ПОЛИМЕРНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ РЕМОНТНЫЙ МАТЕРИАЛ
POLYMER COMPOSITE REPAIR MATERIAL

Изобретение относится к полимерным композициям холодного отверждения на основе эпоксидных смол и может быть использовано в различных областях машиностроения при ремонте изношенных и сломанных деталей и узлов различных машин, агрегатов и оборудования.
Известны различные композиции на основе эпоксидной смолы и аминного отвердителя, в частности полиэтиленполиамина, используемые в ремонтном производстве в качестве материала для устранения повреждений металлических, пластмассовых, керамических деталей машин и оборудования (патент RU №2058347, кл. C08L 63/02, опубл. 20.04.1996). В указанном источнике информации приведены примеры композиций различного назначения.
Недостатками этих композиций являются высокий вес, низкая технологическая тиксотропность, недостаточно высокие физико-механические характеристики, низкая точность размеров после механической обработки, высокий коэффициент трения, крупнозернистая структура наполнителя, неравномерное распределение температурных полей при прогреве, что дает снижение теплостойкости. Данные композиции применяются в основном как клеевые материалы или как ремонтные материалы при устранении литьевого или иного брака на изделиях и не являются универсальными, не могут быть применены на прецизионном оборудовании с высокими скоростями вращения и нагруженными парами скольжения.
Известен полимерный композиционный ремонтный материал, содержащий базовую часть на основе эпоксидной смолы, отверждающую часть с аминным отвердителем и тонкодисперсный наполнитель. В качестве дисперсного наполнителя материал содержит алюминий или его смесь с нержавеющей сталью (патент RU №2186076, кл. C08L 63/02, опубл. 27.07.2002). Этот ремонтный материал является наиболее близким к заявленному.
Недостатком данного материала является высокий вес, недостаточно высокие физико-механические характеристики, низкая точность размеров после механической обработки. Данный материал применяется в основном как клеевой герметизирующий материал для газовых труб среднего и низкого давления, не является универсальным, не может быть применен на прецизионном оборудовании с высокими скоростями вращения и нагруженными парами скольжения.
Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является снижение веса ремонтного материала, что позволяет восстанавливать вращающиеся с высокой скоростью детали, уменьшая их биение; повышение теплопроводности и теплостойкости материла, отверждающегося при комнатной температуре; повышение физико-механических характеристик в целом, что увеличивает межремонтный период; снижение стоимости материала, упрощение технологии его изготовления.
Технический результат достигается тем, что полимерный композиционный материал включает базовую часть на основе эпоксидной смолы ЭД-20 и тонкодисперсного наполнителя и отверждающую часть на основе полиэтиленполиамина и того же тонкодисперсного наполнителя, при этом базовая часть содержит эпоксидную смолу ЭД-20 и в качестве наполнителя - смесь аэросила, выбранного из группы, включающей Аэросил 175 или Аэросил 380, с шунгитом, карбидом кремния, карбидом вольфрама и углеродными нанотрубками, при следующем соотношении компонентов базовой части, мас.ч.:
эпоксидная смола ЭД-20
100-120
аэросил
2-8
шунгит
1-2
карбид кремния
1-3
карбид вольфрама
0,5-1,2
углеродные нанотрубки
0,1-0,5
а отверждающая часть содержит полиэтиленполиамин, пластификатор - смесь дибутилфталата с триэтиленгликолем при массовом соотношении 45-55 и 55-45 соответственно, и в качестве наполнителя - смесь аэросила, выбранного из группы, включающей Аэросил 175 или Аэросил 380, с шунгитом, карбидом кремния, карбида вольфрама и углеродными нанотрубками при следующем соотношении компонентов отверждающей части, мас.ч.:
отвердитель ПЭПА
33-40
пластификатор
35-40
аэросил
3-8
шунгит
0,4-1
карбид кремния
0,4-1
карбид вольфрама
0,5-1,2
углеродные нанотрубки
0,1-0,5
при соотношении смолы и отвердителя, соответствующем стехиометрической пропорции для эпоксигрупп и третичных аминов, что обеспечивает максимальные физико-механические, теплофизические и технологические характеристики, а также позволяет стабилизировать размеры детали после механической обработки в широком диапазоне температур эксплуатации.
Может быть использован тонкодисперсный наполнитель со следующими размерами частиц:
шунгит
от 500 нм до 1500 нм
карбид кремния
от 100 нм до 700 нм
карбид вольфрама
от 100 нм до 700 нм
углеродные нанотрубки
от 5 нм до 50 нм
что обеспечивает максимальную поверхность смачивания наполнителя, снижает вес ремонтного материала и увеличивает физико-механические, теплофизические и технологические характеристики, а также позволяет стабилизировать размеры детали после механической обработки в широком диапазоне температур эксплуатации.
Базовая часть и отверждающая часть могут содержать дополнительно тонкодисперсный наполнитель в виде дисульфида молибдена с размерами частиц от 5 мкм до 50 мкм в количестве до 7 мас.ч. в каждой части, что обеспечивает получение ремонтного материала с низким коэффициентом трения и высокими трибологическими свойствами, позволяет использовать материал в качестве самосмазывающихся направляющих станочного оборудования, работающих при высоких нагрузках без заедания и при аварийном отсутствии смазки направляющих.
Сущность изобретения поясняется примерами.
Пример 1
Полимерный композиционный материал для ремонта посадочного места под выходной подшипник высокоскоростного шпинделя вибросверлильного станка:
базовая часть, мас.ч.:
смола ЭД-20
100
аэросил
4
шунгит
1,5
карбид кремния
2,5
карбид вольфрама
0,5
углеродные нанотрубки
0,5
отверждающая часть, мас.ч.:
отвердитель ПЭПА
37
пластификатор
37
аэросил
5,5
шунгит
0,4
карбид кремния
1
карбид вольфрама
1
углеродные нанотрубки
0,5
Пример 2
Полимерный композиционный материал для ремонта направляющих каретки горизонтально-расточного станка:
базовая часть, мас.ч.:
смола ЭД-20
120
аэросил
2
шунгит
2
карбид кремния
1
карбид вольфрама
0,5
углеродные нанотрубки
0,5
дисульфид молибдена
5
отверяедающая часть, мас.ч.:
отвердитель ПЭПА
40
пластификатор
40
аэросил
1,5
шунгит
1
карбид кремния
0,4
карбид вольфрама
0,5
углеродные нанотрубки
0,5
дисульфид молибдена
7
Пример 3
Полимерный композиционный материал для ремонта направляющих каретки горизонтально-расточного станка:
базовая часть, мас.ч.:
смола ЭД-20
120
аэросил
2
шунгит
2
карбид кремния
1
карбид вольфрама
0,5
углеродные нанотрубки
0,5
дисульфид молибдена
3
отверждающая часть, мас.ч.:
отвердитель ПЭПА
40
пластификатор
35
аэросил
1,5
шунгит
1
карбид кремния
0,4
карбид вольфрама
0,5
углеродные нанотрубки
0,5
дисульфид молибдена
1
Соотношение смолы и отвердителя взято соответствующим стехиометрической пропорции для эпоксигрупп и третичных аминов без учета количества мелкодисперсного наполнителя, что для смолы ЭД-20 и отвердителя ПЭПА составляет в среднем 3:1 по массе. Отклонение по стехиометрии по любому из указанных компонентов не должно быть более 10% по массе в сторону увеличения, что обеспечивает максимальную прочность сшивки эпоксидной смолы при отверждении, в условиях ремонта оборудования при нормальной температуре.
Ремонтный материал может быть использован для ремонта посадочных мест валов и корпусов редукторов под подшипник, устранение литьевых дефектов, сколов, трещин, восстановления резьбовых соединений, в качестве замены отсутствующих металлических частей корпусов, ремонта центробежных насосов, ремонта посадочных мест диафрагм и корпусов паровых турбин, направляющих скольжения станочного оборудования и других целей.