматических диизоцианатов может содержать, по меньшей мере, 60% мас. 4,4’-метилендифенилизоцианата и остаток 2,4’-метилен-дифенилизоцианата по отношению к общей массе изоцианатного компонента.

Полиольный компонент для образования поликарбонат-изо-цианатного форполимера содержит, по меньшей мере, один поликарбонатполиол, например, содержит один поликарбонатдиол, один или более различных поликарбонатдиолов или один поликарбонатдиол и один или более других полиолов. Другие полиолы, которые могут быть введены в полиольный компонент, включают в себя, например, поли(простой эфир)полиол, поли(сложный эфир)полиол, (сложный эфир)карбонатполиол и (простой эфир)карбонатполиол. Каждый полиол в полиольном компоненте может иметь номинальную гидроксильную функциональность от 2 до 8 (например, 2-4). Согласно типичному варианту реакционная смесь для образования форполимера содержит от 30% мас. до 80% мас. (например, 40-70% мас., 30-60% мас., 50-80% мас. и т.д.) поликарбонатдиола по отношению к общей массе форполимеробразующей реакционной смеси. Например, форполимеробразующая реакционная смесь содержит 30-45% мас. изоцианатного компонента и 55-70% мас. поликарбонатдиола, который образует полиольный компонент по отношению к общей массе форполимеробразующей реакционной смеси.

Поликарбонатполиол может быть продуктом взаимодействия между, по меньшей мере, одним диолом (например, который содержит, один алкандиол) и (карбонильный остаток)содержащим компонентом (например, который содержит, по меньшей мере, один такой остаток, выбранный из группы, состоящей из карбонатного сложного эфира и фосгена). Типичные диолы, которые могут быть использованы для образования поликарбонатполиола, включают в себя 1,3-пропандиол, 1,4-бутандиол, 1,5-пентандиол, 1,6-гександиол, 1,7-гептандиол, 1,2-додекандиол, циклогександиметанол, 3-метил-1,5-пентандиол, 2,4-диэтил-1,5-пентандиол, простой бис-(2-гидроксиэтил)эфир, простой бис-(6-гидроксигексил)эфир, короткоцепочечные С2, С3 или С4 поли(простой эфир)диолы, имеющие среднюю молекулярную массу менее 700 г/моль, их комбинации и их изомеры. Типичные карбонатные сложные эфиры включают в себя диметилкарбонат, триметиленкарбонат, этиленкарбонат, дифенилкарбонат, пропиленкарбонат, поли(пропиленкарбонат) и поли-(бисфенол А-карбонат). Поликарбонатполиол может быть получен реакцией полимеризации реакционной смеси, содержащей диол и (карбонильный остаток)содержащий компонент. Например, получаемым поликарбонатдиолом может быть поликарбонатдиол с гидроксильным окончанием.

Поликарбонатдиол может содержать повторяющиеся звенья одного или более алкандиолов, имеющих от 2 до 50 углеродных атомов (например, 2-20 углеродных атомов, 3-6 углеродных атомов, 5-6 углеродных атомов и т.д.) как разветвленная или неразветвленная цепь, которая также может прерываться дополнительными гетероатомами, такими как кислород (О). Типичные поликарбонатполиолы, имеющие повторяющиеся звенья одного или более алкандиольных компонентов, являются доступными от фирмы UBE Industries под торговой маркой ETERNACOLL и от фирмы Bayer MaterialScience, LLC под торговой маркой DESMOPHEN. Например, поликарбонатполиолом является один представитель, выбранный из группы, состоящей из 1,6-гександиолсодержащего поликарбонатдиола, 1,5-пентандиолодержащего поликарбонатдиола, 1,4-бутан-диолсодержащего поликарбонатдиола и 1,3-пропандиолсодержащего поликарбонатдиола. Согласно типичному варианту поликарбонатполиол является продуктом взаимодействия 1,6-гександиола и карбонатного сложного эфира, такого как 1,4-циклогександиметанол.

Поликарбонатполиол может иметь среднечисленную молекулярную массу от 750 до 5000 г/моль (например, 1000-5000 г/моль, 1500-3000 г/моль, 1800-2200 г/моль и т.д.). Поликарбонатполиол может иметь номинальное гидроксильное число от 22 до 220 мг КОН/г (например, 35-150 мг КОН/г, 45-75 мг КОН/г, 50-60 мг КОН/г и т.д.). Поликарбонатполиол может иметь среднюю вязкость от 300 до 15000 сП, как измерено при 75°C реометром с параллельными пластинами. Например, поликарбонатполиол может быть умеренно вязким с вязкостью от 1500 сП до 5000 сП, измеренной при 75°C (например, 2000-3000 сП и т.д.).

Реакция полимеризации для образования поликарбонатполиола может быть ускорена присутствием каталитического компонента. Способ осуществления реакции полимеризации с образованием поликарбонатполиола в присутствии каталитического компонента содержит, например, реакцию переэтерификации. В реакции переэтерификации реагенты контактируют в присутствии катализатора переэтерификации и в условиях реакции. Может использоваться каталитический компонент, который включает в себя, по меньшей мере, один представитель, выбранный из группы, состоящей из гомогенного катализатора и гетерогенного катализатора. Катализатор, используемый в реакция полимеризации для образования поликарбонатполиола, может включать в себя, по меньшей мере, один представитель, выбранный из группы, состоящей из гидроксида, оксида, алкоголята металла, карбоната и металлорганического соединения металла одной из главных групп I, II, III и IV периодической системы элементов, подгрупп III и IV и элемента из группы редкоземельных элементов (например, соединения Ti, Zr, Pb, Sn и Sb являются особенно подходящими для способов, описанных здесь). После выполнения реакции катализатор может быть оставлен в продукте реакции или может быть выделен, нейтрализован или защищен.

Температуры реакции переэтерификации могут находиться в интервале от 120 до 240°C. Реакция переэтерификации может осуществляться при атмосферном давлении, однако также можно проводить реакцию переэтерификации при более низком или более высоком давлении. Вакуум может быть приложен в конце цикла активации для удаления любых летучих. Время реакции зависит от таких переменных, как температура, давление и тип и количество используемого катализатора.

Форполимерный компонент для формования полиуретанового эластомерного уплотнения может необязательно содержать, по меньшей мере, один другой форполимер, который отличается от поликарбонатного форполимера. Согласно типичному варианту форполимерный компонент содержит 50-99% мас. (например, 60-90% мас., 75-85% мас. и т.д.) поликарбонатного форполимера по отношению к общей массе форполимерного компонента и остаток, представляющий собой, по меньшей мере, один другой форполимер, такой как форполимер, производный от поли(простой эфир)гликоля (например, ПТМЭГ-производный форполимер). Общая масса другого форполимера в полиольном компоненте может составлять от 1 до 50% мас. (например, 5-35% мас., 10-30% мас., 15-25% мас. и т.д.) по отношению к общей массе форполимерного компонента. Например, форполимерный компонент может представлять собой смесь от 80:20 до 70:30 (поликарбонатный форполимер):(форполимер, производный от (простой полиэфир)гликоля).

Реакционная смесь для формования полиуретанового эластомерного уплотнения дополнительно содержит полиольную добавку, которая полиольная добавка содержит поликарбонатполиол и, необязательно, другой полиол. Например, необязательно, по меньшей мере, один другой полиол включает в себя поликарбонатполиол и/или поли(простой эфир)гликоль (такой как ПТМЭГ). Полиольная добавка может иметь одинаковый состав с составами полиолов, описанных выше в отношении образования поликарбонатного форполимера и форполимера, производного от поли(простой эфир)-гликоля. Например, поликарбонатполиол полиольной добавки может быть таким же, как поликарбонатполиол, используемый для образования поликарбонатного форполимера (такой как 1,6-гексан-иолсодержащий поликарбонатдиол, доступный от фирмы UBE Industries под торговой маркой ETERNACOLL). Полиольная добавка в реакционной смеси содержит от 5 до 40% мас. (например, 5-35% мас., 10-25% мас., 15-20% мас. и т.д.) поликарбонатполиола по отношению к общей массе реакционной смеси. Полиольная добавка может составлять 5-40% мас. (например, 5-35% мас., 10-25% мас., 15-20% мас. и т.д.) реакционной смеси.

Реакционная смесь для формования полиуретанового эластомерного уплотнения также содержит диольный цепьудлиняющий компонент в дополнение к уретановому форполимерному компоненту и полиольной добавке. Диольный компонент включает в себя один или более различных диолов. Диольный компонент присутствует в реакционной смеси в количестве от 5 до 20% мас. (например, 5-15% мас., 7-10% мас. и т.д.) по отношению к общей массе реакционной смеси. Типичные диолы для диольного удлинителя цепи включают в себя 1,3-пропандиол, 1,4-бутандиол, 1,6-гександиол, 1,7-гептандиол, 1,2-додекандиол, циклогександиметанол, 3-метил-1,5-пентандиол, 2,4-диэтил-1,5-пентандиол, простой бис-(2-гидроксиэтил)эфир, простой бис-(6-гидрокси-этил)эфир, короткоцепочечные С2, С3 или С4 поли(простой эфир)диолы, имеющие среднечисленную молекулярную массу менее 700 г/моль, их комбинации и их изомеры. Реакционная смесь для формования полиуретанового эластомерного уплотнения может, необязательно, содержать триольный компонент, например, который увеличивает сшивку. Например, триольный компонент может присутствовать в реакционной смеси в количестве от 0,01 до 5% мас. по отношению к общей массе реакционной смеси.

Реакционная смесь для полиуретанового эластомерного уплотнения также содержит отверждающий компонент в дополнение к уретансодержащему форполимерному компоненту, полиольной добавке и диольному удлиняющему цепь компоненту. Отверждающий компонент содержит, по меньшей мере, один аминсодержащий отверждающий агент, который составляет от 0,01 до 20% мас. (например, 0,01-10% мас., 0,01-4,5% мас., 0,05-3% мас., 0,05-1% мас. и т.д.) общей массы реакционной смеси. Например, аминсодержащий отверждающий агент может быть бифункциональным органическим диаминным соединением (таким как толуолсодержащий диамин, фенилсодержащий диамин, алкилсодержащий диамин, поли-(простой эфир)содержащий диамин или изофоронсодержащий диамин) или трифункциональным органическим триаминным соединением (таким как фенилсодержащий триамин, алкилсодержащий триамин или пропиленсодержащий триамин). Типичные алкилсодержащие отверждающие агенты являются доступными от Chemtura под торговой маркой Caytur. Согласно типичному варианту отверждающий компонент может содержать диметилтиотолуолдиамин.

Отверждающий компонент может содержать, по меньшей мере, один хлорированный ароматический диаминный отверждающий агент, который составляет от 5 до 100% мас. (например, 20-90% мас., 30-90% мас., 50-95% мас., 80-99% мас., 90-100% мас. и т.д.) общей массы отверждающего компонента. Хлорированными ароматическими диаминными отверждающими агентами может быть, например, по меньшей мере, один представитель, выбранный из группы, состоящей из (4-хлоро-3,5-диаминобензойная кислота)изобутила, (4-хлоро-1,2-диаминобензойная кислота)изобутила, (4-хлоро-1,3-диаминобензоная кислота)изобутила, (4-хлоро-1,4-диаминобензогая кислота)изобутила, ди-, три- или тетра-хлори-рованного 1,3- или 1,4-бензолдиамина. Например, хлорированным ароматическим диаминным агентом является (4-хлоро-3,5-диамино-бензойная кислота)изобутил.

Реакционная смесь для формования полиуретанового эластомерного уплотнения может дополнительно содержать другие компоненты, такие как, по меньшей мере, один представитель, выбранный из группы, состоящей из силиконсодержащей добавки, удлинителя цепи, сшивающего агента, наполнителя, пигмента и добавки, которая может снизить потери на трение в процессе работы. Силиконсодержащая добавка может улучшать сопротивление истиранию без значительного снижения фрикционных свойств полиуретанового эластомерного уплотнения. Силиконсодержащая добавка содержит атом активного Н, например, может содержать гидроксильную или функциональную аминогруппу. Силиконсодержащей добавкой может быть сухой нереакционный силикон или нереакционное силиконовое масло.

Полиуретановое эластомерное уплотнение может быть формовано, например, способом отливки (таким как способ отливки в форме). Например, полиуретановым эластомерным уплотнением может быть поршневое уплотнение, которое имеет уплотнительную секцию, которую отливают на месте и отверждают в контакте с поршневой втулкой. В другом варианте полиуретановым эластомерным уплотнением может быть поршневое уплотнение, которое имеет уплотнительную секцию, которая является отлитой и отвержденной и затем помещенной для создания контакта с поршневой втулкой. Поршневое уплотнение может быть формовано, чтобы размещаться симметрично вокруг наружной поверхности поршневой втулки. Поршневое уплотнение может быть размещено в контакте с поршневой втулкой с или без использования склеивающего вещества (такого как эпоксидсодержащий клеевой слой).

Полиуретановое эластомерное уплотнение (такое как поршневое уплотнение) может быть формовано при получении сначала поликарбонат-изоцианатного форполимерного компонента при взаимодействии изоцианатного компонента (который содержит, по меньшей мере, один изоцианат) с полиольным компонентом (который содержит, по меньшей мере, только поликарбонатдиол). Затем поликарбонат-изоцианатный форполимерный компонент смешивают с компонентом диольного удлинителя цепи и отверждающим компонентом (который содержит диаминсодержащий отверждающий агент) с образованием реакционной смеси. Форполимерный компонент присутствует в реакционной смеси в количестве от 55 до 90% мас., а компонент диольного удлинителя цепи присутствует в реакционной смеси в количестве от 5 до 20% мас. по отношению к общей массе реакционной смеси. Реакционная смесь может находиться в форме (например, реакционная смесь может быть смешана, а затем вылита в форму, или различные компоненты, которые образуют реакционную смесь, могут быть смешаны в форме), так что уплотняющий элемент может быть формован с использованием формы в реакционной смеси. Затем уплотняющий элемент может быть отвержден с формованием поршневого уплотнения.

Полиуретановое эластомерное уплотнение может использоваться в гидравлических насосах осевого поршневого типа (таких как насосы для бетона) в качестве поршневого уплотнения. Гидравлические насосы осевого поршневого типа могут содержать цилиндры, которые вращаются под действием энергии от внешнего источника энергии с помощью вала, и каждый цилиндр содержит, по меньшей мере, один поршень. Каждый поршень может иметь соединительный шток, который выходит из цилиндра с обеспечением проталкивания текучей среды поршнем при перемещении поршня взад и вперед в цилиндре. Поршневое уплотнение может образовывать кольцо, которое окружает, например, полностью покрывает периферию, по меньшей мере, части одного поршня так, чтобы выполнять уплотняющую функцию вокруг поршня. Поршень может быть обеспечен одним поршневым уплотнением или множеством смежных поршневых уплотнений.

Осевые поршневые насосы являются подходящими в качестве насосов для бетона (или насосов для бурового раствора) благодаря способности перемещать большие количества текучей среды под давлением. Насос для бетона используется в способе перемещения и размещения бетона. Например, насос для бетона может использоваться для получения предварительно отлитых и обращенных вверх бетонных панелей, бетонной рамной конструкции, листовой конструкции, бетонного дорожного покрытия или напыления бетона. Насос для бетона может быть установлен на грузовой автомобиль или помещен в трейлер. Подача насосом бетона может иметь место при высоком давлении, например, при рабочих давлениях около 1250 фунт/кв.дюйм (8625 кПа). Кроме того, сам бетон является очень абразивным, и бетонный материал содержит 0,75-1,00% мас. воды и 99% мас. горной породы, камня, песка, цемента и/или летучей золы. Это создает грубую среду внутри насоса и выдвигает высокие требования к поршням по обеспечению достаточного давления для перемещения бетонного материала.

Соответственно, варианты относятся к низкофрикционному поршневому уплотнению, которое имеет улучшенное сопротивление истиранию, для использования в наносах для бетона и имеет улучшенную способность выдерживать рабочие условия насоса для бетона (такие, как высокая температура и высокое давление). Например, поршневое уплотнение может иметь твердость по Щору А, по меньшей мере, 90 (например, от 90 до 100), согласно ASTM D 2240, даже после воздействия гидролитического старения в течение 28 дней (672 ч). Поршневое уплотнение может иметь потерю массы менее 1% после 28 дней (672 ч) гидролитического старения. Поршневое уплотнение может показывать, по меньшей мере, 55% (например, по меньшей мере, 60% и т.д.) сохранения предела прочности при растяжении после 28 дней (672 ч) гидролитического старения, по меньшей мере, 65% (например, по меньшей мере, 75%, по меньшей мере, 80% и т.д.) сохранения предела прочности при растяжении после 14 дней (336 ч) гидролитического старения и, по меньшей мере, 90% (например, по меньшей мере, 95% и т.д.) сохранения предела прочности при растяжении после 7 дней (168 ч) гидролитического старения.

Если не указано иное, средняя молекулярная масса, рассмотренная выше, представляет собой среднечисленную молекулярную массу. Кроме того, если не указано иное, значения процентного содержания являются процентами по массе.

Примеры

Используются следующие материалы:

Бутандиол 99% раствор 1,4-бутандиола (поставщик

- Sigma Aldrich)

ETERNACOLL UH-200 1,6-гександиолсодержащий поликарбонатдиол со среднечисленной молекулярной

массой приблизительно 2000 г/моль

(поставщик – UBE Industries

ISONATE M 125 Изоцианат приблизительно 98/2% мас.

4,4’-МДИ, имеющий содержание NCO 33,3

% мас. (поставщик – The Dow Chemical Company)

Бензоилхлорид 99% раствор бензоилхлорида (поставщик

- Sigma Aldrich)

BYKO-A 535 Не содержащий силикон полимерный пеногаситель (поставщик – BYK Additives)

ПТМЭГ форполимер Hyperlast T140/95, образованный с использованием политетраметилен(простой эфир)гликоля (ПТМЭГ) и толуолдиизо-цианата % мас. (поставщик – The Dow Chemical Company)

ETHACURE 300 Отверждающий агент, состоящий из смеси,

главным образом, 5-диметилтио-2,6-толуолдиамина и 3,5-диметилтио-2,4-толуолдиамина (поставщик - Albemarle Corporation)

ADDOLINK 1604 Отверждающий агент, состоящий по существу из (4-хлоро-3,5-диаминобензойная кислота)изобутила (поставщик – Rhein Chemie)

MBoCA Ароматический амин 4,4’-метиленбис-(2-хлороанилин)(поставщик - Sigma Aldrich)

Во-первых, получение поликарбонат-изоцианатного форполимера для использования в рабочих примерах 1 и 2 осуществляется с использованием 61,16% мас. ETERNACOLL UH-200, 38,80% мас. ISONATE M125 и 0,02% мас. бензоилхлорида. Поликарбонат-изоцианатный форполимер образуется при обеспечении взаимодействия ETERNACOLL UH-200 и ISONATE M125 в течение 2 ч при 80°C в присутствии бензоилхлорида. NCO-содержание получаемого изоцианатного форполимера составляет 10,34% (как определено согласно ASTM D5155). Сравнительный пример 2 содержит ПТМЭГ-форполимер, который доступен от фирмы The Dow Chemical Company как Hyperlast T140/95. NCO-содержание ПТМЭГ-изоцианатного форполимера составляет 6,1-6,7% (как определено согласно ASTM D5155).

Во-вторых, получают композиции для формования полиуретанового эластомерного уплотнения. Поликарбонат-изоцианатный форполимер и ПТМЭГ-изоцианатный форполимер помещают в печь при 70-80°C. Через 1 ч поликарбонат-изоцианатный форполимер перемешивают в течение 40 с при 800 об/мин и в течение 30 с при 2350 об/мин. Отверждающие агенты помещают в печь при 70-75°C на 30 мин. Поликарбонат-изоцианатный форполимер и ПТМЭГ-изоцианатный форполимер смешивают с их соответствующими отверждающими компонентами и компонентами удлинителей цепи согласно таблице 1 ниже. Полученную смесь перемешивают в течение 40 с (10 с при 800 об/мин и в течение 30 с при 2350 об/мин) и затем быстро выливают между двумя алюминиевыми пластинами, покрытыми тефлоном, которые предварительно нагреваются до 100°, и содержимое формуется прессованием в течение 30 мин при 100°C под давлением 4000 фунт/кв.дюйм (27,58 МПа). Через 15 мин пластины распрессовываются и постотверждаются в печи в течение 18 ч при 100°C.

Таблица 1 Рабочий пример 1
(% мас.) Рабочий пример 2
(% мас.) Сравнительный пример A
(% мас.) 1,4-бутаедиол 7,1 -- -- Поликарбонатый форполимер 76,8 46,2 -- ПТМЭГ-форполимер -- -- 83,0 ETERNACOLL® UH-200 15,5 46,7 -- ETHACURE® 300 0,6 -- -- ADDOLINK® 1604 -- 7,1 -- MBoCA 17,0

В-третьих, оценивают свойства пластин из рабочих примеров 1 и 2 и сравнительного примера А. В частности, пластины из рабочего примера 1 и сравнительного примера А оцениваются на следующие механические свойства (смотри таблицу 2):

Рабочий
пример 1 Сравнительный пример A Предел прочности при растяжении
(МПа) 41 42 Модуль при удлинении на 100%
(МПа) 12 11 Модуль при удлинении на 300%
(МПа) 33 29 Удлинение при растяжении (%) 368 392 Начальная твердость по Шору А 93 95 Твердость по Шору А после 14 дней
(336 ч) гидролитического старения 90 83 Твердость по Шору А после 28 дней
(672 ч) гидролитического старения 91 65

Показатели предела прочности при растяжении, удлинения при растяжении и модуль при удлинении рабочего примера 1 и сравнительного примера А получают на образцах для испытаний на растяжение (формы «собачьей кости»), которые вырубают штампом из пластин согласно ASTM D412. Свойства определяют с использованием прибора Monsanto Tensometer от фирмы Alpha technologies. Образцы формы «собачьей кости» зажимают пневматически и растягивают со скоростью растяжения 5 дюйм/мин (12,7 см/мин). Показатель твердости по Шору А рабочего примера 1 и сравнительного примера А определяют согласно ASTM D2240 на образцах после влажного старения. Что касается таблицы 2, сравнительный пример А показывает снижение твердости по Шору А после 28 дней (672 ч) гидролитического старения, тогда как рабочий пример 1 показывает минимальное изменение твердости по Шору А после 28 дней (672 ч) гидролитического старения.

Пластины рабочего примера 1 и сравнительного примера А оценивают на потерю массы сравнением после старения. Для определения потери массы образцы формы «собачьей кости», которые были состарены в воде при 99°C в течение определенного времени, сушат до утра при 70°C, и определяют потерю массы в процентах. Рабочий пример 1 показывает приблизительную потерю массы менее 0,5% после 7 дней (168 ч) гидролитического старения и после 14 дней (336 ч) гидролитического старения и приблизительную потерю массы 0,6% после 28 дней (672 ч) гидролитического старения. Сравнительный пример А показывает приблизительную потерю массы 1,5% после 7 дней (168 ч) гидролитического старения, приблизительную потерю массы 2,2% после 14 дней (336 ч) гидролитического старения и приблизительную потерю массы 2,9% после 28 дней (672 ч) гидролитического старения.

Пластины рабочего примера 1 и сравнительного примера А оценивают на сохранение предела прочности при растяжении (определенное в процентах) после гидролитического старения при 99°C в течение 28 дней (672 ч). Рабочий пример 1 имеет приблизительно 97% сохранение предела прочности при растяжении после 7 дней (168 ч) гидролитического старения, приблизительно 81% сохранение предела прочности при растяжении после 14 дней (336 ч) гидролитического старения, приблизительно 62% сохранение предела прочности при растяжении после 28 дней (672 ч) гидролитического старения. Рабочий пример 2 имеет приблизительно 90% сохранение предела прочности при растяжении после 7 дней (168 ч) гидролитического старения, приблизительно 67% сохранение предела прочности при растяжении после 14 дней (336 ч) гидролитического старения и приблизительно 60% сохранение предела прочности при растяжении после 28 дней (672 ч) гидролитического старения. Сравнительный пример А имеет приблизительно 14% сохранение предела прочности при растяжении после 7 дней (168 ч) гидролитического старения, приблизительно 10% сохранение предела прочности при растяжении после 14 дней (336 ч) гидролитического старения и приблизительно 4% сохранение предела прочности при растяжении после 28 дней (672 ч) гидролитического старения.

В-четвертых, рецептуры рабочего примера 1 и сравнительного примера А оценивают на время гелеобразования и на время выемки из формы. Время гелеобразования определяют как время между началом гелеобразования в реакционной смеси после введения отверждающего агента в форполимер и началом нитеобразования (например, началом образования эластомеров). Время гелеобразования определяется как время после того, как рецептуры в таблице 1 смешиваются (на уровне 100 г каждой рецептуры) в форме, что эластомер показывает образование нитей при касании выступающим депрессором. Время выемки из формы определяется как время после того, как рецептуры в таблице 1 смешиваются так, что отлитая эластомерная деталь может быть удалена из формы без деформирования. Рабочий пример 1 определяется как имеющий время гелеобразования 3-4 мин (по отношении к времени смешения 40 с при 80°C и время выемки из формы 40-45 мин (при 100°C)).

Настоящее изобретение относится к способу формования поршневого уплотнения гидравлического насоса, а также к гидравлическому насосу, включающему поршневое уплотнение. Способ включает формирование реакционной смеси, которая содержит форполимерный компонент, полиольную добавку, диольный компонент и отверждающий компонент, формование уплотнительного элемента с использованием реакционной смеси и формы и отверждение уплотнительного элемента с формованием поршневого уплотнения гидравлического насоса. Форполимерный компонент содержит поликарбонат-изоцианатный форполимер, который является продуктом реакции, по меньшей мере, изоцианатного компонента и поликарбонатполиольного компонента. Количество форполимерного компонента составляет от 55 до 90 мас.% по отношению к общей массе реакционной смеси. Полиольная добавка содержит поликарбонатполиол и присутствует в количестве от 5 до 40 мас.% Количество диольного компонента составляет от 5 до 20 мас.%. Отверждающий компонент содержит диаминсодержащий отверждающий агент и присутствует в количестве от 0,01 до 20 мас.% Полученные поршневые уплотнения обеспечивают износостойкость, а также стойкость к высоким температурам в гидравлическом насосе. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.

1. Способ формования поршневого уплотнения гидравлического насоса, указанный способ включает:

формирование реакционной смеси, которая содержит форполимерный компонент, полиольную добавку, диольный компонент и отверждающий компонент, где:

форполимерный компонент содержит поликарбонат-изоцианатный форполимер, который является продуктом реакции, по меньшей мере, изоцианатного компонента и поликарбонатполиольного компонента, и форполимерный компонент присутствует в количестве от 55 мас.% до 90 мас.% по отношению к общей массе реакционной смеси,

полиольная добавка содержит поликарбонатполиол, который присутствует в количестве от 5 мас.% до 40 мас.% по отношению к общей массе реакционной смеси,

диольный компонент присутствует в количестве от 5 мас.% до 20 мас.% по отношению к общей массе реакционной смеси, и

отверждающий компонент содержит диаминсодержащий отверждающий агент, который присутствует в количестве от 0,01 мас.% до 20 мас.% по отношению к общей массе реакционной смеси,

формование уплотнительного элемента с использованием реакционной смеси и формы, и

отверждение уплотнительного элемента с формованием поршневого уплотнения гидравлического насоса.

2. Способ по п. 1, в котором поликарбонат-изоцианатный форполимер является продуктом реакции смеси, в которой поликарбонатполиольный компонент присутствует в количестве от 30 мас.% до 80 мас.%, и изоцианатный компонент присутствует в количестве от 20 мас.% до 60 мас.% по отношению к общей массе реакционной смеси.

3. Способ по п. 1, в котором поликарбонатполиольный компонент содержит поликарбонатдиол, и поликарбонат-изоцианатный форполимер является продуктом реакции смеси, в которой поликарбонатдиол присутствует в количестве от 55 мас.% до 70 мас.%, и изоцианатный компонент присутствует в количестве от 30 мас.% до 45 мас.% по отношению к общей массе реакционной смеси.

4. Способ по п. 1, в котором количество отверждающего компонента в реакционной смеси составляет от 0,01 мас.% до 4,5 мас.% по отношению к общей массе реакционной смеси.

5. Способ по п. 4, в котором отверждающий компонент содержит, по меньшей мере, один представитель, выбранный из группы, состоящей из толуолсодержащего диаминного отверждающего агента и хлорированного ароматического диаминного отверждающего агента.

6. Способ по п. 1, в котором изоцианатный компонент содержит, по меньшей мере, 60 мас.% 4,4’-метилендифенилизоцианата и остальное до 100 мас.% 2,4’-метилендифенилизоцианата по отношению к суммарным 100 мас.% изоцианатного компонента.

7. Способ по п. 1, в котором, после того как уплотняющий элемент отверждается с формированием поршневого уплотнения гидравлического насоса, поршневое уплотнение является присоединенным к поршню гидравлического насоса.

8. Способ по п. 1, в котором уплотнительный слой формируют на поршне гидравлического насоса, и уплотнительный слой отверждается на месте на поршне.

9. Способ по п. 1, в котором гидравлическим насосом является насос для бетона.

10. Гидравлический насос, который включает в себя поршневое уплотнение, формованное способом по любому из пп. 1-9.