СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОЛИМЕРНОГО ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА ПОВЕРХНОСТЬ ПАТРОННОЙ ГИЛЬЗЫ
APPLICATION METHOD OF POLYMER PROTECTIVE COATING ON SURFACE OF CARTRIDGE CASE

Изобретение относится к области производства патронов стрелкового оружия различного назначения и может быть реализовано для нанесения полимерного покрытия на металлические стальные поверхности.
Известен способ нанесения полимерного покрытия на поверхность металлической (стальной) гильзы. См. патент РФ №2246684. Защитное покрытие включает химическое формирование цинкофосфатного слоя на поверхности гильзы путем фосфатирования водорастворимым цинкофосфатным концентратом с концентрацией 40…100 мл/л с добавлением нитрита натрия из расчета 0,05…1,0 г/л в течение 3…20 минут при температуре 30…70°С, затем, после промывки гильзы на ее поверхности формируют полимерный слой путем обработки гильзы в течение 1 мин в водном растворе на основе полиоргансилоксана и сополимера бутадиона со стиролом с концентрацией 80…140 г/л при температуре 15…30°С, затем гильзу обрабатывают в водном растворе пленкообразующего вещества с формированием внешнего пленочного слоя, после чего осуществляют сушку при температуре 160…220°С. Как вариант, внешний пленочный слой формируют путем обработки гильзы в течение не менее 1 мин в водном растворе поливинилового спирта с концентрацией 0,2…1,0 г/л при температуре 20,0…70°С. Цинкофосфатный слой пассивируют и добавляют ингибитор коррозии.
К недостаткам известного способа можно отнести малую продолжительность хранения гильз с нанесенным на них полимерным покрытием, которая не позволяет использовать их для патронов боевого назначения с требуемым гарантированным сроком хранения не менее 25 лет.
Известно более совершенное техническое решение, выполняющее идентичную задачу (см патент RU №2313058 «Патронная гильза и способ нанесения защитного покрытия на ее поверхность») - прототип - включающее патронную гильзу, изготовленную из стали с защитным покрытием, состоящим из последовательно нанесенных слоев - цинкофосфатного слоя, выполняющего роль грунта, и полимерного слоя в виде полимер-полимерного комплекса на основе полимера полиорганосилоксана и сополимера бутадиена со стиролом и модифицирующих его полимера и/или олигомера, образующих с полиорганосилоксаном единую пространственно сшитую структуру полимерного покрытия. При этом в качестве модифицирующего полимера используют сополимер бутилакрилата, метилакрилата и метакриловой кислоты, или феноло-формальдегидные, эпоксидные, полиэфирные или алкидные смолы. Полимерный слой в известном техническом решении - прототипе наносят путем обработки гильз в водном растворе полимера полиорганосилоксана и сополимера бутадиена со стиролом с последующей термообработкой, причем полимерный слой наносят или путем обработки гильзы в одной ванне в водном растворе смеси полимера полиорганосилоксана и сополимера бутадиена со стиролом и модифицирующего его полимера и/или олигомера, или путем непрерывной последовательной обработки гильзы в двух ваннах. При этом обработку гильзы в первой ванне ведут в водном растворе полимера полиорганосилоксана и сополимера бутадиена со стиролом, а во второй ванне - в водном растворе модифицирующего полимера и/или олигомера, а формирование защитного покрытия осуществляют путем отверждения нанесенного модифицированного полимерного слоя в процессе термической обработки до образования единой пространственно сшитой структуры полимер-полимерного комплекса. Термическую обработку осуществляют при температуре 170-220°С в течение 7 мин. Цинкофосфатный слой пассивируют ингибитором коррозии на бесхроматной основе, например «Фоскон 485» или «Фоскон 486» с концентрацией 0,5-3 г/л при температуре 20…45°С. Концентрация водного раствора смеси полимера полиорганосилоксана и сополимера бутадиена со стиролом составляет 2,0-6,0% и модифицирующего его полимера и/или олигомера с концентрацией раствора в диапазоне 2,0-6,0%. В качестве модифицирующего полимера используют сополимер бутилакрилата, метилакрилата и метакриловой кислоты. В качестве модифицирующего олигомера используют фенолформальдегидные, эпоксидные, полиэфирные или алкидные смолы.
Обработку гильзы во второй ванне ведут с добавлением ингибитора коррозии нитрита натрия в количестве 0,1…0,5 г/л.
К недостаткам известного способа - прототипа можно отнести ограниченную жизнеспособность смеси (композиции), проявляющуюся в выделении в процессе работы грубодисперсных частиц, взвесей, их агрегатов в емкости обработки, образующих после термообработки при температуре 200…220°С на поверхности гильзы трудноудаляемый мучнисто-дисперсный налет, ухудшающий внешний вид гильз, затрудняющий их использование и приводящий к засорению запальных отверстий гильзы и оборудования при дальнейших операциях снаряжения патронов, в том числе к засорению магазина и патронника стрелкового оружия при стрельбе такими патронами.
К тому же гильза с известным полимерным покрытием имеет низкую коррозионную стойкость менее 6-ти часов при воздействии на покрытие 3% раствора NaCl, и низкую жизнеспособность смеси для полимерного покрытия (не более 24 часов), что приводят к частой замене не полностью сработанной смеси и в связи с этим к удорожанию готовых изделий.
Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности создание технологии, обеспечивающей получение на поверхности гильзы прочного, однородного, высококачественного, гладкого (без дефектов в виде налета, или липкого покрытия) износо-коррозионностойкого полимерного покрытия с продолжительным сроком хранения готовых гильз и патронов стрелкового оружия, удовлетворяющих предъявляемым к ним требованиям.. При этом поставлена задача увеличения жизнеспособности смеси для полимерного покрытия и повышения термостойкости покрытия.
Поставленная задача достигается тем, что полимерный слой на поверхность цинкофосфатного слоя патронной гильзы наносят путем обработки гильзы в водоразбавляемой смеси полиуретанового или фенилсилоксанового лаков и полиметилсилоксана и сополимера бутадиена со стиролом в следующем процентном соотношении:
полиуретановый или фенилсилоксановый лак
3,0…10,0%
полиметилсилоксан и сополимер бутадиена со стиролом
1,5…10,0%
вода
до 100%
-3
с поверхностным натяжением смеси, равным (40÷55)·10 Н/м, затем гильзу сепарируют, выравнивая слой смеси и отделяя излишки с поверхности гильз путем ворошения на воздухе, после чего сепарированную гильзу подвергают термической обработке.
Термическую обработку полимерного покрытия гильз осуществляют в два этапа, сначала с получением безводного полимерного слоя с испарением влаги из цинкофосфатного и полимерного слоев при температуре 130÷150°С в течение 3÷5 минут, а затем с отверждением обезвоженного полимерного слоя при температуре 185÷230°С в течение 5÷8-ми минут и образованием связанных друг с другом сетчатых структур полимерного покрытия и с цинкофосфатным слоем гильзы.
Водоразбавляемую смесь полиуретанового или фенилсилоксанового лаков и полиметилсилоксана и сополимера бутадиена со стиролом подвергают фильтрации с отделением от смеси поступивших с гильзами загрязнений.
-3
-3
Новизной предложенного способа является введение в качестве составляющих полимерного покрытия водоразбавляемого полиуретанового или фенилсилоксанового лаков, которые, являясь более жесткоцепными полимерами в сочетании с предложенными температурными и временными характеристиками процесса термической обработки и введением дополнительной операцией сепарирования в течение заданного времени, создают условия для образования более прочных и надежных связей с полиметилсилоксаном и сополимером бутадиена со стиролом при поверхностном натяжении смеси, равном (40÷55)×10 Н/м, и более прочные связи с цинкофосфатным поверхностным слоем гильзы, что приводит при заданных соотношениях составляющих смеси и указанных режимах к достижению поставленной изобретением задачи. Так, введение в состав смеси заданного количества полиуретанового или фенилсилоксанового лаков с поверхностным натяжением смеси (40-55)×10 мН/м, за счет хорошей проницаемости и пропитываемости цинкофосфатного слоя гильзы, позволяет получить более прочную (износостойкую), термостойкую, гладкую однородную поверхность без образования на ней налетов, исключая в дальнейшем налипание на поверхность покрытия гильзы каких-либо включений, пыли и т.п., а также позволяет увеличить жизнеспособность смеси водоразбавляемого лака и полиметилсилоксана и сополимера бутадиена со стиролом, которая составляет не менее 30 дней при ее многократном использовании, что позволяет существенно снизить затраты на производство полимерного покрытия. При этом обеднения смеси по составляющим не происходит.
Наличие в полимерной цепи указанных выше лаков реакционно-способных активных групп: свободных концевых гидроксильных, изоцианатных, двойных связей в сополимере бутадиена со стиролом обеспечивает в процессе горячей термообработки их взаимодействие и образование сетчатых структур.
Дополнительные признаки, такие как осуществление термической обработки полимерного покрытия гильз в два этапа, сначала с получением безводного полимерного слоя с испарением влаги из цинкофосфатного и полимерного слоев при температуре 130…150°С в течение 3-5-ти минут, а затем с отверждением обезвоженного полимерного слоя при температуре 185…230°С в течение 5…8-ми минут и образованием связанных друг с другом сетчатых структур полимерного покрытия с цинкофосфатным слоем гильзы, а также фильтрация водоразбавляемой смеси полиуретанового или фенилсилоксанового лаков и полиметилсилоксана и сополимера бутадиена со стиролом - являются признаками дополнительными, раскрывающими и конкретизирующими основные, и направлены на достижение поставленной изобретением задачи.
На фиг.1 схематично показан агрегат для осуществления предлагаемого способа нанесения защитного покрытия на поверхность патронной гильзы.
Агрегат для нанесения защитного полимерного покрытия на поверхность патронной гильзы состоит из вращающегося барабана 1, смонтированного на роликах 2, и привода 3. Барабан 1 выполнен в виде нескольких последовательно расположенных секций, соответствующих осуществляемым в процессе нанесения полимерного покрытия, операциям.
Подача гильз 4 в секцию 5 барабана 1, для обработки гильзы в смеси полиуретанового или фенилсилоксанового лаков с полиметилсилоксаном и сополимером бутадиена со стиролом, осуществляется при помощи питателя 6. В секции 7, установленной над емкостью с водоразбавляемой смесью полиуретанового или фенилсилоксанового лаков с полиметилсилоксаном и сополимером бутадиена со стиролом, при помощи перфорированных стенок осуществляют сепарацию гильз от излишков полимерной смеси с поверхности гильз.
Термообработку гильз 4 осуществляют в двух секциях 8 и 9 барабана 1. Все секции барабана 1 выполнены перфорированными. Перемещение гильз 4 по секциям барабана 1 осуществляется при помощи спиралеобразного шнека 10, смонтированного на внутренней перфорированной поверхности соответствующих секций.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
Необходимое для обработки количество гильз 4, после нанесения на их поверхность цинкофосфатного слоя, питателем 6 подают в перфорированную секцию 5 вращающегося барабана 1, которая частично погружена в водоразбавляемую смесь полиуретанового или фенилсилоксанового лаков с полиметилсилоксаном и сополимером бутадиена со стиролом.
Гильзы находящиеся в секции 5 при вращении барабана 1 окунаются в водоразбавляемую смесь полиуретанового или фенилсилоксанового лаков с полиметилсилоксаном и сополимером бутадиена со стиролом и затем шнеком 10, в соответствии с заданным временным режимом обработки передаются в перфорированную секцию 7, где и осуществляется ворошение гильз и сепарация. При прохождении гильз по секциям 5 и 7 происходит сначала нанесение полимерного слоя на цинкофосфатный поверхностный слой гильзы, а затем выравнивание слоя и удаление излишков смеси с поверхности.
В процессе обработки гильз 4, вследствие низкого поверхностного натяжения водоразбавляемой смеси лаков и полимеров, обеспечивается хорошая смачиваемость поверхности гильз смесью и образование однородного адсорбционного слоя.
По окончании нанесения полимерного покрытия в перфорированной секции 7 в течение 8…12 минут проводят сепарирование гильз, путем их непрерывного за счет вращения барабана 1 ворошения, в результате чего происходит отделение излишков полимерной смеси с поверхности гильз.
Термообработку полимерного покрытия в вариантных исполнениях можно осуществлять как в одной секции барабана с распределением температурного режима по его длине, так и в двух секциях с различными температурными и временными режимами.
После операции сепарирования, гильзы 4 шнеком 10 передаются на термообработку, сначала в секцию 8 с температурой 130…150°С для мягкого и постепенного удаления влаги из полимерного слоя, а затем в секцию 9 с температурой 185…230°С, где и происходит окончательное формирование структуры отвержденного защитного полимерного покрытия, прочно связанного с цинкофосфатным слоем. Мягкое удаление влаги из цинкофосфатного и полимерного слоев предотвращает вскипание влаги и образование вздутий лака, которые при дальнейшем ворошении могут отделяться и прилипать к поверхности гильзы.
Конкретный пример осуществления способа.
Опытную партию гильз с полимерным покрытием на предприятии получали следующим образом. Гильзы 4 к патронам калибра 5,45 объемом 0,5 м. куб. питателем 6 равномерно подавали в перфорированную секцию 5 вращающегося барабана 1, частично погруженную в водоразбавляемую смесь полиуретанового лака и полиметилсилоксана и сополимера бутадиена со стиролом в соотношении - 8% полиуретанового лака, 3% полиметилсилоксана и сополимера бутадиена со стиролом и 89% воды. В течение 3-х минут, при заданной скорости вращения барабана 1 и длины перфорированной секции 5 осуществлялось нанесение полимерного покрытия на поверхность гильз. По окончании нанесения полимерного покрытия гильзы были переданы в секцию 7 сепарирования, где в течение 10 минут путем ворошения за счет вращения барабана с постоянной расчетной скоростью осуществляли отделение излишков полимерной смеси с поверхности гильз. 3атем при помощи шнека 10 гильзы с равномерно нанесенным на них полимерным покрытием были переданы в секцию термообработки 8 с температурой на входе 130°С, на выходе - 150°С, где по окончании первого этапа термической обработки из влагонасыщенных цинкофосфатного и полимерного слоев была удалена влага, и далее гильзы 4 шнеком 10 были переданы в секцию 9 с температурой 215°С, где и происходило окончательное формирование структуры и отверждение защитного полимерного покрытия, прочно связанного с цинкофосфатным слоем. При этом полимерное покрытие гильзы было однородным и гладким, без каких либо налетов и включений.
Коррозионная стойкость полученного полимерного покрытия при проверке в 3%-ном растворе NaCl превосходила стойкость покрытия прототипа в два с лишним раза и достигала 8…10 часов через сутки хранения и 10-14 часов после десяти суток хранения. Полимерная смесь после нанесения покрытия на указанный объем гильз отвечала предъявляемым к ней требованиям и была пригодна для дальнейшего ее использования.
При обработке следующей партии гильз в качестве составляющей полимерного покрытия использовался фенилсилоксановый лак с аналогичной последовательностью в работе и тех же режимах. Полученное полимерное покрытие удовлетворяло предъявляемым к нему требованиям, в том числе имело повышенную термостойкость.
В настоящее время на предприятии разработана техническая документация на предлагаемую патронную гильзу с полимерным покрытием, проведены заводские испытания покрытия на истираемость, коррозионную стойкость, термостойкость, гильзоизвлекающее усилие из ствола оружия после стрельбы и др. Получены положительные результаты.
Полимерное защитное покрытие на поверхности гильз получено однородным, гладким, с высокой гидрофобностью, обеспечивающей покрытию повышенную по сравнению с прототипом коррозионную стойкость и соответствовало всем предъявляемым к нему требованиям.
Принято решение провести государственные комплексные испытания предлагаемой гильзы с полимерным покрытием, принято решение об организации серийного производства по нанесению полимерного покрытия на поверхность гильз.