Электропроводящая терморасширяющаяся герметизирующая композиция Российский патент 2023 года по МПК C09K3/10 C08L19/00 C08K3/04 C08K3/22 C08K5/20 

Изобретение относится к области электропроводящих терморасширяющихся герметизирующих композиций и может быть использовано для уплотнения и герметизации клеесварных соединений, выполненных способом контактной сварки по неотвержденному слою герметика, в машиностроении (автомобилестроении, вагоностроении, судостроении, авиастроении).

В машиностроении при выполнении сборочных работ широко применяется контактная сварка. Основными недостатками соединений, полученных способом контактной сварки, является низкая коррозионная стойкость и низкая герметичность соединений. Для повышения качества коррозионной защиты, герметичности сварных соединений, предотвращения щелевой коррозии используется клеесварная технология при производстве и ремонте машин. Одним из способов клеесварной технологии является технология контактной сварки по неотвержденному слою электропроводящего клея, грунта, мастики, герметика и т.д. При использовании данного способа первоначально, на одну из сопрягаемых поверхностей, наносится клей (герметик), после чего проводится контактная сварка по неотвержденому слою клея (герметика).

Известна полимерная композиция, которая относится к технологии сварки по заполнителям, и рекомендуется для защиты нахлестки от коррозии при точечной электросварке металлов и сплавов. [1]

Недостатками композиции являются высокая сложность процесса получения связующего (соконденсация), часто приводящая к браку как при получении связующего, так и в процессе эксплуатации состава, высокая токсичность пассивирующих добавок - хроматов (ПДК=0,1-0,01 мг/м³).

Известна полимерная композиция для защиты от коррозии, которая может использована для заполнения внутренней полости нахлеста (перед сваркой) при точечной электросварке металлов и сплавов. [2]

Недостатками этой композиции являются высокая трудоемкость получения покрытия перед сваркой (требуется введение отвердителя) и ограниченная жизнеспособность полимерной композиции после приготовления, токсичность пассивирующих добавок (ПДК=2 мг/м³)

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является герметизирующая композиция, используемая при сварке нахлесточных соединений металл-металл в машиностроении. Композиция имеет следующий состав, мас.%.: 10-40 полиизобутилена молекулярной массой 10000-25000, 5-45 минерального масла, 40-60 графита. Другая герметизирующая композиция содержит, мас.%: 5-30 бутилкаучука, 5-10 полиизобутилена молекулярной массой 10000-25000, 15-25 минерального масла, 40-60 графита. [3]

Недостатками композиции - прототипа является отсутствие объемного расширения герметизирующей композиции при нагревании, исключающего возможность попадания промывочных материалов во внутреннюю полость сварного соединения в процессе производства, что может вызвать возникновение щелевой коррозии.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание электропроводящей терморасширяющейся герметизирующей композиции для уплотнения и герметизации клеесварных швов, выполняемых способом контактной сварки по неотвержденному слою герметика и обладающей не только хорошими электропроводящими, герметизирующими и антикоррозионными свойствами, высокой физико-механической стабильностью и адгезионной прочностью, но и объемным расширением при нагревании, исключающим попадание промывочных материалов в процессе производства изделий во внутреннюю полость сварного соединения и возникновение щелевой коррозии.

Технический результат заключается в получении электропроводящей терморасширяющейся герметизирующей композиции для уплотнения и герметизации клеесварных соединений, выполняемых способом контактной сварки по неотвержденному слою герметика, обладающей объемным расширением при нагревании, что позволяет исключить попадание промывочных материалов во внутреннюю полость сварного соединения в процессе производства изделий и возникновение щелевой коррозии, а также увеличить ресурс работы изделий.

Для решения этой задачи в отличие от прототипа, содержащего бутилкаучук ТУ 2294-034-05766801-95, полиизобутилен молекулярной массой 10000-25000 ТУ 38.303-02-99-2011, минеральное масло ГОСТ 20799-88, графит ГОСТ 8295-73, ГОСТ 4404-73, предлагаемая полимерная композиция дополнительно в качестве усиливающего наполнителя содержит углерод технический ГОСТ 7885-86, в качестве вспенивающего агента (порофора) содержит азодикарбонамид ТУ 113-38-110-91 или его аналоги, в качестве активатора вспенивания содержит оксид цинка ГОСТ 202-84 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Бутилкаучук 10-20

Полиизобутилен

молекулярной массой 10000-25000 5-10

Графит 45-55

Минеральное масло 17-25

Углерод технический 5

Азодикарбонамид 1-2

Оксид цинка 0,25-0,4

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленной электропроводящей терморасширяющейся герметизирующей композиции, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна». Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от ближайшего аналога признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствуют условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Введение технического углерода в количестве 5% в качестве усиливающего компонента, повышает адгезионные и тиксотропные свойства композиции.

Введение азодикарбонамида в качестве вспенивающего агента в количестве 1-2 мас.% и оксида цинка в качестве активатора вспенивания в количестве 0,25-0,4 мас.%, позволяет получить герметизирующую композицию, расширяющуюся на 20-40% при температуре 160°С для заполнения внутренней полости свариваемых соединений, и обеспечивающую надежное уплотнение и герметизацию сварных соединений.

Отличительной особенностью заявляемой электропроводящей терморасширяющейся герметизирующей композиции является то, что введение указанного количества вспенивающих компонентов привело неожиданно к сохранению основных электрофизических свойств герметизирующей композиции, что ранее никем не было замечено, и данный технический результат обусловлен неизвестными до настоящего времени свойствами компонентов этой композиции и связей между ними.

Все компоненты, входящие в состав композиции, являются продуктами, выпускаемыми в промышленном объеме.

Изготовление и переработка композиций проводятся на стандартном оборудовании и не вызывает трудностей.

Композиция изготавливается в смесителе лопастного типа путем механического смешения всех компонентов, а затем подается в экструдер для формования композиции в виде ленты заданных геометрических размеров.

Испытания проводились по стандартным методикам для полимерных композиционных материалов.

За критерии оценки взяты следующие требования к материалам:

- удельное объемное электрическое сопротивление, не более 10⁵ Ом⋅см;

- прочность связи с металлом при отслаивании, не менее 600 Н/м;

- объемное расширение при 160°С, 30 мин, 20-40 %;

- водопоглощение, 24 ч, не более 0,2 %;

- сопротивление текучести при 160°С, 2 ч, не более 2 мм;

-отсутствие коррозии под слоем герметизирующей композиции после выдержки в насыщенном растворе NaCl при температуре (23±2)°C, 240 ч.

В таблице представлены варианты и свойства предлагаемой герметизирующей композиции и прототипа.

Бутилкаучук 10-20

Полиизобутилен

молекулярной массой 10000-25000 5-10

Графит 45-55

Минеральное масло 17-25

Углерод технический 5

Азодикарбонамид 1-2

Оксид цинка 0,25-0,4

Таблица. Варианты и свойства предлагаемой герметизирующей композиции и прототипа Компоненты Составы полимерных композиций, мас.% 1 2 3 4 5 6 Прототип Бутилкаучук 25 7 10 15 20 8 5…30 Полиизобутилен 4 10 5 8 10 12 5…10 Графит 40 60 55 50 45 60 40…60 Масло минеральное 22.3 18,5 23,75 20,6 17,75 19 15…25 Углерод технический 8 3 5 5 5 - - Азодикарбонамид 0,5 1 1 1 2 0,5 - Оксид цинка 0,2 0,5 0,25 0,4 0,25 0,5 - Технические характеристики Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом·см 10⁶ х10¹ х10¹ 10² 2,7х10² 10¹ 10…10⁵ Прочность связи с металлом при отслаивании, Н/м 800 350 600 700 900 300 300…900 Водопоглощение, %, 24 ч 0,02 0,03 0,03 0,02 0,02 0,03 не более 0,2 Сопротивление текучести при 160°С, 2 ч, мм 0 2 0 0,5 1 2 не более 2 Объемное расширение при 160°С, 30 мин, % 10 44 22 38 33 15 - Состояние поверхности металла после выдержки в насыщенном растворе NaCl при температуре (23±2)°C, 240 ч Отсутствие коррозии под слоем герметизирующей композиции -

Как видно из представленных данных, введение графита от 45 до 55 мас.%, обеспечивает требуемый уровень электропроводности составов. Содержание графита менее 40 мас.% приводит к увеличению удельного объемного электрического сопротивления выше 10⁵ Ом⋅см и соответственно это ведет к снижению прочности сварного соединения. Увеличение массовой доли графита до 60% приводит к снижению адгезионных характеристик герметизирующей композиции

Введение в композицию углерода технического в количестве 5% повышает адгезионные свойства и сопротивление текучести композиции при высоких температурах, не ухудшая электрофизические свойства герметизирующей композиции. Снижение массовой доли технического углерода приводит к снижению адгезионных характеристик и устойчивости к стеканию. Увеличение массовой доли технического углерода приводит к увеличению электрического сопротивления герметизирующей композиции и ухудшению качества клеесварного соединения.

Введение азодикарбонамида в количестве 1-2 мас.% и оксида цинка в качестве активатора вспенивания в количестве 0,25-0,4 мас.%, позволяет получить герметизирующую композицию, расширяющуюся при нагревании на 20-40% при температуре 160°С в течение 30 мин и заполняющую внутреннюю полость свариваемых соединений, что обеспечивает надежное уплотнение и герметизацию сварных соединений. Снижение и увеличение массовой доли азодикарбонамида и оксида цинка от указанного диапазона приводит к снижению или увеличению термического объемного расширения герметизирующей композиции относительно заданного диапазона.

Оптимальными характеристиками для уплотнения и герметизации клеесварных соединений, выполняемых способом контактной сварки по неотвержденному слою герметика, обладает герметизирующая композиция, указанная в примерах 3, 4 и 5, в которых удельное объемное электрическое сопротивление 10¹-10² Ом⋅см; объемное расширение при температуре 160°С за 30 мин составляет 20-40%; прочность связи с металлом при отслаивании, не менее 600 Н/м; сопротивление текучести при 160°С, 2 ч, не более 2 мм; водопоглощение не более 0,2 %, обладающая антикоррозионными свойствами.

Предлагаемая композиция была проверена в промышленных условиях. Испытывалась герметизирующая композиция в виде ленты для уплотнения и герметизации клеесварных соединений, выполненных способом контактной сварки по неотвержденному слою герметика в машиностроении. Испытания подтвердили ожидаемые свойства, а именно:

- удельное объемное электрическое сопротивление, не более 10⁵ Ом⋅см;

- прочность связи с металлом при отслаивании, не менее 600 Н/м;

- объемное расширение при температуре 160°С, 30 мин, 20-40 %;

- водопоглощение, 24 ч, не более 0,2 %;

- сопротивление текучести при 160°С, 2 ч, не более 2 мм;

- отсутствие коррозии под слоем герметизирующей композиции после выдержки в насыщенном растворе NaCl при температуре (23±2)°C, 240 ч.

Перечисленные признаки отличают предлагаемое техническое решение от прототипа и обуславливают соответствие этого решения требованиям изобретения.

Литература

1. SU патент № 471372 А, 25.05.1975.

2. RU патент № 2273653 C1, 05.10.2004.

3. RU патент № 2237698 С1, 30.06.2003.

Изобретение относится к области электропроводящих терморасширяющихся герметизирующих композиций для уплотнения и герметизации клеесварных соединений, выполненных способом контактной сварки по неотвержденному слою герметика, в машиностроении, в частности автомобилестроении, вагоностроении, судостроении, авиастроении. Электропроводящая терморасширяющаяся герметизирующая композиция содержит бутилкаучук, полиизобутилен молекулярной массой 10000-25000, графит, технический углерод, азодикарбонамид и оксид цинка при следующем соотношении компонентов, мас.%: бутилкаучук 10-20, полиизобутилен молекулярной массой 10000-25000 5-10, графит 45-55, минеральное масло 17-25, технический углерод 5, азодикарбонамид 1-2, оксид цинка 0,25-0,4. Технический результат заключается в получении электропроводящей терморасширяющейся герметизирующей композиции для уплотнения и герметизации клеесварных соединений, выполняемых способом контактной сварки по неотвержденному слою герметика, обладающей объемным расширением при нагревании для заполнения внутренней полости сварного соединения, хорошими электропроводящими, герметизирующими и антикоррозионными свойствами, высокой физико-механической стабильностью и адгезионной прочностью. 1 табл., 6 пр.

Электропроводящая терморасширяющаяся герметизирующая композиция для уплотнения и герметизации клеесварных соединений, содержащая бутилкаучук, полиизобутилен молекулярной массой 10000-25000, графит, минеральное масло, отличающаяся тем, что дополнительно в качестве усиливающего наполнителя содержит углерод технический, в качестве вспенивающего агента содержит азодикарбонамид, в качестве активатора вспенивания содержит оксид цинка при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Бутилкаучук 10-20 Полиизобутилен молекулярной массой 10000-25000 5-10 Графит 45-55 Минеральное масло 17-25 Технический углерод 5 Азодикарбонамид 1-2 Оксид цинка 0,25-0,4