КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ СКЛЕИВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
COMPOSITION FOR GLUING METAL PARTS TOGETHER

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 - 95…96,
наполнитель:
- углеродные нанотрубки «Таунит-М» - 4…5.
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. Введение реакционноспособных олигомерных каучуков в состав герметика АН-111 позволило существенно повысить его прочность и сохранить термическую и химическую стойкость [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
Углеродные нанотрубки (УНТ) «Таунит-М» получены газофазным химическим осаждением (CVD) в процессе каталитического пиролиза углеводородов [5].
В таблице 2 представлены параметры УНТ «Таунит-М».
Таблица 2
Параметры углеродных нанотрубок «Таунит-М»
№п/п
Наименование параметра
Размерность
Значения
1
Наружный диаметр
нм
8…15
2
Внутренний диаметр
нм
4…8
3
Длина
нм
2 и более
4
Общий объем примесейпосле очистки
% %
До 5До 1
5
Насыпная плотность
г/см<sup>3</sup>
0,03…0,05
6
Удельная геометрическая поверхность
м<sup>2</sup>/г
300…320 и более
7
Термостабильность
°С
До 600
Существенным отличительным признаком от прототипа является то, что в качестве наполнителя используются углеродные нанотрубки «Таунит-М».
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 46,5 МПа. Это на 65% превышает прочность клеевых соединений, выполненных композицией-прототипом, и на 102,2% - прочность клеевых соединений, выполненных анаэробным герметиком АН-111 (фиг.1).
Исследования процессов отверждения диэлектрическим и электрическим методами 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, 0,75 ч. Таким образом, время отверждения сократилось более чем 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 наполнителя углеродных нанотрубок «Таунит-М» 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. Прочность клеевых соединений при аксиальном сдвиге τ, 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 - 95…96,
наполнитель:
- углеродные нанотрубки «Таунит-М» - 4…5.
Анаэробный герметик АН-111 (ТУ 2257-274-00208947-96) поставляется в воздупроницаемых полиэтиленовых флаконах емкостью 50, 100 и 200 г. Разработчик и изготовитель - НИИ полимеров им. Каргина (г.Дзержинск).
Углеродные нанотрубки «Таунит-М» поставляются в полиэтиленовых пакетах в количестве, заявляемом покупателем. Разработчик и изготовитель - ООО «НаноТехЦентр» (г.Тамбов).
Ингредиенты взвешивали на аналитических весах марки ВЛА-200 М. Первоначально в стеклянную емкость заливали отобранный герметик АН-111, затем добавляли углеродные нанотрубки «Таунит-М», после чего композицию тщательно перемешивали. Композицию использовали в течение 10 мин.
a
Образцами являлись клеевые соединения внутренних колец подшипников 209 с валами. Валы изготовили из стали 45 (фиг.2). Шероховатость посадочной поверхности R 0,63 [6]. Радиальный зазор в соединении до склеивания в 0,1 мм обеспечивали шлифованием валов. Для обеспечения соосности деталей клеевого соединения использовали специально разработанные и изготовленные центрирующие приспособления (фиг.3).
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 и электрическим методами с помощью прибора Е7-11 [6]. Электрическую емкость клеевого шва соединения периодически измеряли прибором Е7-11 и по ней рассчитывали диэлектрическую проницаемость.
Диэлектрическую проницаемость ε определяли по формуле
<mrow><mi>ε</mi><mo>=</mo><mi>ln</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub><mo>/</mo><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>C</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mi>π</mi><msub><mi>ε</mi><mi>o</mi></msub><mi>B</mi><mo>,</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
1
2
о
где ε - диэлектрическая проницаемость клеевого шва; С - электрическая емкость клеевого шва, Ф; r - радиус вала, мм; r - радиус внутреннего кольца подшипника, мм; ε - диэлектрическая проницаемость вакуума; В - ширина кольца подшипника, мм.
ν
Удельное электрическое сопротивление ρ рассчитывали по формуле
<mrow><msub><mi>ρ</mi><mi>ν</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mo>⋅</mo><mi>R</mi><mo>⋅</mo><mi>π</mi><mo>⋅</mo><mi>D</mi><mo>⋅</mo><mi>B</mi></mrow><mi>S</mi></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
ν
где ρ - удельное электрическое сопротивление, Ом×м; R - сопротивление клеевого шва, Ом; D - диаметр кольца подшипника, м; S - диаметральный зазор в соединении до склеивания, м.
О завершении полимеризации судили по стабилизации значений диэлектрической проницаемости или удельного электрического сопротивления 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. www.nanotc.ru
6. Композиция для склеивания металлических изделий [Текст]: Патент на изобретение №2430945 РФ Заявл. 29.05.2009 / Ли Р.И., Кондрашин С.И., Бочаров А.В., Бутан А.В. // Опубл. 10.10.2011. - Бюл. №28.