Способ получения покрытий на металлических деталях Советский патент 1982 года по МПК B05D7/16 C09D3/72 

(S) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ Изобретение относится к технологии получения покрытий на различных изделиях и может быть использоаано на различных предприятиях, перерабатывающих или использующих полимерные материалы. Известно использование покрытий из уретановых термоэластопластов дл техники средств связи. Здесь их можно эффективно использовать, например,, для защиты металлических деталей от коррозии .гфи одновременном демпфировании механических, в том числе высокочастотных ударных, нагружений 1 |. Современная техника средств свят, зи, в частнос.ти телеграфные аппарат должны работать в жестких условиях, в том числе при повышенной влажноети. В этих условиях адгезионная свя между покрытием и металлической детглью может практически полностью разрушиться, в результате чего прои ДЕТАЛЯХ зойдет отслаивание покрытия, и деталь потеряет работоспособность. В известных технических решениях вопросам повышения стойкости адгезионного соединения покрытий из уретановых термоэластопластов во влажной атмосфере или воде должного внимания не уделяется. Так, например, известен способ получения полимерных покрытий, заключающийся в том, что на поверхность детали наносят раствор полимера в органич1ескам растворителе, кот(Ч)ый затем удаляют{ 2} Однако покрытия из уретановых термоэластопластов, нанесенные таким образом, практически полностью отслаиваются через 0,5-1 ч. пребывания в воде при комнатной температзфе. Наносить покрытия можно и путем оплавления дисперсного термоэластопласта или его пНенки на поверхности, лредварительно нагретой металлической детали t3}. 3. Основными факторами, определяющи адгезионные свойства покрытий, при этом являются температура -металлической детали в момент оплавления полимера, температура и длительность термообработки покрытия на ме талле. Использование указанного метода не позволяет получать адгезионные соединения, устойчивость кото рых в воде сохранялась 6,ы длительное время. Наиболее близок к предлагаемому способ получения покрытий на металлических деталях, разработанный для усиления адгезии к металлу уретанового термоэластопласта урелана. Его сущность заключается в предварительной обработке noBepxHocjm. детали ( перед нанесением покрытия) 1-5%-ным масс, раствором сме1си урелана с термореактивным связующим (резольной феноло-формапьдегидной смолы), взятых в марсовом со отношении от 1:9 до,9:1 и выдержке при 150-220 С в течение 10-60 мин. после удаления (испарения) растворителя, последующем нанесении пок1Л1ТИЯ на основе уретанового термоэластопласта и термообработке его при комнатной температуре t,.. Способ обеспечивает существенное увеличение адгезии термоэластопласта к металлу, однако, как показала практика, водостойкость адгезионног соединения все же недостаточна. Целью изо етения является повышение адгезионной прочности и водостойкости покрытия. Поставленная цель достигаетсятем, что при получении покрытий на металлических деталях Путем предварительной обработки поверхности детали 1-5 масо.% раствором в с ганическом растворителе смеси уретано вого термоэластопласта с термореактивйым связующим, термообработки детали после испарения растворителя при 150-220 С в течение 10-ЬО мин и последуЮ1цего нанесения покрытия н основе уретанового термоэластопласта и термообработки его, в качестве термореактивного связующего испо льзуют полиэфиримидную смолу при соотношении уретанового термоэласто ппаста и полиэфиримидной смолы от 1:9 до 6:1 и термообработку покрыти осуществляют при 1«0-190 С в течение мин. В качестве полиэфиримидных смол используют смолы марок ПЭИ-25 (ТУ-6-15-9 8-75), являющиеся продуктом поликонденсации полиэтиленгликольглицеринтерафталата с тримеллитовым ангидридом и диаминодифенилметаном с содержанием имидной части 25+2%, ПЭ-955 по ТУ -10-Н-78,г: представляющую собой раствор полиэфиримидной смолы (смола получается взаимодействием полиэфира, синтезируемого взаимодействием диметилтерефталата, этиленгликоля и глицерина с тримеллитовым ангидРИДОМ и диаминодифенилметаном) в смеси растворителей крезола и сольвента каменноугольного, лак F 35 (теребек), основным компонентом которого является полиэфиримидная смола, причем при ее синтезе используется полиэфир на основе терефталевой кислоты.5У В качестве уретановых термопластов используют урелан 11-85 и уре-г лан С-4 являющиеся продукта|МИ поликонденсации олиготетраметиленгликоля, k,V-дифенилметандиизоцианата и 1,А-тетраметиленглик6ля при различном соотношении между компонентами, десмопан вторичный (ТУ 38.30. .) является продуктом переработки отходов и изделий из первичного десмопана, десмопан относится к классу уретановых термоэл§стопластов, его молекулярная масса равна 30000-40000, он является растворимым слабо сшитым полимером, синтезируют десмопан взаимодействием простого олигоэфира с диизоцианатом, а наобразующийся продукт (преполимер) действуют избытком низкомолекулярного диола . На эффективность способа не оказывают существенного влияния концентрация раствора и состав растворителей, используемых для растворения уретанового термоэластопласта и полиэфиримидной смолы. Наиболее эффективными растворителями являются тетрагидрофуран и диметилформамид. Концентрация раствора для предва iрительной обработки поверхности металла, как и по технологии прототипа, по технологическим соображениям (главным образом с точки зрения необходимости получения на металле как можно более тонкой и сплошной плен.w) принимается равной 1-5 масс.%. 59 Пример 1. Получение образцоз G покрытиями из урелана С-. Приготавливают растворы для получения покрытий ( раствор урелана C-UJ и предварительной обработ ки поверхности металла перед нанесением покрытия (1-5%-ные растворы в тетрагидрофуране смеси урелана C-t и полиэфиримидных смоп ПЭИ-25, F -3 или ПЭ-955, взятых в определенном соотношении Предварительно было установлено, что концентрация растве ра в указанных пределах на адгезионные свойства покрытий существенного влияния не оказывает. Затем на поверхность обезжиренной в ацетоне под ложки (стальной ленты или алюминиево фольги) наносят методом полива раствор для предварительной обработ ки и испаряют тетрагидрофуран. Испарение производят при комнатной температуре в течение 1-2 ч. После .испарения растворителя образцы помещают в термошкаф на термообработку. Затем их извлекают из тер мошкафа,. охлаждают до комнатной температуры и наносят покрытие из урелана С-, Для этого на горизонтально установленные подложки поверхности подложек, покрытые смесью .урелан С- -полиэфиримидная смола) наносят 20%-ный раствор урелана C, Сушка продолжается 10-15 ч. Объем раствора урелана С-4, наносимого на подлож ку, выбирают.с таким расчетом, чтобы толщина покрытия после испарения тетрагидрофурана составляла 300 мкм Затем подложку с нанесенным на нее покрытием помещают в термошкаф и тер мообрабатывают (оплавляют)покрытие по определенному температурно-времен ному режиму. Конкретные режимы термообработки на металле смеси урелан С- -полиэфиримидная смола и собственно покрутив указаны в примечаниях к таблицам экспериментальных данных (см. та15л. 1-6). Технология получения образцов с покрытиями из десмопана полностью соответствует технологии, описанной в примере 1. П р и м е р 2 , Получение образцов с покрытиями из урелана 11-85. Урелан 11-85 растворяется значительно труднее урелана С- и десмопана, приготовление его концентрированных растворов затруднительно. ПОЭТОМУ покрытия из урелана 11-85 5 .6 наносят путем оплавления (термообработки) пленок толщиной 300-320 мкм на подложке. Пленки изготавливали методом горячего прессования из крошки урелана 11-85. Ре)чим прессования: температура , ДЛительность 60 с, давление 100 кгс/см. Раствор для предварительной обработки подложки представляет собой 1-2%-ный раствор смеси урелана 11-85 и полизфиримидной смолы, взятых в определенном соотношении в диметилформамиде. Последовательность операций при получении образцов в целом аналогична описанной в примере 1: вначале на подложку наносят раствор для предварительной обработки, высушивают растворитель (температура сушки , длительность 1 ч) и термообрабатывают по определенному режиму (указан в примечаниях к таблицам экспериментальных данных) , затем на подложку, покрытую смесью урелана 11-85 и noлиэфирикидной смолы, накладывают пЛенку урелана 11-85 и помещают образец & термокамеру на термообработку (режим указан в примечаниях к таблицам экспериментальных данных),далее образцы помещают в воду и определяют их адгезионную прочность. При использовании данного спосог ба поверхность металла, подлежащую облицовке, обрабатывают раствором смеси уретанового термоэласто пласта и ПЭИС в тетрагидрофуране. После испарения растворителя (температура, испарения комнатная) ее помещают в термошкаф на термообработку, после окончания которой наносят покрытие поливом 20%-ного раствора в тетрагидрофуране -урелан-С- и десмопана из урелана И-85 - оплавлением (термообработкой) пленок этого материала на металле по определенному режиму (см. табл. I-). i Прочность адгезионного соединения покрытий с металлом (адгезию) оценивают путем их отслаивания от металлической подложки под углом l80 и характеризуют удельным усилием отсг лаивания. Испытания проводят на машине ZP-JO при скорости перемещения подвижного зажима 50 мм/мин. Для оценки водостойкости адгезионного соединения облицовок с металлом образцы помещают в емкость с водопроводной водой, где выдержи-, вают при 20-25 0 определенное вре;J7мя, а затем определяют их адгезию. За величину водостойкости принимают время экспонирования образцов в .воде до момента начала резкого снижения адгезии. Результаты экспериментов приведены в таблицах 1-8. Их анализ позволяет сделать следующие выводы: 1) Водо.стойкость адгезионного соединения покрытий с металлом при использовании данного способа увеличивается более чем в 30 раз (табл.1,). 2) Оптимальное соотношение между компонентами (уретаиовым термоэластопластом и ПЭИС) в растворе, используемом для обработки поверхности металла перед нанесением покрытий, 1:9-6:1 (табл. 1). 3) Оптимальный режим термообработки на металле композиции из смеси уретановый термоэластопласт-ПЭИС: Влияние состава раствора для поверхности йетёлла (стали) п из урелана С- на водостойкос 58 температура 160-220 0, длительность 10-60 мин (табл. 2). 4) Оптимальный режим термообработки покрытия на поверхности металлической подложки, предварительно обработанной композицией уретановый термоэластопласт - ПЭИС: температура 1 0-190 с, длительность 10-40 мин (табл. 3). 5) Способ эффективен для получения покрытий на разных металлах из разЛИЧНЫХ марок уретановых термоэластопластов и при использовании для предварительной обработки различных ПЭИС (табл 2,4). 6) Данный способ обеспечивает также повышение адгезионной прочности до уровня когезионной прочноети уретанового термоэластопласта (табл. 1-4). «Т а б я иц а I дварительной обработки д нанесением облицряии адгезионного сое/инения

поверхности металла раство ром урелана C-k 6 ТГФ

Поизобрётенй : массовое соотношение урелана и ПЭИС b растворе для предварительной с аботки поверхности металла (отм. един,} (предварительная обработка поверх- ности металла с раствором ПЭИС в тетрагидрофуране О: Примечани ...ЛА..Л1....Л,..Л,.Л Прочерки означает, что прочность соединений уменьшилась до неизмрримо малым значений. Буква К характеризует соединения, разрушавшиеся при испытании когезионно по материалу покрытий, т.е. адге зионнай прочность при этом превышает когезионнуо прочность материала покрытия (абсолвтное значение когезионной прочности покрытий толциной ЗОС мкм и шириной I см составляет ,3-,$ кН/м).. Температура (Т) и время (С) термообработки на металле; смеси урелан С-4+ПЭИС - Т , Т-30 мин. покрытия- Т «мм.

Влияние температурно-временного режима выдержки на воздухе металлической подложки, обработанной смесью урелан С- +ПЭИС, на водостойкость адгезионного соединения

Влияние условий термообработки покрытия из урелана C-V на металлической подложке на прочность соединения Примечание 1 2 .

Таблица2

IT а б л и ц а 3 Подложка предварительно обрабатывалась раствором смеси урелан C-itflSMC :3. Обозначения те же что и в табл. 1.

т в Лм ц 1

139789А5И

Влияние природы полиэфиримидной смолы, используемой в растворе для предварительной обработки, на прочность адгезионного соединения покрытий из урелана 11-85 и десмо,пана с подложкой из стали (стальной лентой)

к Урелан 11-85+ f ПЗИ-25 Прим е .ч а и ие 1 . 2; 3. k.

ТаблицаЗ

К

К Обозначения те же, что и в табл. 1. Условия формирования образцов указаны в п.1 примечания к табл. 1. Соотношение термозластопласт:полиэфйримидная смола в растворе для предварительной обработки подложки оптимально - -1:3 (масс.ч). Данные, обозначенные звездочкой, взяты из табл. k.

t5978yt.5.6

Влияние соотношения между компонентами в растворе для предварительной обработки поверхности металла (стальной ленты) .Перед нанесением облицовки из урелана 11-8S на прочность адгезионного соединения

лана 11-e5-fn3M-25:T« leoC.tr-SQ мин, облицовка T 1SOC,/r« 20 мин.

Тол|цина. облицовок - 300 мкм, когезионная прочность облицовок при их отслаивании - Ц, кН/м,

Влияние состава раствора дляпредварительной обработки поверхности металла перед нанесением облицовки из десмопана на водостойкость адгезионного соединения

десмопан+1Ш-25:Т«180 2 - 30.мин, облицовки Т , 20 мин..-. ,

,.Табли

Ц а

а 7

Таблиц Механические характеристики облицовок из

Толщина облицовки, мкм

Прочность при растяжении, МПа

Относительное удлинение при разрыве, %

Примечание 1

Влияние температура термообработки облицовок из урелана C-k на водостойкость адгезионного соединения П

300+20

13-17

600-900

Условия термообработки облицовок;, температура , длительность - 20 мин. 0 5разцы для оценки механических характеристик сформированы на пленке из фторопласта -k, Из облицовок после их отслаивания от фторопласта штампом вырубают лопатки с размером шейки 10x2 мм. Испытания лопаток на растяжение производят на машине при скорости перемещения подвижного зажима 100 мм/мин.

Т а б Л; и ц а Э Предварительно обработку подложки производили раствором смеси урелан+ПЭИС 1:3. В качестве ПЭИС использовали полиэфиримидную смолу ПЭИ-25. Концентрация раствора 2%. Толщина облицовки 300 мкм. Температура (Т) и время (tr) термообработки на металле смеси, урелан+ПЭИе:Т 180 С, Т 30 мин., время термообработки собственно облицовки составляло 20 мин. Обозначения те же, что и в табл. 1 описания заявки; обозначение (К) указывает на когезионный характер, разрушения облицовок при их отслаивании. Та6лица8 урелана C-t Таким образом, как следует из приведенных данных, способ по изобретению позволяет получить покрытия с высокой адгезионной прочностью, водостойкостью, что увеличивает сро дксплуатации покрываемых изделий. Формула изобретения Способ получения покрытий на метаЛлических деталях путем предварительной обработки поверхности детали 1-5 мае. %-ным раствором в органическом растворителе смеси уре танового термоэластопласта с термореактивным связующим, термообработк детали после оспарениЯ растворителя при 150-220 С в течение 10-60 мин и последующего нанесения покрытия на основе уретанового термоэластопласта и его термоо аботки, отличающийся тем, что, с целью повышения адгезионной прочности и водостойкости покрытия, в качестве термореактивного связующего и-йпользуют полиэфи1эимидную смолу при соот ношении уретанового термоэластоплас та и полиэфириМИДной смолы от 1:9 до 6:1 и термообработку покрытия осуществляют при 1«О-190 С в течение 10-О мин. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Усович Ю. А., Песецкий С.С., Львовский В, М,, Прозоровский Л.Н. Иетодика и некоторые результаты исследований полимерных материалов для ударостойких покрытий на деталях телеграфной аппаратуры- Техника с,. средств связи, серия Техника проводной связи. 1977, вып. 7,с.б1-ь«. 2. Энциклопедия полимеров, т.2, М., Советская энциклопедия, 197, с. 12-28. 3.Белый В, А. и др. Полимерные покрытия, Минск, Наука и техника, 1978, с. 157. j. Авторское свидетельство СССР по заявке Н 2858635/23-05, кл. В 05 D 3/02, 1979 (протетип). 5.Псовые лаки для эмалирования проводов, М., Информэлектро, 1972, с. 33-35. 6.Урелан-уретановый термоэластопласт. ТУ 38.03.0006-77.