Полиуретановый композиционный материал Российский патент 2023 года по МПК C08L75/04 C08J5/14 

Изобретение относится к полиуретановым композициям и может быть использовано для изготовления различных футеровок горнообогатительного, горно-шахтного оборудования, в частности для футеровок внутренних поверхностей гидроциклонов, в том числе, для изготовления футеровок внутренних поверхностей песковых насадок гидроциклонов.

Известен композиционный материал для изготовления футеровок внутренней части гидроциклонов - песковых насадок, включающий СКИ-3-стереорегулярный цис-1,4-полиизопрен, СКД-1 - стереорегулярный цис-1,4-полибутадиен, сверхвысокомолекулярный полиэтилен - СВМПЭ, модифицированный карбидом кремния с размером фракции не более 40-60 мкм в количестве 6,5 мас. % от массы СВМПЭ, активный технический углерод П-330, малоактивный технический углерод П-803, 2МБТ - 2-Меркаптобензтиазол, Гуанид Ф - N,N¹-дифенилгуанидин, парафин нефтяной, смола инден-кумароновая, рубракс - битум нефтяной, масло ПН-6 - высокоочищенное нефтяное масло, ацетонанил Н - 2,2,4 триметил-1,2-дигидрохинолин, диафен ФП - N-фенил-N'-изопропилпарафенилендиамин, фталевый ангидрид (патент РФ №2645503, C08L 9/00, 2016)

Недостатком данного композиционного материала является низкая стойкость его к гидроабразивному износу в режиме высоких скоростей транспортировки пульп.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является полиуретановый композиционный материал, включающий уретановый форполимер, керамический наполнитель, диспергатор и отвердитель (см. патент РФ №2202565, C08J 5/14, 2001).

Недостатком данного полиуретанового композиционного материала является низкая гидроабразивная стойкость в экстремальных условиях прокачки пульп с крупными кусками руды и низкие физико-механические показатели.

Задачей изобретения является разработка полиуретанового композиционного материала для изготовления футеровок обогатительного, горно-шахтного оборудования, в частности футеровок внутренних поверхностей гидроциклонов - песковых насадок с повышенной гидроабразивной износостойкостью.

Техническим результатом является улучшение эксплуатационных свойств полиуретанового композиционного материала, в том числе его повышенная стойкость к интенсивному гидрообразивному износу и к многократным ударным циклическим нагрузкам, и повышение физико-механических показателей, а именно прочность на разрыв, прочность на раздир и эластичность по отскоку.

Технический результат достигается в полиуретановом композиционном материале, содержащем уретановый форполимер с содержанием изоцианатных групп NCO=6,3, фуллерен С60, пиридин, фторсодержащий глицериновый эфир, сероуглерод, фуллереновую сажу, керамический наполнитель и отвердитель при следующем содержании компонентов, в масс.ч: уретановый форполимер с содержанием изоцианатных групп NCO=6,3 100÷110, фуллерен С60 0,001÷0,0015, пиридин 0,009÷0,0147, фторсодержащий глицериновый эфир 0,7÷1,2, сероуглерод 1,26÷1,36, фуллереновая сажа 1,0÷10, керамический наполнитель 135÷140, отвердитель 19,1-19,3, при этом в качестве керамического наполнителя используют по меньшей мере одно вещество, выбранное из группы, включающей SiC, TiC, Si₃N₄.

Уретановый форполимер, полученный при взаимодействии полиокситетраметиленгликоля с 2,4 толуилендиизоцианатом, с содержанием изоцианатных групп NCO=6,0±0,3; используется в качестве матрицы (основы) полиуретанового композиционного материала.

Фуллерен С60 используется в качестве модификатора структурной решетки полиуретанового композиционного материала, обеспечивая повышенные физико-механические показатели: прочность на разрыв, прочность на раздир и эластичность по отскоку.

Пиридин используется в качестве катализатора, обеспечивающего встраивание фуллерена С60 в структурную решетку полиуретанового композиционного материала, улучшает эластичность материала.

Фторсодержащий глицериновый эфир 1,1,7-тригидроперфторгептанола увеличивают гидроабразивную стойкость полиуретанового композиционного материала за счет снижения набухания при контакте с водой.

Сероуглерод и фуллереновая сажа обеспечивают активацию поверхности керамических наполнителей, за счет чего керамические наполнители вшиваются в структурную решетку полиуретанового композиционного материала, что увеличивает его износостойкость. Керамический наполнитель, вшитый в структурную решетку, обеспечивают повышенную абразивную стойкость полиуретанового композиционного материала.

Отвердитель обеспечивает сшивку тела матрицы полиуретанового композиционного материала, что повышает физико-механические свойства материала.

Пример.

Исходное количество уретанового форполимера, равное 100÷110 масс.ч., помещают в огнеупорный тигель вакуумной печи и расплавляют при температуре 80÷90°С. Отдельно готовят раствор фуллерена в пиридине, для чего расчетное количество фуллерена 0,001÷0,0015 масс.ч. растворяют в пиридине, взятого в количестве 0,009÷0,0147 масс.ч. В расплав уретанового форполимера добавляют раствор фуллерена в пиридине и вакуумируют при температуре 80÷90°С в течение 10÷15 минут. Затем, в отвакуумированный расплав уретанового форполимера, содержащий фуллерен и пиридин, вводят фторсодержащий глицериновый эфир 1,1,7-тригидроперфторгептанола в количестве 0,7÷1,2 масс.ч. Отдельно готовят раствор фуллереновой сажи в сероуглероде, для чего расчетное количество фуллереновой сажи 1,0÷10,0 масс.ч. растворяют в сероуглероде, взятого в количестве 1,26÷1,36 масс.ч. В полученный раствор фуллереновой сажи в сероуглероде вводят керамический наполнитель в количестве 135÷140 масс.ч. Далее керамический наполнитель, обработанный в растворе фуллереновой сажи в сероуглероде, вводят в расплав уретанового форполимера со всеми находящимся в нем компонентами. Исходное количество отвердителя равное 18,2÷20,0 масс.ч. помещают в огнеупорный тигель вакуумной печи и расплавляют при температуре 110÷115°С. Затем смешивают расплавленный отвердитель с расплавом уретанового форполимера, содержащего все выше перечисленные компоненты, в течение 3÷5 минут и осуществляют заливку полученного расплава в заранее нагретую литьевую форму, в которой происходит окончательная полимеризация и сшивка полиуретанового композиционного материала.

Для экспериментальной проверки полиуретанового композиционного материала было приготовлено 5 полиуретановых композиционных составов, в том числе 1-й - прототип. Результаты испытаний приведены в таблице 1.

На основе данных, приведенных в таблице 1, можно сделать вывод, что предлагаемый полиуретановый композиционный материал обеспечивает получение высоких гидроабразивостойких показателей. Гидроабразивный износ предлагаемого полиуретанового композиционного материала в 12÷13 раз ниже, чем у обычных полиуретановых композиций, причем, величина гидроабразивного износа оказывается минимальной при соотношении количества форполимера к количеству керамического отвердителя равного 137:100. Низкие показатели гидроабразивного износа, предлагаемого полиуретанового композиционного материала свидетельствуют, что модифицированная фуллерен-пиридиновым комплексом полиуретановая структура становится более упорядоченной, а керамический наполнитель, благодаря специальной подготовке, при синтезе вшивается в структурную решетку полиуретановой матрицы, обеспечивая тем самым, тем самым, высокие гидроабразивостойкие показатели.

Предложенный полиуретановый композиционный материал обладает улучшенными эксплуатационными свойствами, в том числе его повышенная стойкость к интенсивному гидрообразивному износу и к многократным ударным циклическим нагрузкам, и повышение физико-механических показателей, а именно прочность на разрыв, прочность на раздир и эластичность по отскоку. Предложенный полиуретановый композиционный материал защищает от гидроабразивного износа оборудования горно-обогатительного комплекса, в том числе обеспечение надежной защиты внутренних поверхностей гидроциклонов и песковых насадок.

Изобретение относится к полиуретановым композициям и может быть использовано для изготовления различных футеровок горнообогатительного, горно-шахтного оборудования, в частности, для футеровок внутренних поверхностей гидроциклонов, в том числе для изготовления футеровок внутренних поверхностей песковых насадок гидроциклонов. Полиуретановый композиционный материал содержит 100-110 мас.ч. уретанового форполимера (с содержанием изоцианатных групп NCO=6,3), 0,001-0,0015 мас.ч. фуллерена С60, 0,009-0,0147 мас.ч. пиридина, 0,7-1,2 мас.ч. фторсодержащего глицеринового эфира, 1,26-1,36 мас.ч. сероуглерода, 1,0-10 мас.ч. фуллереновой сажи, 135-140 мас.ч. керамического наполнителя и 19,1-19,3 мас.ч. отвердителя. Керамический наполнитель представляет собой по меньшей мере одно вещество, выбранное из группы, включающей SiC, TiC, Si₃N₄. Полученный композиционный материал обладает улучшенными эксплуатационными свойствами, в том числе повышенной стойкостью к интенсивному гидрообразивному износу и к многократным ударным циклическим нагрузкам, а также повышенными физико-механическими показателями, а именно прочностью на разрыв, прочностью на раздир и эластичностью по отскоку. 1 табл., 5 пр.

Полиуретановый композиционный материал для изготовления различных футеровок, содержащий уретановый форполимер, фуллерен С60, керамический наполнитель и отвердитель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит пиридин, фторсодержащий глицериновый эфир, сероуглерод и фуллереновую сажу, при следующем содержании компонентов, мас.ч:

уретановый форполимер с содержанием изоцианатных групп NCO=6,3 100÷110 фуллерен С60 0,001÷0,0015 пиридин 0,009÷0,0147 фторсодержащий глицериновый эфир 0,7÷1,2 сероуглерод 1,26÷1,36 фуллереновая сажа 1,0÷10 керамический наполнитель 135÷140 отвердитель 19,1-19,3,

при этом в качестве керамического наполнителя используют по меньшей мере одно вещество, выбранное из группы, включающей SiC, TiC, Si₃N₄.