Разделительный состав, предотвращающий термохимическую эрозию переходников экструзионных головок, для антифрикционных композитов
SEPARATING COMPOSITION FOR ANTIFRICTION COMPOSITES PREVENTING THERMO-CHEMICAL EROSION OF EXTRUSION HEADS ADAPTERS

Изобретение касается технологии производства методом экструзии антифрикционных композитов для судостроения, общего и специального машиностроения на основе термопластов и их смесей со специальными добавками (модификаторы трения, стабилизаторы, армирующие добавки).
Базовая композиция термопластов для производства антифрикционных материалов основана на комбинации в разных пропорциях политетрафторэтилена (ПТФЭ) с полифениленсульфидом (ПФС). В зависимости от потребности наполнителями в этой системе могут выступать минеральные, металлические порошки и волокна разной природы. Основным методом производства является переработка экструзией на специальных экструзионных установках, способных обеспечить высокие температуры и давления переработки, т. к. данные смеси плохо совместимы при использовании обычных экструдеров. Для равномерного распределения потоков масс композита перед формующей головкой, снижения перепадов давления и пульсации расплава при выходе потока композита из экструдера используется система переходников, которые размещаются между формующей головкой и каналом выхода расплава из экструдера (Рис. 1 и 2).
При производстве погонажных изделий с линейными поперечными размерами более 300 мм по технологическому регламенту допускаются небольшие по объему утечки расплава в пространство между переходниками и головкой. По технологическому регламенту разделение головки и переходников производят при температурах ниже температуры расплава композита, что приводит к слипанию головки и переходника. Разделение проводят отжигом в печах при температурах выше 500°С.
При содержании фторсодержащего полимера в композите более 40% наблюдается выжигание внутренней поверхности переходников при отжиге на глубину примерно равную толщине композита, что требует после отжига наплавки металла и последующей полировки поверхности переходников, что увеличивает трудозатраты и стоимость производства композитов (Рис. 3 и 4).
В общем случае известно, что смеси фторполимеров с порошками ряда металлов могут использоваться в качестве горючих смесей способных воспламенять порошки металлов, например, наиболее известен пример с порошками магния. Исходя из этих свойств фторполимеры активно используются в производстве замедлительных составов для боеприпасов и самих боеприпасов зажигательного типа. Все известные ранее системы на основе фторопластов способные термохимически разрушать металлы использовали металлы лишь в виде порошков, либо в результате ударных воздействий по порошку из ПТФЕ при его нахождении в снаряде. Самым интересным для нашего случая является факт разрушения железа в объеме изделия. Ранее фактов термохимического разрушения железа фторопластами не отмечено даже на уровне порошков. Очевидно некоторое сходство процесса разрушения металлической поверхности с самораспространяющимся высокотемпературным синтезом и действием нанотермитов. Резкое усиление воздействия фторопласта на поверхность обусловлено закрытой поверхностью, что увеличивает силу воздействия в десятки раз.
Для защиты поверхности металлов от налипания на рынке имеются различные разделительные составы на основе смесевых композиций. Ранее по RU (11) 2 572 406(13) C2. предложено использовать смеси эфиров фосфорной кислоты и глицерина в 50 мас. %-ном водном растворе гидроксида калия. Эфиры фосфорной кислоты не могут быть использованы для защиты поверхности переходников, т.к. температура воспламенения данных соединений не выше 180-200°С.
Известны высокотемпературные разделительные составы из различных типов глин WO2012086564. Применение подобных составов затруднено, т. к. пленкообразователи выгорают при температурах переработки антифрикционных материалов.
Для улучшения высвобождения готовых изделий по US 3261800 A применяют нитрид бора, но в данном случае нитрид бора вносится в само изделие или материал, что повышает степень наполненности полимера и вязкость расплава. Такой подход в случае переработки антифрикционных материалов будет ухудшать свойства готовых изделий и увеличивать нагрузку и износ оборудования.
Нитрид бора обладает высокой инертностью по отношению к расплавам различной природы, в частности, большинство металлов в расплавленном состоянии не реагируют с покрытием из нитрида бора. Соответственно, данный материал сейчас активно применяется как расходный материал при производстве присадок к маслам, керамике и термостойким краскам. Данное соединение химически малоактивно почти до 1000ºС и при некоторых условиях до 3000ºС. Протекторные свойства нитрида бора обеспечивают возможность применять последний как для плавки металлов, так и стекол. Важным параметром является низкий коэффициент трения и низкая смачиваемость большинством материалов. Высокая теплопроводность позволяет не менять термический режим работы оборудования после использования нитрида бора.
Поэтому предложено использовать нанотрубки нитрида бора в качестве базового компонента разделительного состава для предотвращения слипания переходников и удаления необходимости отжига всего блока экструзионной головки после цикла экструзии.
Разделительный состав включает следующие компоненты:
- деионизированная вода с удельным электрическим сопротивлением от 10 МОм•см
- порошок нанотрубок нитрида бора (BNNT, с содержанием основного компонента в порошке > 50 вес.%)
- диспергирующая добавка из соединений ароматического ряда, например, бензола и его гомологов.
Процентное содержание компонентов определяется согласно следующей таблице и зависит от содержания ПТФЭ в композите.
Содержание ПТФЭ в композите, мас. %
Содержание нанотрубок нитрида бора, мас. %
Содержание ароматического соединения в качестве диспергирующего компонента, мас. %
40
1
0,1
50
1,1
0,1
60
1,2
0,1
70
1,5
0,2
80
1,7
0,2
90
1,9
0,2
Подготовка разделительного состава производится с помощью магнитной мешалки в течение 15 минут при 3000 об./мин. Состав наносится на целевую поверхность, нагретую до 50°С, из пульверизатора до образования белого цвета поверхности.
3
2
3
При необходимости нанотрубки нитрида бора могут быть заменены его производными, например, функционализированными следующими радикалами: -COH, -COCH, -CONH, -COOCH, -COOH. Также допустимы соединения (см. формулу ниже) нанотрубок нитрида бора с молекулярной массой углеводородного остатка R не более 250.